Instrumentação SERTTEC

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Serviços & Treinamentos Técnicos Instrumentação Industrial rev. 2014 
 
 
Rua 2, 233 – Conforto – V. Redonda – RJ – Cep: 27.265-200 – Telefax: (24) 3349.5386 (24)33425881 www.serttec.com.br - serttec@serttec.com.br 
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1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................................................... 1 
1.1. HISTÓRICO DA INSTRUMENTAÇÃO .................................................................................................................................... 1 
1.2. INSTRUMENTAÇÃO NO BRASIL........................................................................................................................................... 1 
1.3. ATRIBUIÇÕES DO INSTRUMENTISTA ................................................................................................................................. 2 
1.3.1. Características da função “Instrumentista” .................................................................................................................... 3 
2. REVISÃO ................................................................................................................................................................................... 3 
2.1. FÍSICA ..................................................................................................................................................................................... 3 
2.1.1. Experimentação e Instrumentos ....................................................................................................................................... 3 
2.1.2. Notação Científica .............................................................................................................................................................. 3 
2.1.3. Ordem de Grandeza ........................................................................................................................................................... 3 
2.1.4. Medidas de Grandezas ...................................................................................................................................................... 3 
2.1.4.1. Medidas de comprimento .................................................................................................................................................. 4 
2.1.4.1.1. O metro Padrão .............................................................................................................................................................. 4 
2.1.4.1.2. Múltiplos e submúltiplos do metro .................................................................................................................................. 4 
2.1.4.2. Sistema Inglês de Medidas ............................................................................................................................................... 5 
2.1.4.2.1. Conversão de medidas do Sistema Inglês para o Sistema Métrico e vice-versa ........................................................... 5 
2.1.4.3. Primeiras Considerações sobre Erros ............................................................................................................................... 5 
2.1.4.3.1. Classificação dos erros .................................................................................................................................................. 6 
2.1.4.3.2. Erros grosseiros (ou enganos) ....................................................................................................................................... 6 
2.1.4.3.3. Erros sistemáticos (ou constantes) ................................................................................................................................ 6 
2.1.4.3.4. Erros acidentais (ou fortuitos)......................................................................................................................................... 6 
2.1.4.4. Dispersão das medidas ..................................................................................................................................................... 6 
2.1.5. Valor mais provável de uma grandeza ............................................................................................................................. 7 
2.1.5.1. Desvio absoluto ................................................................................................................................................................. 7 
2.1.5.2. Desvio absoluto médio ...................................................................................................................................................... 7 
2.1.5.3. Primeiras considerações sobre a maneira de exprimir uma medida. Desvio avaliado. ..................................................... 7 
2.1.6. Algarismos significativos .................................................................................................................................................. 8 
2.1.6.1. Considerações a respeito de algarismos significativos ..................................................................................................... 9 
2.1.6.2. Arredondamento................................................................................................................................................................ 9 
2.1.6.3. Desvio de uma medida indireta ....................................................................................................................................... 10 
2.1.6.4. 2.6.4 - Subtração de algarismos significativos ................................................................................................................ 10 
2.2. MATEMÁTICA ....................................................................................................................................................................... 11 
2.2.1. Fração ............................................................................................................................................................................... 11 
2.2.1.1. Fração aparente .............................................................................................................................................................. 11 
2.2.1.2. Fração decimal ................................................................................................................................................................ 11 
2.2.2. Potência ............................................................................................................................................................................ 11 
2.2.3. Adição de frações ordinárias .......................................................................................................................................... 12 
2.2.3.1. Adição de números decimais .......................................................................................................................................... 12 
2.2.3.2. Adição de números inteiros ............................................................................................................................................. 12 
2.2.3.3. Adição de potências indicadas ........................................................................................................................................ 12 
2.2.3.4. Adição de radicais ........................................................................................................................................................... 12 
2.2.4. Subtração de frações ordinárias..................................................................................................................................... 12 
2.2.4.1. Subtração de números decimais ..................................................................................................................................... 12 
2.2.4.2. Subtração de potências indicadas...................................................................................................................................13 
2.2.4.3. Subtração de radicais ...................................................................................................................................................... 13 
2.2.5. Multiplicação de frações ordinárias ............................................................................................................................... 13 
2.2.5.1. Multiplicação de números decimais ................................................................................................................................. 13 
2.2.5.2. Multiplicação de números inteiros ................................................................................................................................... 13 
2.2.5.3. Multiplicação de potências .............................................................................................................................................. 13 
2.2.5.4. Multiplicação de radicais ................................................................................................................................................. 13 
2.2.5.5. Multiplicação por zero ..................................................................................................................................................... 13 
2.2.6. Regra de três .................................................................................................................................................................... 13 
2.2.6.1. Regra de três simples ..................................................................................................................................................... 14 
2.2.7. Unidades de área.............................................................................................................................................................. 15 
