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FUNEC – SANTA FÉ DO SUL 
 2010 
 
 
 
Discentes: Gabriel, Fabrício 
Souza, Everaldo, Luis Roberto e 
Valquíria. 
Disciplina: Automação Industrial 
Docente: Marcelo Romagnoli 
INSTRUMENTAÇÃO E ELEMENTOS DE 
CONTROLE DE CALDEIRA AQUATUBULAR. 
1. INTRODUÇÃO 
 
A automação de processos industriais vem sendo cada vez mais 
utilizados em sistema de produção das indústrias de grande porte devido à forte 
concorrência do mercado e com a finalidade de ganho de maior qualidade e 
velocidade de produção, obtendo assim uma maior lucratividade. 
Em unidades de produção no qual a variável temperatura e pressão 
estão envolvidas, erros podem causar danos graves a empresa e afetar todo o 
processo. 
São muitas unidades hoje em dia que utilizam caldeiras industriais no 
processo de produção para obtenção de vapor e geração de energia, destas, estão 
inclusas fábricas de bebidas, de alimentos, usinas de açúcar e álcool entre outras. 
Quando esses equipamentos estão em operação, é preciso ser constante o 
monitoramento de sua temperatura e seu controle deve ser altamente preciso 
para que falhas sejam evitadas devido ao superaquecimento, ou até mesmo da 
mal condução, em que o processo pode perder velocidade afetando sua 
qualidade. 
A automação e o controle são partes essenciais em uma unidade que 
pretende gerar vapor devido sua segurança, economia e confiabilidade. Há no 
mercado vários equipamentos e vários níveis de automação industrial, variando de 
modelos e preços dos equipamentos chegando a números exorbitantes. 
 
 
 
2. RESUMO 
 
Se tratando de uma caldeira flamotubular que trabalhar com vapor em 
altas pressões, é preciso sempre tomar certos tipos de cuidados para que a 
mesma não cause algum dano no processo ou em si mesmo. Para isso, essas 
caldeiras são totalmente automatizadas e possuem dispositivos que informam se 
está em ordem como sua vazão, os nível dos tubulões, pressão interna e outros. 
Com isto, este trabalho tem a finalidade de apresentar os dispositivos de controle 
de uma caldeira utilizada em uma unidade sucroalcooleira. 
 
 
 
 
 
 
3. INSTRUMENTAÇÃO E ELEMENTOS DE CONTROLE DE 
CALDEIRA 
 
3.1 – SISTEMA DE INDICAÇÃO DE VARIAVEL 
 
Um instrumento de medição, normalmente, é composto por sensor, 
transdutor e transmissor. Os sensores, posicionados diretamente nos 
equipamentos que realizam o processo, captam as alterações nas grandezas 
físicas relacionadas à medida a ser efetuada, realizam a transdução e 
transmitem as informações, na forma de sinais (elétricos, pneumáticos, etc.) 
para o sistema de controle. Os instrumentos indicadores não transmitem sinais 
para o sistema de controle e são utilizados somente para leitura visual. 
 
 
3.1.1 – MEDIÇÃO DE NÍVEL: 
 
O nível de água em uma caldeira é um dos principais parâmetros que 
garante o seu correto funcionamento. Se as superfícies metálicas expostas ao 
contato dos gases quentes estiverem banhadas pela água, nenhum dano ocorre 
ao equipamento, mas se o nível ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido 
cria-se condições de ruptura das paredes metálicas ou, mesmo, de explosões, 
devido o superaquecimento da placa metálica, comprometendo a segurança da 
unidade. 
Sua finalidade permitir ao operador verificar o nível de água no tubulão 
de vapor, fator este indispensável na segurança de operação da caldeira. 
Aplica-se nestes instrumentos o princípio dos vasos comunicantes. Um tubo 
transparente é colocado a partir da base do reservatório até o seu ponto mais 
alto, permitindo a leitura precisa do nível do líquido, mesmo para altas 
pressões. 
 
 
 Ex: Visores “reflex”. 
 
