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Um instrumento de medição de forma sucinta e resumida, trata‐se de um dispositivo que estando em contato direto ou não com o processo, possui característica de converter o valor do mesmo em um sinal padronizado para, a partir deste, efetuar‐se um registro, uma indicação, um controle ou ainda, combinação dos mesmos. As seguintes funções podem ser exercidas por um instrumento: a) Indicação: Através de um Display (Analógico ou Digital) ou uma Escala Graduada , é possível efetuar‐se a monitoração da variável. b) Registro: Na qual é utilizada uma Impressora ou uma Pena, sendo que neste caso, o registro da variável é feito pela inscrição em uma carta de rolo, circular ou do tipo sanfona. As principais utilidades de se ter um registro do valor da variável medida, são: B1: Orientação para o Operador do Processo que poderá observar as variações de grandeza e tomar as medidas adequadas; B2: Localização das causas de eventuais problemas; B3: Arquivamento para futuras consultas; B4: Estudos / análises de respostas de sintonias de controle; B5: Obtenção de históricos de manobras efetuadas pela operação c) Controle: No qual o instrumento Controlador ( com Indicação, Registro ou Cego ), recebe um sinal (?input?) do Elemento Primário ou do Transmissor, processa esse sinal comparando‐o com um valor pré‐estabelecido (?set‐point?) e envia um sinal de saída ( ?output?) para o Elemento Final de Controle. É a maneira pela qual um instrumento converte o valor da variável medida do processo em um sinal padrão proporcional ao valor do mesmo para que, normalmente, sejam transmitidos à distância. Os sinais mais comumente utilizados para transmissão são: a) Eletrônico ou Elétrico: São aqueles que convertem a medição da variável em um sinal padrão elétrico ou eletrônico. Em geral, os sinais variam de 4 a 20 mA ; 10 a 50 mA ( miliamperes ), 1 a 5 Vcc; 0 a 10 Vcc ( Volts em tensão contínua ) b) Pneumáticos: São aqueles que convertem a medição da variável em um sinal padrão pneumático ( ar comprimido ). No sistema americano, os limites da faixa de medição variam de 3 a 15 psi ( pouds / square inches / libras / polegadas quadradas ) , sendo que no sistema europeu, os limites variam de 0,2 kgf/ cm2 a 1,0 kgf/cm2. Nota: O resultado da conversão de psi para kgf/cm² ou vice‐versa são muito próximos, sendo que no entanto não pode‐se trabalhar com instrumentos com sinais diferentes, mesmo sendo extremamente próximos. c) Digitais: São aqueles que convertem a medição da variável do processo em um sinal padrão, do tipo de pulsos elétricos. Alimentação: A grande maioria dos sistemas de instrumentação possuem a alimentação de 24 Vcc para o sistema eletrônico e 20 psi, para o sistema pneumático. 3.1 Analógico: Termo aplicado para um instrumento no qual é possível efetuar‐se a leitura através de uma escala e ponteiro. 3.2 Binário: Refere‐se ao sinal que somente tem dois estados, 0 ou 1, ligado ou desligado. 3.3 Dedicado: Termo aplicado a um instrumento que excuta uma função relacionada com uma única variável do processo. 3.4 Sinalização: Termo aplicado a um dispositivo ou sinal que tem somente 2 posições ou estados. Quando usado na sua forma mais simples, representa os estados ?LIGA/DESLIGA? ou ?ALTO/BAIXO?, isto é, não representa uma contínua variação de quantidade. 3.5 Chave: Dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos de forma manual ou automática. Sua saída pode ser usada para acionar alarmes, lâmpadas pilotos, intertravamento ou sistema de segurança. Ver itens 3.10 e 3.11. Todo controlador de duas posições deve ser designado como chave ( S ) e não como controlador. 3.6 Configurável: Termo aplicado a um dispositivo ou sistemas cuja estrutura ou característica funcional podem ser selecionadas ou rearranjada através de programação ou outros métodos. O conceito exclui rearranjo de fiação como meio de alterar a configuração. 3.7 Comutável Logicamente ( Assignable ): Termo aplicado a uma característica que permite logicamente o direcionamento de um sinal de um dispositivo para outro sem a necessidade de comutação manual, ligação provisória ou mudança na fiação. 