2.2.8. Unidades de volume ........................................................................................................................................................ 15 
2.3. ELETRICIDADE .................................................................................................................................................................... 20 
2.3.1. Estrutura da Matéria ......................................................................................................................................................... 20 
2.3.2. Cargas Elétricas ............................................................................................................................................................... 21 
2.3.2.1. Diferença de potencial ou potencial diferente entre cargas ............................................................................................. 21 
2.3.3. Corrente Elétrica .............................................................................................................................................................. 21 
2.3.4. Lei de Ohm ........................................................................................................................................................................ 21 
2.3.5. Fontes de eletricidade ..................................................................................................................................................... 22 
2.3.6. 4.6 - Potência Elétrica ...................................................................................................................................................... 22 
2.3.7. Corrente Contínua e Corrente Alternada ....................................................................................................................... 22 
2.3.8. Problemas Resolvidos ..................................................................................................................................................... 22 
2.3.9. Exercícios de Estudo ....................................................................................................................................................... 23 
3. TEMPERATURA ...................................................................................................................................................................... 24 
3.1. OBJETIVO ............................................................................................................................................................................ 24 
3.2. TEMPERATURA E CALOR .................................................................................................................................................. 24 
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3.2.1. Condução .......................................................................................................................................................................... 24 
3.2.2. Radiação ........................................................................................................................................................................... 24 
3.2.3. Convecção ........................................................................................................................................................................ 24 
3.3. ESCALAS DE TEMPERATURA ............................................................................................................................................ 24 
3.3.1. Escalas .............................................................................................................................................................................. 24 
3.3.2. Conversão de escalas ...................................................................................................................................................... 25 
3.3.3. Escala Internacional de Temperatura ............................................................................................................................. 25 
3.3.4. Normas .............................................................................................................................................................................. 26 
4. MEDIDORES DE TEMPERATURA POR DILATAÇÃO/EXPANSÃO ...................................................................................... 26 
4.1. TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO ...................................................................................................................... 26 
4.1.1. Características .................................................................................................................................................................. 26 
4.1.2. Termômetros de dilatação de líquido em recipiente de vidro ...................................................................................... 26 
4.1.3. Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico........................................................................................ 26 
4.2. TERMÔMETROS À PRESSÃO DE GÁS .............................................................................................................................. 27 
4.2.1. Princípio de funcionamento ............................................................................................................................................ 27 
4.2.2. Características .................................................................................................................................................................. 27 
4.3. TERMÔMETRO À PRESSÃO DE VAPOR ........................................................................................................................... 27 
4.3.1. Principio de funcionamento ............................................................................................................................................ 27 
4.4. TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDOS (TERMÔMETROS BIMETÁLICOS).......................................................... 27 
4.4.1. Princípio de funcionamento ............................................................................................................................................ 27 
4.4.2. Características de construção ........................................................................................................................................ 27 
5. TERMOPAR ............................................................................................................................................................................. 28 
5.1. EFEITOS TERMOELÉTRICOS ............................................................................................................................................. 28 
5.1.1. Efeito termoelétrico de Seebeck ..................................................................................................................................... 28 
5.1.2. Efeito termoelétrico de Peltier ......................................................................................................................................... 28 
5.1.3. Efeito termoelétrico de Thomson .................................................................................................................................... 28 
5.1.4. Efeito termoelétrico de Volta ........................................................................................................................................... 29 
5.2. LEIS TERMOELÉTRICAS ..................................................................................................................................................... 29 
5.2.1. Lei do circuito homogêneo .............................................................................................................................................. 29 
5.2.2. Lei dos metais intermediários ......................................................................................................................................... 29 
5.2.3. Lei das temperaturas intermediárias .............................................................................................................................. 29 
5.3. CORRELAÇÃO DA F.E.M. EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA............................................................................................ 29 
5.4. TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS TERMOPARES .......................................................................................................... 29 
5.4.1. Termopares básicos ......................................................................................................................................................... 29 
5.4.2. Termopares nobres .......................................................................................................................................................... 30 
5.4.3. Termopares especiais ...................................................................................................................................................... 30 
5.5. CORREÇÃO DA JUNTA DE REFERÊNCIA ......................................................................................................................... 30 
5.6. FIOS DE COMPENSAÇÃO E EXTENSÃO ........................................................................................................................... 31 
5.7. ERROS DE LIGAÇÃO ........................................................................................................................................................... 31 
5.7.1. Usando fios de cobre ....................................................................................................................................................... 31 
5.7.2. Inversão simples .............................................................................................................................................................. 32 
