AUTO Instrumentacao

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Manual Tecnologia de Instr. e Automação 
 
 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE: 
1 OBJETIVO 5
2 PRESSÃO 6
2.1 Conceitos Básicos 6
2.2 Unidades 7
2.3 Manômetro 7
2.3.1 Acessórios 9
2.3.2 Classificação dos Manômetros 10
2.3.3 Fole 11
2.4 Coluna de Líquido 11
2.5 Transmissores de Pressão 13
2.5.1 Tipo Capacitivo 13
2.5.2 Tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo 14
2.5.3 Sensor por Silício Ressonante 16
3 MEDIÇÃO DE VAZÃO 20
3.1 Conceitos Básicos 20
3.2 Tipos de Medidores de Vazão: 20
3.3 Medição de Vazão por Pressão Diferencial 21
3.3.1 Vantagens / Desvantagens 22
3.3.2 Tipos de Orifícios 22
 
MANUAL 
 
TECNOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO E 
AUTOMAÇÃO 
 
 
 
 
 
2 
3.4 Medidor Eletromagnético de Vazão 23
3.4.1 Principio de Funcionamento 23
3.4.2 Instalação do medidor magnético 24
3.5 Medidor Vortex 26
3.5.1 Principio de medição 26
3.5.2 Instalação 28
4 TEMPERATURA 29
4.1 Introdução 29
4.2 Escalas de Temperatura 30
4.2.1 Escala Internacional de Temperatura 31
4.3 Normas 32
4.4 Termômetros à dilatação de sólido bimetálico 33
4.5 Termômetros à par termoelétrico 36
4.6 Termômetro a dilatação de líquido 36
4.6.1 Características dos elementos básicos: 38
4.7 Termômetros a Pressão de Gás 39
4.8 Termômetro à Pressão de Vapor 41
4.9 Termopares 42
4.9.1 Efeitos Termoelétricos 43
4.9.2 Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura 47
4.9.3 Tipos e Características dos Termopares 48
4.9.4 Tipos de Termopares : Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTAN 48
4.9.5 Tipos de Termopares : Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTAN 49
4.9.6 Tipos de Termopares : Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTAN 49
4.9.7 Tipos de Termopares : Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMEL 50
4.9.8 Tipos de Termopares : Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISIL 50
4.9.9 Tipos de Termopares : Tipo S/R - TERMOPARES DE RÓDIO - PLATINA 51
4.9.10 Tipos de Termopares : Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- RÓDIO / PLATINA - RÓDIO 51
4.9.11 Correção da Junta de Referência 52
4.9.12 Fios de Compensação e Extensão 53
4.9.13 Erros De Ligação 53
4.9.14 Termopar de Isolação Mineral 56
4.9.15 Associação de Termopares 57
4.10 Termoresistências 58
4.10.1 Princípio de Funcionamento 59
4.10.2 Construção Física do Sensor 60
4.10.3 Características da Termoresistência de Platina 61
4.10.4 Vantagens / Desvantagens: 62
4.10.5 Princípio de Medição 62
4.11 Medição de Temperatura por Radiação 64
4.11.1 Radiação Eletromagnética - Hipótese de Maxwell 64
4.11.2 Espectro eletromagnético 65
4.11.3 Teoria da Medição de Radiação 66
4.11.4 Pirômetros Ópticos 69
4.11.5 Radiômetro ou Pirômetros de Radiação 70
5 NÍVEL 72
5.1 Introdução 72
5.2 Métodos de Medição de Nível de Líquido 72
5.2.1 Medição Direta 72
5.3 Medição de Nível Indireta 74
5.3.1 Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial) 74
5.3.2 Medição por Pressão Diferencial em Tanques Pressurizados. 74
5.3.3 Medição de Nível com Borbulhador 76
5.3.4 Medição de Nível por Empuxo 77
5.3.5 Medição de Nível por Radiação 78
5.3.6 Medição de Nível por Capacitância 79
5.3.7 Medição de Nível por Ultra Som 80
5.3.8 Medição de Nível por Radar 81
5.3.9 Medição de Nível por Pressão Hidrostática 81
5.4 Medição de Nível Descontínua 82
 