3.8 Controlador: Dispositivo que tem por finalidade manter em um valor pré‐determinado de , uma variável, sendo que essa pode ser feita manual ou automaticamente. 3.9 Controlador Multi‐Malha ( Compartilhado ): Controlador com algoritmo pré‐programado que são usualmente acessíveis, configuráveis e comutáveis logicamente, contendo várias entradas e saídas, capazes de controlar simultaneamente diversas malhas de controle. 3.10 Controlador de duas posições: Vide chave ? item 3.5. 3.11 Controlador Programável: Controlador com múltiplas entradas e saídas, que contém, um programa que pode ser configurado. 3.12 Conversor: Dispositivo que emite um sinal de saída padronizado modificado ( EX: 4 a 20 mA ?para? 1 a 5 Vcc ou vice‐versa, etc ), em relação à natureza do correspondente sinal de entrada, também padronizado. O instrumento que converte o sinal de um sensor para um sinal padronizado deve ser designado como transmissor. Dessa forma na malha de temperatura o componente ligado ao elemento primário (TE) deve ser designado como transmissor (TT) e não conversor (TY). 3.13 Digital: Designação aplicada a dispositivos ou sinais que utilizem dígitos binários para representar valores contínuos ou estados discretos. 3.14 Elemento Final de Controle: Dispositivo que altera diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle. 3.15 Elemento Primário ou Sensor: Parte de uma malha ou de um instrumento que primeiro sente o valor da variável do processo e que assume um estado ou sinal de saída, pré‐ determinado e inteligível, correspondente ao valor da variável de processo. 3.16 Estação de Controle: Interface homem‐máquina de um sistema de controle distribuído , ( IHM) pode ser considerada uma Estação de Controle. 3.17 Estação Manual de Controle ( Controle Manual ): Dispositivo ou função programada com sinal de saída ajustável manualmente utilizada para atuar um ou mais dispositivos remotos. Podem conter, integradas a ela, indicadores, lâmpadas e outros recursos. 3.18 Frontal do Painel: Termo aplicado a um instrumento de painel que seja acessível visualmente ao operador . 3.19 Função: Objetivo ou ação executado por um dispositivo. 3.20 Função Programada: Objetivo ou função executada através de programa. 3.21 Identificação: Conjunto alfanumérico usado para designar instrumento, função programada ou malha. 3.22 Lâmpada Piloto: Lâmpada que indica estados operacionais de um sistema ou dispositivos. 3.23 Local: Termo que designa a localização de um instrumento que não está montado em painel ou sala de controle. Os instrumentos locais estão comumente próximos aos elementos primários ou finais de controle. A palavra ?campo? é freqüentemente usada como sinônimo de local. 3.24 Monitor: Designação geral para um instrumento ou sistema de instrumentos usados para medir ou detectar o estado ou a grandeza de uma ou mais variáveis. 3.25 Mostrador Compartilhado: Parte do dispositivo ( usualmente uma tela de vídeo ) que permite apresentar ao operador as informações de diversas malhas de controle. 3.26 Painel: É um conjunto de instrumentos montados em estruturas que abriga a interface do operador com o processo. O painel pode consistir de uma ou mais secções, cubículos, consoles ou mesa de operação. 3.27 Painel Local: Painel que não é considerado central ou principal e contém os instrumentos de controle, indicação e/ou segurança de determinado equipamento ou sistema, comumente montado junto ao mesmo. 3.28 Ponto de Controle / Ajuste ( Set Point ): O valor desejado da variável controlada. 3.29 Programa: Seqüênciarepetitiva de ações que definem o estado das saídas numa relação fixa com um conjunto de entradas. 3.30 Relé: Dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos automaticamente, não atuado diretamente pala variável de processo ou de sinal representativo, isto é, atuando por chaves, controladoras de duas posições ou outros relés Ver itens 3.5 e 3.10. 3.31 Relé de Computação: Dispositivo ou função programada que recebe um ou mais sinais de outros instrumentos ou funções programadas, executa cálculos e/ou funções lógicas e fornece um ou mais sinais de saída resultantes. 