5.7.3. Inversão dupla .................................................................................................................................................................. 32 
5.8. TERMOPAR DE ISOLAÇÃO MINERAL ................................................................................................................................ 32 
5.8.1. Vantagens dos termopares de isolação mineral ........................................................................................................... 32 
5.8.1.1. ESTABILIDADE NA FORÇA ELETROMOTRIZ .............................................................................................................. 32 
5.8.1.2. RESISTÊNCIA MECÂNICA ............................................................................................................................................. 32 
5.8.1.3. DIMENSÃO REDUZIDA .................................................................................................................................................. 32 
5.8.1.4. IMPERPEABILIDADE A ÁGUA, ÓLEO E GÁS ............................................................................................................... 32 
5.8.1.5. FACILIDADE DE INSTALAÇÃO ...................................................................................................................................... 32 
5.8.1.6. ADAPTABILIDADE .......................................................................................................................................................... 33 
5.8.1.7. RESPOSTA MAIS RÁPIDA ............................................................................................................................................. 33 
5.8.1.8. RESISTÊNCIA A CORROSÃO ....................................................................................................................................... 33 
5.8.1.9. RESISTÊNCIA DE ISOLAÇÃO ELEVADA ...................................................................................................................... 33 
5.8.1.10. BLINDAGEM ELETROSTÁTICA ................................................................................................................................... 33 
5.9. ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES ....................................................................................................................................... 33 
5.9.1. Associação série .............................................................................................................................................................. 33 
5.9.2. Associação série – oposta............................................................................................................................................... 33 
5.9.3. Associação em paralelo ................................................................................................................................................... 33 
6. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR TERMORRESISTÊNCIA ......................................................................................... 33 
6.1. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ...................................................................................................................................... 33 
6.2. CONSTRUÇÃO FÍSICA DO SENSOR .................................................................................................................................. 34 
6.3. CARACTERÍSTICAS DA TERMORESISTÊNCIA DE PLATINA ........................................................................................... 34 
6.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS ....................................................................................................................................... 34 
6.5. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO .................................................................................................................................................... 34 
6.5.1. Ligação à 2 fios .................................................................................................................................................................35 
6.5.2. Ligação à 3 fios ................................................................................................................................................................. 35 
7. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR RADIAÇÃO ................................................................................................................. 35 
7.1. RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA ....................................................................................................................................... 35 
7.1.1. Hipóteses de Maxwell ...................................................................................................................................................... 35 
7.1.2. Ondas eletromagnéticas .................................................................................................................................................. 36 
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7.1.3. Espectro eletromagnético ............................................................................................................................................... 36 
7.2. TEORIA DA MEDIÇÃO DE RADIAÇÃO ................................................................................................................................ 36 
7.3. PIRÔMETROS ÓPTCOS ...................................................................................................................................................... 37 
7.4. RADIÔMETRO OU PIRÔMETROS DE RADIAÇÃO ............................................................................................................. 37 
7.5. EXERCÍCIOS ........................................................................................................................................................................ 38 
8. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................................... 47 
8.1. CONCEITOS INICIAIS .......................................................................................................................................................... 47 
DEFINIÇÃO DE PRESSÃO ......................................................................................................................................................... 47 
PRINCÍPIOS DE PRESSÃO ........................................................................................................................................................ 47 
8.2. COMO É CRIADA A PRESSÃO............................................................................................................................................ 48 
8.3. CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ........................................................................................................................................... 48 
8.4. PRESSÃO ATMOSFÉRICA .................................................................................................................................................. 48 
8.4.1. Barômetro de Mercúrio .................................................................................................................................................... 49 
8.5. PRESSÃO HIDROSTÁTICA ................................................................................................................................................. 49 
8.6. PRESSÃO ESTÁTICA .......................................................................................................................................................... 49 
8.7. PRESSÃO DINÂMICA OU CINÉTICA E PRESSÃO TOTAL ................................................................................................ 49 
8.8. PRESSÃO DIFERENCIAL .................................................................................................................................................... 49 
8.9. UNIDADES DE PRESSÃO ................................................................................................................................................... 49 
8.10. TEOREMA DE STEVIN ....................................................................................................................................................... 49 
8.11. UNIDADES DE PRESSÃO ................................................................................................................................................. 50 
8.12. UNIDADES DE FORÇA ...................................................................................................................................................... 50 
8.13. MASSA ESPECÍFICA (KG/M³) ............................................................................................................................................ 50 
8.14. CONVERSÕES DE FORÇA ............................................................................................................................................... 50 
8.15. CONVERSÃO DE MASSA .................................................................................................................................................. 50 
8.16. CONVERSORES DE COMPRIMENTO .............................................................................................................................. 50 
8.17. CONVERSORES DE ÁREA ................................................................................................................................................ 50 
8.18. CONVERSÕES DE PRESSÃO ........................................................................................................................................... 51 
9. DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO................................................................................................................... 51 
9.1. TUBO DE BOURDON ........................................................................................................................................................... 51 
9.2. MEMBRANA OU DIAFRAGMA ............................................................................................................................................. 51 
9.3. FOLE ..................................................................................................................................................................................... 51 
9.4. COLUNA DE LÍQUIDO .......................................................................................................................................................... 51 
9.4.1. Aplicações do tubo em U ................................................................................................................................................ 52 
9.5. SENSOR TIPO CAPACITIVO ............................................................................................................................................... 52 
9.6. SENSOR TIPO STRAIN GAUGE OU PIEZORESISTIVO ..................................................................................................... 52 
9.7. SENSOR PÔR SILÍCIO RESSONANTE ............................................................................................................................... 53 
9.7.1. Construção do sensor ..................................................................................................................................................... 53 
SENSOR TIPO PIEZOELÉTRICO ............................................................................................................................................... 54 
10. BOMBA PARA AFERIÇÃO DE MANÔMETRO .................................................................................................................... 54 
10.1. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO PARA BOMBA DE AFERIÇÃO ..................................................................................54 
10.2. CALIBRADOR DE PESO MORTO PARA PRESSÃO E VÁCUO ........................................................................................ 55 
11. MÉTODOS DE SELAGEM .................................................................................................................................................... 55 
TIPOS DE SELAGEM .................................................................................................................................................................. 55 
11.1.1. Selo líquido ..................................................................................................................................................................... 55 
11.1.2. Selo de Ar ....................................................................................................................................................................... 55 
11.1.3. Selo Volumétrico ............................................................................................................................................................ 56 
POTE DE SELAGEM ................................................................................................................................................................... 56 
12. TRANSMISSOR DE PRESSÃO ............................................................................................................................................ 56 
12.1. CÉLULA CAPACITIVA ........................................................................................................................................................ 56 
12.2. CONSTRUÇÃO ................................................................................................................................................................... 57 
12.3. TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL (P) ......................................................................................................... 57 
12.4. TRANSMISSOR DE PRESSÃO MANOMÉTRICA .............................................................................................................. 57 
12.5. TRANSMISSOR DE PRESSÃO ABSOLUTA ...................................................................................................................... 57 
12.6. TRANSMISSOR DE NÍVEL ................................................................................................................................................. 57 
12.7. SELO REMOTO .................................................................................................................................................................. 57 
12.8. PROGRAMAÇÃO E AJUSTE ............................................................................................................................................. 58 
12.9. DIAGRAMA DE LIGAÇÃO .................................................................................................................................................. 58 
12.10. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ...................................................................................................................................... 59 
QUESTIONÁRIO .......................................................................................................................................................................... 59 
13. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................................................... 62 
14. NOÇÕES DE HIDRODINÂMICA ........................................................................................................................................... 62 
14.1. DEFINIÇÃO ......................................................................................................................................................................... 62 
14.2. MASSA ESPECÍFICA ......................................................................................................................................................... 62 
14.2.1. Exercícios Resolvidos ................................................................................................................................................... 62 
14.3. PESO ESPECÍFICO ............................................................................................................................................................ 62 
14.4. RELAÇÃO ENTRE MASSA ESPECÍFICA E PESO ESPECÍFICO ..................................................................................... 62 
14.4.1. Exercícios Resolvidos ................................................................................................................................................... 62 
14.5. DENSIDADE ....................................................................................................................................................................... 63 
14.6. EXERCÍCIOS PROPOSTOS .............................................................................................................................................. 63 
15. FLUXO ................................................................................................................................................................................... 63 
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15.1. DEFINIÇÃO ......................................................................................................................................................................... 63 
15.2. VAZÃO EM VOLUME .......................................................................................................................................................... 63 
15.3. VAZÃO EM MASSA ............................................................................................................................................................ 64 
15.4. VAZÃO EM PESO ............................................................................................................................................................... 64 
15.5. UNIDADES DE VAZÃO ....................................................................................................................................................... 64 
15.5.1. Unidades de Vazão em Volume ..................................................................................................................................... 64 
15.5.2. Unidades de Vazão em Massa ....................................................................................................................................... 64 
15.5.3. Unidade de Vazão em Peso ........................................................................................................................................... 64 
15.5.4. Principais Relações ........................................................................................................................................................ 64 
15.6. TIPOS DE ESCOAMENTOS ............................................................................................................................................... 64 
15.6.1. Linhas de Corrente ......................................................................................................................................................... 65 
15.6.2. Tubos de Corrente .......................................................................................................................................................... 65 
15.6.3. Equação da continuidade .............................................................................................................................................. 65 
15.6.3.1. Exercícios Propostos .....................................................................................................................................................65 