 
 
3.1.2 - SENSORES DE NÍVEL 
 
Os sensores são capazes de captar as variações de uma grandeza física e 
de produzir um sinal elétrico correspondente à variação da grandeza, além de 
transmitir este sinal para um regulador ou um sistema de controle automático. 
 
3.1.2.1 – TIPOS DE SENSORES DE NÍVEL 
 
O sensor de nível com eletrodo aproveita a condutividade elétrica da 
água mediante três eletrodos de aço inoxidável e de tamanhos diferentes, 
correspondendo cada tamanho a um nível de água: a central, o máximo e o 
mínimo. Este dispositivo é montado na parte superior do tambor de vapor, e os 
eletrodos estão ligados a um relé de nível de água, que envia sinais do nível da 
água para o regulador automático, ou sistema de controle, que comanda a 
bomba de alimentação de água. A bomba entrará em funcionamento quando a 
água atingir a ponta de eletrodo central e deverá parar quando a água atingir o 
eletrodo de nível máximo (o menor eletrodo). Se o nível da água atingir a ponta 
do eletrodo maior, o relé, em alguns sistemas, poderá fazer funcionar um 
alarme, que dará ao operador a indicação do defeito. 
 
 
 Ex.: Sensor de nível com eletrodos. 
 
O sensor de nível com bóia pode ser construído de várias formas,mas os 
principais constam de uma garrafa ligada ao tambor de vapor e uma bóia, que 
flutua no seu interior. Qualquer flutuação do nível interna é transmitida a esta 
bóia, presa na parte superior por uma haste. 
 
 
 
 Ex.: Sensor de nível com bóia 
 
 
 
3.1.2 – MEDIÇÃO DE PRESSÃO: 
 
O conhecimento das pressões em uma caldeira é obrigatório, não só sob 
o ponto de vista de segurança como também para uma operação econômica e 
segura. Cada caldeira tem uma capacidade de pressão determinada, que, por 
norma deve ter um instrumento de indicação extremamente visível, com escala 
também extremamente visível, e situar-se em local de fácil observação do 
operador. A pressão máxima de funcionamento da caldeira deverá estar sempre 
marcada sobre a escala do manômetro, com um traço feito à tinta vermelha, 
para servir de alerta ao operador para controle da pressão. 
Os indicadores recebem os sinais dos transmissores e/ou diretamente do 
ambiente, indicando a pressão ou depressão do mesmo. Esse tipo tem duas 
aplicações típicas. Uma para locais exposto ao tempo e outra em locais sujeitos 
a pressão pulsantes. 
No primeiro caso, a caixa é constituída com um grau de proteção, 
definida por norma, que garante a condição de hermeticamente fechada. 
Podendo, portanto esse manômetro estar sujeito a atmosfera contendo pó em 
suspensão e/ou jateamento de água. 
No segundo caso, a caixa é preenchida em 2/3 com óleo ou glicerina 
para proteger o Bourdon e o mecanismo interno do manômetro contra pressões 
pulsantes ou vibrações mecânicas. Esse enchimento aumenta a vida útil do 
manômetro. 
 
 
Ex: Manômetros Tipo Bourbon 
 
 
 
 
3.1.3 – SENSORES DE PRESSÃO: 
 
Com a evolução da instrumentação digital, existem hoje transdutores de 
pressão extremamente confiáveis e de tamanho reduzido, indicados para 
caldeiras nas quais o controle é item importante de segurança, como em 
caldeiras críticas e caldeiras de alta vazão de vapor. Entre os demais tipos de 
medidores, tem-se o transdutor de pressão e o com base em cristal piezo-
elétrico, mais comum. Esse instrumento utiliza um cristal de quartzo, ao qual, 
quando aplicada pressão, apresenta variação de propriedades elétricas 
proporcionais às tensões (conseqüência das pressões) a que foi submetido. 
Assim, o valor da pressão exercida sobre o cristal gera uma corrente elétrica, 
que pode ser indicada em escalas apropriadas ou transmitida para o sistema de 
controle. 
 