 
3 
5.4.1 Medição de Nível de Sólidos 83
6 INVERSORES 84
6.1 Conceitos Básicos 84
6.2 Formas de Operação 84
6.3 Vantagens do Controle de Velocidade por AFD 85
6.4 Motor AC 85
6.5 Torque - Escorregamento - Velocidade 87
6.6 Partidas de Motores 87
6.7 Torque 88
6.8 AFD (Adjustable Frequency Driver) 89
6.9 Circuito de Potência: 91
6.10 Circuito RL 92
6.11 Aplicação 94
6.12 CPU e Softwraes 97
6.13 Hardware 98
6.14 Drivers 99
6.15 Troubleshooting 99
6.16 Encoders 100
7 CONTROLE 104
7.1 Conceitos Básicos 104
7.2 Elementos de controle 105
7.2.1 Sensores e transmissores 105
7.2.2 Válvulas de controle 106
7.3 Elementos de painel 107
7.4 Conceitos de Controle 107
7.5 Documentação 107
7.6 Controladores 108
7.6.1 Ações de Controle: 108
7.6.2 Controle proporcional: 109
7.6.3 Controle Integral: 109
7.6.4 Controle proporcional e integral: 110
7.6.5 Controle proporcional e derivativo: 110
7.6.6 Controle proporcional, integral e derivativo: 110
7.6.7 Algoritmo de Controle 111
7.6.8 Desempenho de controladores 112
7.6.9 Sintonia 114
7.6.10 Variações de Controles 115
8 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE AJUSTE DE CONTROLADORES DE PROCESSO
 
 ERRO! INDICADOR NÃO 
DEFINIDO.
9 CONTROLES DE CALDEIRAS 127
9.1 Economia na Geração de Vapor 127
9.2 Operando um Sistema de Queima 127
9.2.1 Ar Estequiométrico (Oxigênio Teórico) 128
9.2.2 Composição Aproximada do Ar Atmosférico 128
9.2.3 Qual o Valor Ideal do Co2 na Queima ? 128
9.2.4 Interpretação das Medições de Co2 128
9.3 Temperatura dos gases na Base da Chaminé 128
9.4 Fuligem nos Gases 129
9.4.1 Causas Prováveis da Fuligem Excessiva : 130
9.5 Controle de Combustão 130
9.5.1 Pressão de Vapor 131
9.5.2 Atomização 131
9.5.3 Temperatura do Óleo 131
9.5.4 Nível do Tubulão 131
9.5.5 Excesso de Ar 132
9.6 Conclusão 132
10 CONTROLE DE DESCARGA DE FUNDO DE CALDEIRA 133
 
 
4 
10.1 Objetivo: 133
10.2 Válvula de Descarga de Fundo 133
10.2.1 Requisitos Técnicos para uma Válvula de Descarga 134
10.2.2 Válvulas Comuns 135
10.3 Válvulas Especiais 135
10.4 Comparação da Eficiência entre as Válvulas Especiais e Comuns 135
10.4.1 Comparação de Custos 136
11 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO 138
11.1 Conceito: 138
11.2 Estação de Controle 138
11.3 Console de Operação 138
11.3.1 Alarmes 139
11.3.2 Telas 139
11.3.3 Segurança 139
11.3.4 Relatórios 139
11.3.5 Armazenamento de Dados 140
11.3.6 Estação de Engenharia 140
12 REDES DE COMUNICAÇÃO 141
12.1 Conceitos Básicos 141
12.2 Classificação das Redes de Comunicação 142
12.3 Rede de Informação 142
12.4 Rede de Controle 143
12.5 Rede de Campo 143
13 FOUNDATION FIELDBUS 145
13.1 Introdução 145
13.2 O que é uma rede Fieldbus ? 145
13.3 Aplicações 147
13.4 Configurações 147
13.4.1 Níveis de Protocolo : 147
13.5 Níveis de Software: 148
13.5.1 Nível de Enlace 148
13.5.2 Nível de Aplicação 149
13.5.3 Nível do Usuário 149
13.5.4 Nível Físico 149
13.6 Topologias 152
13.6.1 Topologia de barramento com Spurs 152
13.6.2 Topologia Ponto a Ponto 153
13.6.3 Topologia em Árvore 153
13.6.4 Topologia End to End 154
13.6.5 Topologia Mista 154
 
 
5 
1 OBJETIVO 
Este documento tem por objetivo listar as várias tecnologias de instrumentação e automação do projeto 
HDF, esclarecendo os conceitos envolvidos. 
O objetivo de se medir e controlar as diversas variáveis físicas em processos industriais é obter produtos 
de alta qualidade, com melhores condições de rendimento e segurança, a custos compatíveis com as 
necessidades do mercado consumidor. Nos diversos segmentos de mercado; químicos, petroquímicos, 
siderúrgicos, cerâmicos, farmacêuticos, vidreiros, alimentício, papel e celulose, hidrelétrico, nuclear entre 
outros. 
 
 
6 
2 PRESSÃO 
2.1 CONCEITOS BÁSICOS 
A pressão entre todas as variáveis de processo se ressalta pela sua importância, pois diversas outras 
variáveis são medidas utilizando-se indiretamente a pressão, como por exemplo vazão, esta variável pode 
ser medida utilizando a pressão diferencial de uma placa de orifício com o fluxo através da mesma. 
O conceito sobre pressão que iremos falar aqui é superficial, trataremos dos princípiosbásicos e 
funcionamento dos instrumentos, começamos assim por manômetros industrias, vamos então definir de 
forma simples o que é pressão: 
A pressão é definida como o quociente entre uma força F e uma superfície de área A, isto é: 
A
F
=Ρ 
A unidade de força Newton (N) é definida como: 
211 s
mKgN = 
A partir dela é diretamente derivada a unidade de pressão pascal (Pa), assim denominada em honra ao 
físico francês Blaise Pascal: 
211 m
NPa = 
Pressão atmosférica: É a pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro. Ao nível 
do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg. 
Pressão Relativa: É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de 
referência. 
Pressão Absoluta: É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir 
do vácuo absoluto. 
Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou absoluta. 
Exemplo: 3 Kgf/cm2 ABSPressão Absoluta 
4 Kgf/cm2 Pressão Relativa. 
O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede 
pressão relativa. 
 