15.6.4. Equação de Bernoulli ..................................................................................................................................................... 65 
15.6.5. Exercícios Propostos ..................................................................................................................................................... 66 
15.6.6. Equação de Torricelli ..................................................................................................................................................... 66 
15.6.7. Fórmula de Torricelli ...................................................................................................................................................... 66 
15.7. MÉTODOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO ........................................................................................................................... 67 
15.7.1. Medição de vazão por Pressão diferencial................................................................................................................... 67 
15.7.1.1. Placa de Orifício ............................................................................................................................................................ 67 
15.7.1.2. Tubo Venturi .................................................................................................................................................................. 67 
15.7.1.3. Tubo de Pitot ................................................................................................................................................................. 68 
15.7.1.4. Bocal ............................................................................................................................................................................. 68 
15.7.1.5. Tubo de Dall .................................................................................................................................................................. 68 
15.7.1.6. Instalação das Linhas de Impulso ................................................................................................................................. 68 
15.7.2. Medição por Área Variável ............................................................................................................................................. 69 
15.7.2.1. Rotâmetros .................................................................................................................................................................... 70 
15.7.2.2. Princípios Básicos do Rotâmetro ................................................................................................................................... 70 
15.7.2.3. Condições de Equilíbrio ................................................................................................................................................. 70 
15.7.2.4. Tipos de Flutuadores ..................................................................................................................................................... 70 
15.7.2.5. Ponto de Leitura em Função do Formato do Flutuador ................................................................................................. 71 
15.7.2.6. Instalação ...................................................................................................................................................................... 71 
15.7.3. Medição de Vazão Através da Velocidade.................................................................................................................... 71 
15.7.3.1. Medição de Vazão em Canais Abertos ......................................................................................................................... 71 
15.7.3.2. Medidores Tipo Turbina ................................................................................................................................................. 72 
15.7.4. Medição por Tensão Induzida ....................................................................................................................................... 72 
15.7.5. Medidores por Deslocamento Positivo ........................................................................................................................ 73 
15.7.5.1. Classificação dos medidores de vazão de deslocamento positivo ................................................................................ 74 
15.7.5.2. Medidor de gás de foles ................................................................................................................................................ 74 
15.7.5.3. Medidor de pistão de nutação ....................................................................................................................................... 74 
15.7.5.4. Medidor de pistão oscilante ........................................................................................................................................... 74 
15.7.5.5. Medidores giratórios ...................................................................................................................................................... 74 
16. MEDIÇÃO DE VAZÃO DE MASSA POR FLUXÔMETRO TÉRMICO ................................................................................... 75 
16.1. MEDIDORES TÉRMICOS DE VAZÃO ................................................................................................................................ 75 
16.2. APARELHO A TERMOBUTO .............................................................................................................................................. 76 
16.3. FORMAÇÃO DE TURBILHÕES .......................................................................................................................................... 77 
17. CONVERSOR DE FIELDBUS PARA UM SINAL PNEUMÁTICO ......................................................................................... 78 
17.1. DESCRIÇÃO ....................................................................................................................................................................... 78 
17.2. OPERAÇÃO ........................................................................................................................................................................ 78 
17.2.1. Módulo de Saída ............................................................................................................................................................. 78 
17.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ........................................................................................................................................ 78 
17.4. ESPECIFICAÇÕES FUNCIONAIS ...................................................................................................................................... 78 
17.5. CERTIFICAÇÃO EM ÁREA CLASSIFICADA ...................................................................................................................... 79 
18. NÍVEL ..................................................................................................................................................................................... 80 
18.1. NÍVEL DE LÍQUIDO ............................................................................................................................................................ 80 
18.1.1. Exercício Resolvido ....................................................................................................................................................... 80 
18.2. MEDIÇÃO DIRETA .............................................................................................................................................................. 80 
18.2.1. Visor de Nível .................................................................................................................................................................. 80 
18.2.2. Visor deVidro Reflex ..................................................................................................................................................... 81 
18.2.3. Cuidados na Montagem do Visor de Nível ................................................................................................................... 81 
18.2.4. Visor de Nível do tipo Vidro Plano ................................................................................................................................ 81 
18.2.5. Medição de Nível por Bóia ............................................................................................................................................. 81 
18.2.6. Medidores descontínuos de Nível ................................................................................................................................. 82 
18.2.7. Chave de Nível Pendular tipo pera ................................................................................................................................ 82 
18.2.7.1. Modelo Lc-100 ............................................................................................................................................................... 82 
18.3. MEDIÇÃO INDIRETA .......................................................................................................................................................... 83 
18.3.1. Medição de Nível por Pressão ....................................................................................................................................... 83 
18.3.1.1. Supressão de Zero ........................................................................................................................................................ 83 
18.3.2. Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques Fechados e Pressurizados. ............................................... 84 