3.32 Sistema de Controle Distribuído: Sistema que embora funcionalmente integrado, consiste de subsistemas que podem estar fisicamente separados e montados remotamente um do outro, obedecendo a uma hierarquia configurável. 3.33 Transmissor: Dispositivo que sente uma variável de processo por meio de um elemento primário e que produz uma saída cujo valor é geralmente proporcional ao valor da variável de processo. O elemento primário pode ser ou não parte integrante do transmissor. 3.34 Válvula de Controle: Dispositivo que manipula diretamente a vazão de um ou mais fluidos de processo. Não devem ser consideradas as válvulas manuais de bloqueio e as válvulas de retenção auto‐atuadas. A designação de válvulas de controle manual deve ser limitada a válvulas atuadas manualmente que são usadas para regulagem de vazões de fluidos de processo ou necessitam de identificação como instrumento. 3.35 Varredura: Função que consiste em amostrar, ininterruptamente, de uma maneira pré‐ determinada cada uma das variáveis de um grupo. Normalmente, a finalidade de dispositivos com varredura é indicar o estado ou valor das variáveis, porém,. Podem estar associadas a outras funções, tais como registro e alarme. 3.36 Malha: Combinação de um ou mais instrumentos interligados para medir e/ou controlar uma variável de processo. 3.37 Medição: Determinação da existência ou magnitude de uma variável. Todos os dispositivos usados direta ou indiretamente com esse propósito são chamados de instrumentos de medida. 3.38 Ponto de Teste: Tomada onde normalmente se instala um instrumento em caráter temporário ou intermitente para medição de uma variável de processo. 3.39 Telemetria: Transmissão e recepção à distância da medida de uma variável. 3.40 Variável de Processo: Qualquer propriedade mensurável de um processo. 3.41 Variável Manipulada: Quantidade ou condição que varia em função do sinal de erro para mudar o valor de uma variável controlada. 3.42 Variável diretamente Controlada: Variável cujo valor medido origina um sinal, de modo a originar um controle por alimentação ?feedback?. 3.43 Processo: Qualquer operação ou seqüências de operações envolvendo Mudança de Estado Energético, de Composição, de Dimensão, ou outras propriedades que possam ser definidas relativamente a um padrão Instrumentação Símbolos e Identificação Uso de simbologia de instrumentação e Controle O uso correto da simbologia de representação de instrumentos é fundamental para a correta apresentação de documentos na área de controle e instrumentação. Toda esta simbologia foi padronizada pelos órgãos normativos, no caso a ISA (The international society for measurement and control, antiga Instrument Society of America) e a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Em geral esta notação é utilizada lado a lado com a representação dos equipamentos de processo formando um documento denominado diagrama P&I (Process and Instrumentation/ Piping and Instrumentation) Conceitos Básicos: Nomenclatura de equipamentos industriais Todo equipamento industrial deve ser identificado por seu tag. Este tag é formado pelo nome da área, tipo do equipamento e um número seqüencial, caso haja mais de uma equipamento do mesmo tipo na mesma área, separados por hífens, o que totaliza oito caracteres. Muitas empresas adotam tags mais longos de 12 ou mais caracteres. A tabela 1 contém os símbolos dos principais equipamentos utilizados na indústria: Sigla Sigla alternativa Equipamento AL Alimentador (Feeder) BA WP Bomba de Água (Water Pump) BP Bomba de Polpa BR CR Britador (Crusher) CX Caixa (Sump) DV Desviador EP Espessador (Thickener) HC Hidrociclone (Hydro cyclone) MB BM Moinho de bolas (Ball Mill) PE Peneira vibratória (Screen) SL Silo TC BC Transportador de Correia (Belt conveyor) CN SL Carregador de navios (Ship Loader) VV CD Virador de Vagões (Car Dumper) AF BF Alto Forno (Blast Furnace) Tabela 1: Alguns nomes usuais de equipamentos em português e inglês Nomenclatura de instrumentos e malhas de controle: Regras básicas: O nome de um instrumento é formado por: • Conjunto de letras que o identificam funcionalmente o Primeira letra: identifica a variável medida pelo instrumento o Letras subsequentes: descrevem funcionalidades adicionais do instrumento • Número o Identifica o instrumento com uma malha de controle. Todos os instrumentos da mesma malha devem apresentar o mesmo número: Exemplo: Instrumento: Registrador controlador de temperatura. T RC - 2 A Primeira Letra Letras subsequentes Número da Malha Sufixo Opcional Identificação funcional Identificação da Malha Identificação do instrumento 1. As letras usadas na identificação estão codificadas na tabela 2. 