3.1.3.1 – TIPOS DE TRANMISSORES DE PRESSÃO 
 
O transmissor eletrônico de pressão tipo piezo-elétrico é um instrumento 
que tem seu transdutor baseado na variação de comprimento e diâmetro, e , 
portanto, na variação de resistência queocorre quando um fio de resistência 
sofre uma deformação elástica proveniente de uma tensão mecânica gerada 
por uma pressão. 
 
 
 Ex: Transdutor de pressão piezo-elétrico 
 
 
Os transmissores pneumáticos são pioneiros na instrumentação, possui 
um elemento de transferência que converte o sinal detectado pelo elemento 
receptor de pressão em um sinal de transmissão pneumático 
 
Os transmissores eletrônicos analógicos são sucessores dos pneumáticos, 
possui elementos de detecção similares ao pneumático porém utiliza elementos 
de transferência que convertem o sinal de pressão detectado em sinal elétrico 
padronizado 
 
 
 
3.1.4 - MEDIÇÃO DE TEMPERATURA: 
 
Para medir a temperatura da caldeira, é necessário à utilização de 
transdutores de temperatura. Medidas de temperatura podem ser feitas 
utilizando-se diodos, transistores, sensores específicos. A escolha do 
transdutor mais adequado deve obedecer a algumas diretrizes, como o tempo 
de resposta e intervalo de temperatura de operação. 
 
 
 
3.1.4.1 – TIPOS DE MEDIDORE DE TEMPERATURA: 
 
O termopar é um simples sensor de temperatura que consiste de dois 
materiais diferentes em contato térmico. O contato térmico chamado de junção 
pode ser feito por feito pela fusão ou solda de dois materiais diferentes. 
A operação de um termopar é baseada na combinação de efeitos termoelétrico 
que produz uma tensão de circuito aberto quando duas junções são 
mantidas em temperaturas diferentes. 
 
 
 
Ex.: Termopar 
 
 
 
 
O termômetro bimetálico consiste em duas lâminas de metais com 
coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. 
Variando- se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é 
proporcional à temperatura. Na prática a lâmina bimetálica é enrolada em 
forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade. 
O termômetro mais usado é o de lâmina helicoidal, que consiste em um 
tubo bom condutor de calor, no interior do qual é fixado um eixo. Este eixo, por 
sua vez, recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. 
 
Ex.: Termômetro bimetálico 
 
 
 
 
 
3.1.5 – MEDIÇÃO DE VAZÃO: 
 
A medição de vazão inclui, no seu sentido mais amplo, a determinação 
da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por um local específico na 
unidade de tempo; podem também ser incluídos os instrumentos que indicam a 
quantidade total movimentada, num intervalo de tempo. 
A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de 
volume (litros, mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa 
(g, kg, toneladas, libras). A vazão instantânea é dada por uma dessas unidades, 
dividida por uma unidade de tempo (litros/min., m3/hora, galões/min.). No 
caso de gases e vapores, a vazão instantânea pode ser expressa em kg/h ou 
em m3/h. 
 
 
3.1.5.1 – TIPOS DE MEDIDORES DE VAZÃO: 
 
 A medição de vazão por A pressão diferencial é produzida por vários 
tipos de elementos primários, colocados nas tubulações de forma tal que o 
fluido passe através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluido, 
diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma 
queda de pressão. A vazão pode então ser medida a partir desta queda. 
 Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma 
pressão diferencial, o mais simples e mais comumente empregado é o da placa 
de orifício. 
 
 A medição com placa de orifício é essencial que as bordas do orifício 
estejam sempre perfeitas, porque se ficarem imprecisas ou corroídas pelo 
fluido, a precisão da medição será comprometida. Costumeiramente, essas 
bordas são fabricadas com aço inox, monel, latão etc., dependendo do fluido. 
 