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v 
18.3.2.1. Elevação de Zero .......................................................................................................................................................... 84 
18.3.3. Medição de Nível com Borbulhador ............................................................................................................................. 84 
18.3.4. Medição de Nível por Empuxo ...................................................................................................................................... 85 
18.3.4.1. Princípio de Arquimedes ............................................................................................................................................... 85 
18.3.4.2. Medição de Nível de Interface ....................................................................................................................................... 85 
18.3.5. Medição de Nível com Raios Gamas ............................................................................................................................ 85 
18.3.6. Medição de Nível Capacitivo ......................................................................................................................................... 85 
18.3.7. Medidor de Nível por Ultra Som .................................................................................................................................... 86 
18.3.7.1. Aplicação ....................................................................................................................................................................... 86 
18.3.7.2. Princípios Físicos .......................................................................................................................................................... 86 
18.3.7.3. Geração do Ultra-som ................................................................................................................................................... 86 
18.3.8. Medição de nível por radar ............................................................................................................................................ 86 
18.3.8.1. Princípio de Operação ................................................................................................................................................... 86 
18.3.8.2. Aplicação ....................................................................................................................................................................... 86 
18.4. TRANSMISSOR DE NÍVEL MICROPROCESSADO........................................................................................................... 86 
19. EXERCÍCIOS ......................................................................................................................................................................... 87 
20. ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE ................................................................................................................................. 89 
20.1. DEFINIÇÃO ......................................................................................................................................................................... 89 
21. VÁLVULAS DE CONTROLE ................................................................................................................................................. 89 
21.1. PARTES PRINCIPAIS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE .............................................................................................. 89 
21.2. ATUADOR ........................................................................................................................................................................... 89 
21.3. CORPO ............................................................................................................................................................................... 89 
22. VÁLVULAS DE DESLOCAMENTO LINEAR DA HASTE ..................................................................................................... 90 
22.1. VÁLVULAS GLOBO ............................................................................................................................................................ 90 
22.1.1. Válvulas Globo Sede Simples ....................................................................................................................................... 90 
22.1.2. Válvula Globo Sede Dupla ............................................................................................................................................. 91 
22.2. VÁLVULA GLOBO TIPO GAIOLA ....................................................................................................................................... 91 
22.2.1. Válvula Globo Tipo Gaiola Sede Simples ..................................................................................................................... 92 
22.2.2. Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada ........................................................................................................................ 92 
22.3. VÁLVULA DE CONTROLE TIPO DIAFRAGMA OU SAUNDERS ...................................................................................... 92 
22.4. VÁLVULA DE CONTROLE TIPO GUILHOTINA ................................................................................................................. 92 
23. VÁLVULAS DE DESLOCAMENTO ROTATIVO DA HASTE ................................................................................................ 92 
23.1. VÁLVULA DE CONTROLE TIPO BORBOLETA ................................................................................................................. 92 
23.2. VÁLVULA DE CONTROLE ESFERA ..................................................................................................................................93 
23.3. VÁLVULA DE CONTROLE TIPO OBTURADOR ROTATIVO - EXCÊNTRICO .................................................................. 94 
24. INTERNOS DAS VÁLVULAS ................................................................................................................................................ 94 
24.1. OBTURADOR ..................................................................................................................................................................... 94 
24.1.1. Tipos de Obturadores .................................................................................................................................................... 94 
24.1.2. Obturadores Torneados ................................................................................................................................................ 94 
24.1.3. Obturadores com entalhes em “V” ............................................................................................................................... 94 
24.1.4. Obturadores Simples Estriados ou Perfilados ............................................................................................................ 95 
24.1.5. Obturadores de Abertura Rápida .................................................................................................................................. 95 
24.1.6. Obturadores com Disco ou O-Ring .............................................................................................................................. 95 
24.2. OBTURADORES TIPO GAIOLA ......................................................................................................................................... 95 
24.3. ANEL DE SEDE .................................................................................................................................................................. 96 
25. CASTELO .............................................................................................................................................................................. 96 
25.1. TIPOS PRINCIPAIS ............................................................................................................................................................ 96 
25.2. CASTELO NORMAL ........................................................................................................................................................... 96 
25.3. CASTELO ALETADO .......................................................................................................................................................... 96 
25.4. CASTELO ALONGADO ...................................................................................................................................................... 96 
25.5. CASTELO COM FOLE ........................................................................................................................................................ 96 
26. CAIXA DE GAXETAS ............................................................................................................................................................ 96 
27. GAXETAS .............................................................................................................................................................................. 97 
27.1. TEFLON (TFE) .................................................................................................................................................................... 97 
27.2. AMIANTO IMPREGNADO .................................................................................................................................................. 97 
28. CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO ......................................................................................................................................... 97 