2. O que interessa na identificação é a função e não a construção do instrumento. 3. Um registrador de pressão diferencial usado para registro de vazão é identificado como FR. 4. Um indicador de pressão e um pressostato conectado à saída de um transmissor de nível são denominados: LI e LS. 5. Malhas de controle: A primeira letra corresponde à variável medida. Uma válvula de controle que varia uma vazão para controlar um nível é denominada LV. 6. Quando as letra C e V são usadas em conjunto, C (Control) deve preceder V (Valve): Válvula de controle Manual: HCV 7. As letras modificadoras devem ser colocadas logo após as letras que modificam. 8. Para cada função de um instrumento deverá ser colocado junto ao desenho círculo concêntricos tangenciais Exemplo: Um controlador de temperatura com chave de nível alto. O instrumento pode ser designado como TIC/TSH-3 9. O número de letras não deve ultrapassar a 4. Se o instrumento é registradore indicador da mesma variável, o I de Indicador pode ser omitido. 10. Todas as letras devem ser maiúsculas. Malhas de controle 1. Se uma malha possui mais de um instrumento com a mesma identificação, então adiciona-se um sufixo à malha: FV-2A, FV-2B, etc. Para o caso de registro de temperatura multiponto utiliza-se: TE-25-01, TE-25-02, TE-25- 03, etc. 2. Em fluxogramas não é obrigatório identificar todos os elementos de uma malha. Por exemplo, uma placa de orifício, uma válvula e elementos primários de temperatura podem ser omitidos para se representar instrumentos mais importantes. Símbolos para linhas de instrumentação Alimentação do instrumento, ligação mecânica, ou conexão ao processo Sinal pneumático ou outro gás Sinal elétrico Tubo capilar Sinal Hidráulico Sinal eletromagnético, sônico, IR, etc. (sem fios) O tipo do suprimento é designado por duas linhas encima da linha de alimentação: AS Air Supply ES Electric Supply GS Gas Supply HS Hydraulic Supply NS Nitrogen Supply SS Steam Supply WS Water Supply Exemplo: Símbolos gerais de instrumentos Tabela 2: Significado das letras de identificação: Primeira Letra Letras subsequentes Variável medida ou inicial ModificadoraFunção de informação ou Passiva Função FinalModificadora A Analisador - Alarme - - B Chama de queimador - Indefinida Indefinida Indefinida C Condutividade elétrica - - Controlador (12) - D Densidade ou massa específica (Density) Diferencial - - - E Tensão elétrica - Elemento primário - - F Vazão (Flow) Razão (fração) - - - G Medida dimensional - Visor - - H Comando Manual (Hand) - - - I Corrente Elétrica - Indicador - - J Potência Varredura ou seletor - - - L Nível (Level) - Lâmpada piloto - - M Umidade (Moisture) - - - - N Indefinida - Indefinida Indefinida Indefinida O Indefinida - Orifício de restrição - - P Pressão ou Vácuo Ponto de teste - - Q Quantidade ou Evento Integrador ou totalizador - - - R Radioatividade - Registrador ou Impressor - - S Velocidade ou freqüência (Speed) Segurança - Chave - T Temperatura - Transmissor U Multivariável - Multifunção Multifunção Multifunção V Viscosidade - - Válvula - W Peso ou Força (weigh) - Poço - - X Não classificada - Não classificada Não classificada Não classificada Y Indefinida - - Relé ou computação - Z Posição - - Elemento final de controle não classificado - Este dicionário tem como finalidade estabelecer um padrão de comunicação e termos técnicos utilizados entre usuários de instrumentação industrial. Estabelece o termo técnico em Português, sua tradução para o Inglês (entre parênteses) e uma explicação sobre a significância do termo. Aferição Conjunto de operações que estabelece, sob condições específicas, a relação dos valore indicados por um instrumento ou sistema de medição, ou dos valores representados por uma