 
Ex.: Placa de Orifício 
 
 
 
 Medidor eletromagnético de vazão é seguramente um dos mais flexíveis 
e universais dentre os métodos de medição de vazão. Sua perda de carga é 
equivalente à de um trecho reto de tubulação, já que não possui qualquer 
obstrução. É virtualmente insensível à densidade e à viscosidade do fluido de 
medição. Sua aplicação estende-se desde saneamento até indústrias químicas, 
papel e celulose, mineração e indústrias alimentícias. A única restrição, em 
princípio, é que o fluido tem que ser eletricamente condutivo. Apresenta ainda 
como limitação o fato de fluidos com propriedades magnéticas adicionarem 
certo erro de medição. 
 
 
 
 
 
Controle da vazão da água de alimentação 
 
Os aparelhos de controle automático de alimentação de água dividem-se em 
dois grupos, identificados pelo critério de funcionamento em limites (liga-
desliga) ou modulante (variação linear). 
 
Controle tipo liga-desliga - Há dois aparelhos básicos que respondem por esta 
característica: um denominado regulador automático de nível, que recebe os 
sinais de liga-desliga do sensor de eletrodos; e outro que recebe estes sinais do 
sensor de nível com bóia. 
 
 
3.2 - DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA: 
Toda caldeira deve possuir dispositivos de segurança para proteger o 
pessoal e os equipamentos de possíveis falhas que ocorram durante seu 
funcionamento. Um dispositivo de segurança pode se apresentar de diversas 
formas, como um simples alarme, um bloqueio de algum componente da 
caldeira, ou mesmo um desarme de toda a caldeira, parando de forma imediata 
a geração de vapor. Todos os dispositivos de segurança de uma caldeira devem 
estar em serviço durante a operação. 
A retirada de um dispositivo de segurança de serviço só poderá ser 
autorizada após minucioso estudo dos riscos envolvidos e da colocação em 
prática de técnicas que substituam temporariamente a proteção desativada. 
 
 
 
3.3 – DISPOSITIVOS DE CONTROLE 
 
 O Pressostato tem por finalidade controlar a pressão máxima do vapor 
da caldeira (pressão interna), por meio de comando para os queimadores. Ele 
tem uma conexão (tubo metálico de fino diâmetro) com a câmara de vapor da 
caldeira, de modo que a pressão possa atuar sobre um diafragma que 
movimenta uma haste contra uma mola pré ajustada; este mecanismo atua 
então sobre uma chave elétrica, desligando o queimador no caso de atingir a 
pressão máxima. No caso oposto, caindo a pressão, a mola empurra de volta a 
haste fechando os contatos da chave e dando a partida no queimador. 
 
Chave seqüencial (programador) tem por finalidade promover um ciclo 
completo e seqüenciado durante o acendimento da caldeira, esta sequência 
aplica-se nos casos de combustíveis fluidos. 
 
Válvulas solenóides são válvulas comandas eletricamente (possuem uma 
bobina que movimenta a, haste da válvula) abrindo ou fechando a passagem 
de um fluido; por exemplo, combustível para o queimador, ou ar comprimido 
para uma válvula pneumática. 
 
 Válvulas borboletas são válvulas de deslocamento rotativo, corpo de duas 
vias de passagem reto, com internos de sede simples e elemento vedante 
constituídos por um disco ou lâmina de formato circular acionados por eixo de 
rotação axial. 
 
 
CONCLUSÃO 
 
Quando nos deparamos com processos industriais complexos e que 
podem, devido algum acidente ou falha, causar danos materiais ou pessoais, 
devemos ter atenção e procurar minimizar ao máximo a possibilidade de 
ocorrência de acidentes. Uma das formas de estar atingindo esse objetivo é diante 
da automação industrial que vem cada dia mais tomando espaço do no mercado. 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
BEGA, E. A. (2003), Instrumentação Aplicada ao Controle de Caldeiras, 3a edição, 
Editora Interciência. 
GONÇALVES, M. G. (2003), Monitoramento e Controle de Processos, — Rio de 
Janeiro: Petrobras; Brasília: SENAI/ DN, 2003. 100 p. 
Sighieri, L. & Nishinari A.(2009), Controle Automático de Processos Industriais – 
Instrumentação – 2a edição, Editora Blucher. 
SILVA, L. & PERREIRA, P. (1993), Caldeira Aquatubulares - Apostila, Petrobrás.