28.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................................................... 97 
28.2. CARACTERÍSTICA DE VAZÃO .......................................................................................................................................... 97 
28.3. ALCANCE DE FAIXA DA VÁLVULA ................................................................................................................................... 98 
28.4. CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO INERENTES .................................................................................................................. 98 
28.4.1. Curva Característica das Válvulas de Controle ........................................................................................................... 98 
28.4.1.1. Característica de vazão Linear ...................................................................................................................................... 98 
28.4.1.2. Característica de Vazão de Igual Porcentagem ............................................................................................................ 98 
28.4.1.3. Característica da Válvula de Controle “Saunders”. ....................................................................................................... 99 
28.4.1.4. Característica da Válvula de Abertura Rápida .............................................................................................................. 99 
28.4.1.5. Característica da Válvula Borboleta .............................................................................................................................. 99 
28.4.2. Coeficiente de Vazão - CV ............................................................................................................................................. 99 
29. POSICIONADORES .............................................................................................................................................................. 99 
29.1. PRINCIPAIS APLICAÇÕES DO POSICIONADOR EM VÁLVULAS ................................................................................. 100 
29.2. LIMITAÇÕES DO USO DO POSICIONADOR .................................................................................................................. 100 
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vi 
29.3. POSICIONADOR INTELIGENTE ...................................................................................................................................... 100 
29.3.1. Vantagens do posicionador inteligente ...................................................................................................................... 100 
30. SIMBOLOGIA ...................................................................................................................................................................... 100 
30.1. VARIÁVEL MEDIDA OU CONTROLADA .......................................................................................................................... 100 
30.2. FUNÇÃO PRINCIPAL E ANEXA ....................................................................................................................................... 100 
30.3. REPRESENTAÇÃO CONVENCIONAIS DAS TUBULAÇÕES .......................................................................................... 100 
30.4. SÍMBOLOS BÁSICOS DE INSTRUMENTOS QUANTO À MONTAGEM .......................................................................... 101 
30.5. SÍMBOLOS DE DESIGNAÇÃO DE FUNÇÃO ................................................................................................................... 101 
31. VÁLVULA SOLENÓIDE ...................................................................................................................................................... 101 
31.1. FUNCIONAMENTO ...........................................................................................................................................................101 
31.2. INSTALAÇÃO .................................................................................................................................................................... 101 
31.3. SIMBOLOGIA .................................................................................................................................................................... 102 
32. VÁLVULAS REDUTORAS .................................................................................................................................................. 102 
32.1. DETALHES PRINCIPAIS DA VÁLVULA REDUTORA ...................................................................................................... 102 
32.2. COMPONENTES DA VÁLVULA REGULADORA E SUA NOMENCLATURA ................................................................... 102 
32.3. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO .................................................................................................................................. 102 
32.4. CONSTRUÇÃO ................................................................................................................................................................. 102 
33. EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................................................... 103 
34. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................................................... 104 
35. PROCESSO ......................................................................................................................................................................... 104 
35.1. DEFINIÇÕES DO CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO ..................................................................................... 104 
35.2. VARIÁVEIS DO PROCESSO ............................................................................................................................................ 104 
35.3. TROCADOR DE ENERGIA ............................................................................................................................................... 104 
35.4. AUTO-REGULAÇÃO ......................................................................................................................................................... 105 
35.5. PROPRIEDADES DO PROCESSO .................................................................................................................................. 105 
35.5.1. Resistência.................................................................................................................................................................... 105 
35.5.2. Capacitância ................................................................................................................................................................. 105 
35.5.3. Tempo Morto ................................................................................................................................................................. 105 
35.6. TIPOS DE DISTÚRBIOS DE PROCESSO ........................................................................................................................ 106 
35.6.1. Distúrbios de Alimentação .......................................................................................................................................... 106 
35.6.2. Distúrbios de Demanda ............................................................................................................................................... 106 
35.6.3. Distúrbios de Set Point ................................................................................................................................................ 106 
35.6.4. Curvas de Reação do Processo .................................................................................................................................. 106 
35.6.5. Resposta Ideal do Controle ......................................................................................................................................... 106 
35.6.6. Processo Monocapacitivo ou de 1ª Ordem ................................................................................................................ 107 
35.6.7. Processo Multiplicativo ou de 2ª Ordem .................................................................................................................... 107 
35.6.8. Efeito do Tempo Morto em Processos Multiplicadores ............................................................................................ 107 
36. CONTROLE MANUAL ......................................................................................................................................................... 107 
36.1. CONTROLE EM MALHA FECHADA ................................................................................................................................. 108 
36.2. EXCESSO DE CORREÇÃO.............................................................................................................................................. 108 
36.3. FUNÇÕES BÁSICAS DO CONTROLE ............................................................................................................................. 108 
37. ELEMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO................................................................................................................... 109 
37.1. ATRASOS DE TEMPO NO SISTEMA DE CONTROLE .................................................................................................... 109 
37.1.1. Atrasos nos Meios de Medição ................................................................................................................................... 109 
37.1.2. Atrasos do Detector de Erro e do Amplificador nos Controladores Pneumáticos ................................................. 109 