medição material ou de um material de referência com os valores correspondentes de uma grandeza determinada por um padrão de referência. Amplitude da faixa (span) Diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa de operação de um dispositivo qualquer (por exemplo: 0 a 5 bar, amplitude 5 bar; 0 a 200 kgf/cm, amplitude 200 kgf/cm; 0 a 100 C, amplitude 0 a 100 C). Atuador (actuador) Ver elemento final de controle Calibração Operação que tem por objetivo levar o instrumento de medição a uma condição de desempenho e ausência de erros sistemáticos, adequados ao seu uso. Condições de referência Condições de uso para um instrumento de medição estabelecidas para ensaios de desempenho, ou para garantir uma comparação válida entre resultados de medições. Controlador (controller) Dispositivo que opera de modo automático, executando uma ou mais ações de comando, de forma a regular uma ou mais variáveis controladas. Controle automático (automatic control system) Sistema que opera sem intervenção humana. Controle bi-estável (on-off control system) Sistema de controle automático que opera entre duas condições de equilíbrio estável (o elemento de controle assume duas posições apenas: ligado ou desligado, aberto ou fechado). Correção Valor que, adicionado algebricamente a um resultado não-corrigido de uma medição, compensa um erro sistemático considerado. Derivação Lenta variação com o tempo de uma característica metrológica de um instrumento de medição. Elemento final de controle (final control element) Dispositivo que recebe o sinal final de controle e age proporcionalmente sobre a variável manipulada. Erro (absoluto) de medição Resultado de uma medição menos o valor real do mensurando. Estabilidade Capacidade de um instrumento de medição manter constantes suas características metrológicas. Exatidão da medição Proximidade entre o resultado de uma medição e o valor real (convencional) do mensurando. Faixa de medição / Faixa de operação (range / measuring range) Região determinada pelos limites em que uma variável é medida, transmitida ou recebida, expressa pela designação dos valores inferior e superior correspondente (p.e. faixa 0,2 a 1,0 kgf/cm, 3 a 15 psig, -50 a +100 C). Faixa de medição especificada Conjunto de valores, para um mensurando, que dentro do qual se assume que o erro do instrumento de medição estará dentro dos limites especificados. Grandeza de influência Grandeza não sujeita à medição, mas que influencia o valor do mensurando ou a indicação do instrumento de medição. Histerese (histeresis) Desvio entre os valores do sinal de saída para o mesmo valor do sinal de entrada, quando medidos em sentido oposto do ciclo de medição (e usualmente determinada pela diferença entre o desvio máximo das curvas ascendente e descendente do ciclo de medição, expresso em porcentagem da amplitude da faixa e a zona correspondente). Para qualquer pequena inversão do sinal de entrada, é sempre possível verificar uma inversão correspondente do sinal de saída, o que permite estabelecer a diferença entre a histerese e a zona morta, quando esta existe. Incerteza da medição Resultado de uma avaliação que tem por fim caracterizar a faixa dentro da qual se espera que o valor real do mensurando se encontre, geralmente com uma dada probabilidade. Instrumento de medição Dispositivo destinado a fazer medição quer só, quer em conjunto com equipamentos suplementares. Limites de erro permissível (de um instrumento de medição) Valores extremos de um erro, permitidos pelas especificações, regulamentos, etc. para um dado instrumento de medição. Linearidade (linearity) Aproximação com a qual uma curva de calibração acompanha uma reta ideal. Material de referência Material ou substância dos quais uma ou mais propriedades são suficientemente bem estabelecidas para serem usadas para a aferição de um aparelho, a variação de um método de medição ou a atribuição de valores a materiais. Mensurando Grandeza submetida à medição. Normalmente aberto – N/A (normally open) Dispositivo que se encontra na posição de repouso (sem alimentação, sem excitação), no estado desligado, aberto (“off”). Normalmente fechado - N/F (normally closed) Dispositivo que se encontra na posição de repouso (sem alimentação, sem excitação), no estado ligado, fechado (“on”). Padrão (de medição) Medida material, instrumento de medição, material de referência ou sistema de medição que definem, concretizam, conservam ou reproduzem uma unidade, ou um ou mais valores de uma grandeza, para transferi-los a outros instrumentos de medição, por comparação. Padrão (de medição) internacional Padrão reconhecido por uma decisão nacional oficial para servir, em um país, como a base para fixação do valor de todos os outros padrões da referida grandeza. Precisão (accuracy) Grau de conformidade entre o valor numérico atribuído e uma grandeza qualquer e o valor real dessa mesma grandeza, expressa em termos do limite de erro permissível. Precisão de leitura (precision) Grau de aproximação com que o valor numérico de uma grandeza medida pode ser expresso (e função da resolução da escala de medida). Precisão de medida (measuring accuracy) Limite de erro permissível entre o valor medido e o valor real de uma grandeza qualquer, em condições de operação especificadas. Expressa normalmente em porcentagem da amplitude da faixa, porcentagem do máximo valor, porcentagem do valor instantâneo, ou como um valor numérico da mesma unidade de medida. Rastreabilidade Propriedade do resultado de uma medição pela qual esta pode ser relacionada com os padrões de medição apropriados, geralmente internacionais ou nacionais, através de uma cadeia ininterrupta de comparações. Repetibilidade (repeatibility) Medida de concordância entre medidas consecutivas do sinal de saída para um mesmo valor do sinal de entrada, mantidas condições idênticas de operação e considerando sempre o mesmo sentido em cada percursoda faixa do total de medição (a medida é representada como uma não linearidade, expressa como o desvio máximo entre as diversas medições, em porcentagem da amplitude da faixa correspondente). Resolução (resolution) Menor intervalo entre dois sinais discretos adjacentes que podem ser distinguidos como valores distintos (resolução de saída e a menor variação possível do sinal de saída que um dispositivo qualquer é capaz de produzir. Resolução de entrada é a variação correspondente exigida do sinal de entrada). A resolução é usualmente expressa em porcentagem da amplitude daNfaixa do sinal de que se trata. Sensibilidade (sensitivity) Relação entre a magnitude da variação do sinal de saída e a variação correspondente do sinal de entrada, medida no estado de equilíbrio. Sinal (signal) Variável física cujos parâmetros fornecem informações a respeito de uma segunda variável (o sinal fornece a representação quantitativa da segunda variável). Sinal de controle (control signal) Sinal fornecido pelo controlador que age sobre a variável manipulada de um sistema de controle, diretamente ou através de dispositivo (atuadores) ou controladores auxiliares. Sinal de entrada (input signal) Sinal aplicado a um dispositivo ou sistema qualquer, capaz de fazer variar o seu estado de equilíbrio. Sinal de medida (measuring signal) Sinal fornecido pelo elemento sensor, diretamente ou através de transdutor ou transmissor apropriado, que mede o valor de uma variável de processo. Sinal de saída (output signal) Sinal fornecido a um dispositivo ou sistema qualquer, em resposta a um determinado sinal de entrada. Valor desejado (setpoint) Variável de entrada que estabelece o valor desejado da variável controlada (o valor desejado e a variável controlada devem ser expressos nas mesmas unidades). Variável controlada (controlled variable) Variável cujo valor se deseja manter regulado numa forma ou valor determinado. Variável de processo (process variable) Qualquer grandeza ou condição de um processo que é passível de variação. Velocidade de resposta (speed of response) Velocidade com que um sinal de saída de um dispositivo qualquer varia em resposta a variação do sinal de entrada correspondente. Zona morta (dead band) Faixa em que um sinal de entrada pode variar sem provocar variação sensível de sinal de saída. Usualmente a zona morta é expressa em porcentagem de amplitude
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