37.1.3. Atrasos de Transmissão Pneumática ......................................................................................................................... 109 
37.1.4. Atrasos do Elemento Final de Controle ..................................................................................................................... 109 
37.2. CONTROLE AUTOMÁTICO DESCONTÍNUO .................................................................................................................. 109 
37.2.1. Controle Descontínuo de duas Posições sem Histerese ( Controle On Off)........................................................... 109 
37.2.2. Controle Descontínuo de Duas Posições com Histerese ......................................................................................... 110 
37.3. CONTROLE AUTOMÁTICO CONTÍNUO EM MALHA ABERTA ....................................................................................... 110 
37.3.1. Característica de um Controlador Contínuo .............................................................................................................. 111 
37.3.2. Controle Proporcional em Malha Aberta .................................................................................................................... 111 
37.3.2.1. Ganho do Controlador ................................................................................................................................................. 111 
37.3.2.2. Banda Proporcional ..................................................................................................................................................... 111 
37.3.2.3. Cálculo da Saída do Controlador Proporcional em Malha Aberta ............................................................................... 111 
37.3.3. Controle Proporcional + Integral ................................................................................................................................. 112 
37.3.3.1. Cálculo da Saída do Controlador P + 1 em Malha Aberta ...........................................................................................112 
37.3.4. Controle Proporcional +Derivativo ............................................................................................................................. 113 
37.3.4.1. Cálculo de Saída do Controlador P + D em Malha Aberta .......................................................................................... 113 
38. CONTROLE AUTOMÁTICO CONTINUO EM MALHA FECHADA ..................................................................................... 113 
38.1. AÇÃO PROPORCIONAL .................................................................................................................................................. 113 
38.2. AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL............................................................................................................................. 114 
38.3. AÇÃO PROPORCIONAL + DERIVATIVA ......................................................................................................................... 115 
38.4. AÇÃO PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVA ................................................................................................... 115 
38.5. CRITÉRIOS DE QUALIDADE DE CONTROLE................................................................................................................. 115 
38.5.1. Critério da Taxa de Amortecimento ou Área Mínima ................................................................................................ 115 
38.5.2. CRITÉRIO DE DISTÚRBIO MÍNIMO ............................................................................................................................. 116 
38.5.3. Critério da Amplitude Mínima ...................................................................................................................................... 116 
38.6. MÉTODOS DE SINTONIA DE UM CONTROLADOR ....................................................................................................... 116 
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vii 
38.6.1. Método da Tentativa Sistemática ................................................................................................................................ 116 
38.6.1.1. Ajustes de Controladores Proporcionais ..................................................................................................................... 116 
38.6.1.2. Ajustes de Controladores Proporcional + Integral ....................................................................................................... 116 
38.6.1.3. Ajustes de Controladores Proporcional + Derivativo ................................................................................................... 117 
38.6.1.4. Ajustes de Controladores Proporcional + Integral + Derivativo ................................................................................... 117 
38.7. MÉTODO DA SENSIBILIDADE LIMITE ............................................................................................................................ 117 
38.8. MÉTODO DA CURVA DE REAÇÃO ................................................................................................................................. 118 
38.9. MÉTODO DA APROXIMAÇÃO SUCESSIVA ................................................................................................................... 118 
38.9.1. Processos Estáveis ...................................................................................................................................................... 118 
38.9.1.1. Ajuste da Ação Proporcional ....................................................................................................................................... 118 
38.9.1.2. Ajuste da Ação Derivativa ........................................................................................................................................... 119 
38.9.1.3. Ajuste da Ação Integral ............................................................................................................................................... 120 
38.10. PROCESSOS INSTÁVEIS .............................................................................................................................................. 120 
38.10.1. Ajuste da Ação Proporcional .................................................................................................................................... 120 
38.10.2. Ajuste da Ação Derivativa ......................................................................................................................................... 120 
38.10.3. Ajuste da Ação Integral ............................................................................................................................................. 120 
38.11. MÉTODO DE SINTONIA ATRAVÉS DA IDENTIFICAÇÃO DA ESTRUTURA DO CONTROLADOR E DA 
IDENTIFICAÇÃO DO PROCESSO. ........................................................................................................................................... 121 
38.11.1. Estrutura Interna dos Controladores ........................................................................................................................ 121 
38.11.1.1. Controlador P ............................................................................................................................................................ 121 
38.11.1.2. Controlador PI - Série ................................................................................................................................................ 121 
38.11.1.3. Controlador PI - Paralelo ........................................................................................................................................... 121 
38.11.1.4. Controlador PD - série ............................................................................................................................................... 121 
38.11.1.5. Controlador PD - Paralelo ......................................................................................................................................... 121 
38.11.1.6. Controlador PID - Série ............................................................................................................................................. 122 
38.11.1.7. Controlador PID - Paralelo ........................................................................................................................................ 122 
38.11.1.8. Controlador PID - Misto ............................................................................................................................................. 122 
38.12. IDENTIFICAÇÃO DE PROCESSOS ESTÁVEIS (AUTO-REGULÁVEIS) ....................................................................... 123 
38.12.1. Sistema de 1a Ordem com Tempo Morto.................................................................................................................. 123 
38.12.2. Sistema de Enésima Ordem ...................................................................................................................................... 123 
38.12.2.1. Método de Broída ...................................................................................................................................................... 123 
38.12.2.1.1. Generalidades ........................................................................................................................................................ 123 
38.12.2.2. Cálculo de  .............................................................................................................................................................. 123 
38.12.2.3. Cálculo de  ...............................................................................................................................................................