 
7 
 Pressão Negativa ou Vácuo: É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão 
atmosférica. 
 Pressão diferencial: É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ∆Ρ . Essa 
diferença de pressão normalmente é utilizada para se medir vazão e nível. 
 Pressão estática: É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo 
perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de área exercida 
Pressão dinâmica ou cinética: É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a 
tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo. 
2.2 UNIDADES 
A pressão pode ser dada em qualquer unidade que expresse o quociente de uma força por uma superfície 
ou altura de coluna de liquido de peso especifico conhecido,na industria as unidades mais usadas para 
pressão são: barinCAmmHgmmCApsicmgf ,,,,,. 2Κ .A unidade padronizada para expressar uma pressão 
em nossa planta de energia , no projeto HDF é o bar . 
Na tabela abaixo apresentamos a conversão das principais unidades de pressão em relação ao bar . 
bar psi inH20 Kgf/cm2 mmHg Kpa
1 14,503 402,164 1,02 752,47 100 
2.3 MANÔMETRO 
O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos 
sensíveis e que podem ser utilizados também por transmissores e controladores. 
O manômetro com tubo Bourdon consiste de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de 
circunferência tendo uma extremidade fechada, estando à outra aberta à pressão a ser medida. Com a 
pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua 
extremidade fechada. Esse movimento através da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar 
uma medida de pressão.Quanto à forma, o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo 
C, espiral e helicoidal. 
 
 
8 
 
Tipos de Tubos " Bourdon " 
 
a) Tipo C b) Tipo Espiral C) Tipo Helicoidal 
 
Muitas vezes o manômetro do tipo Bourdon vem preenchido com um liquido viscoso com a finalidade 
diminuir o efeito oriundo de vibrações da máquina ou, linha de pressão onde está instalado o manômetro, 
em nossa planta de energia encontraremos muitos manômetros deste tipo preenchido com glicerina,na 
foto abaixo vemos o manômetro que poderá vir preenchido com glicerina ou silicone conforme dissemos 
acima,observe a foto abaixo. 
 
 
9 
 Manômetro preenchido com glicerina 
2.3.1 Acessórios 
Pode se ter ainda vários acessórios para utilização com os manômetros industrias, estes acessórios são 
utilizados para fins de amortecimento da linha, válvulas de dreno e sangria,válvulas de equalização de 
pressão, observe na foto abaixo exemplos de acessórios,sendo que o sifão de resfriamento é um dos 
acessórios utilizados em nossa planta de energia com manômetros industriais. 
 
Membrana ou Diafragma: É constituído por um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela 
borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. 
Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão 
aplicada. O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva. 
 
 
 
Na foto abaixo apresentamos um manômetro tipo diafragma. 
 
 
10 
 Manômetro tipo diafragma 
2.3.2 Classificação dos Manômetros 
Pela tolerância: 
 Classe A4-0,01% da faixa 
 Classe A3-0,25% da faixa 
 Classe A2-0,50 da faixa 
 Classe A1-1,00% da faixa 
 Classe A-1% entre 25% e 75% da faixa,restante 2% 
 Classe B-2% entre 25% e 75% da faixa,restante 3% 
 Classe C-3% entre 25% e 75% da faixa,restante 4% 
 Classe D-4% entre 25% e 75% da faixa,restante 4% 
 
Pela faixa de pressão 
 baixa pressão, pressões de gases abaixo de 25 bar e pressões de liquido abaixo de 60 bar . 
 media pressão, pressões de gases de 25 bar até 60 bar e líquidos de 60 bar até 400bar . 
 alta pressão,pressões de gases acima de 160 bar e pressões de líquidos acima de 400 bar . 
Sobrepressão 
Os valores de sobrepressão não devem exceder os limites da tabela abaixo e num 
tempo Maximo de 1 minuto sobre esta pressão. 
Pressão nominal 0-60 bar Sobrepressão 
 30% acima do F.E. 
60-400 bar . 15% acima de F.E. 
Acima de 400 bar . 10% acima de F.E. 
 
 
11 
 
Nota: Toda vez em que o instrumento sofrer uma sobrepressão deverá ser substituído ou calibrado 
novamente devido o zero normalmente deslocar, comunique o instrumentista de turno. 
2.3.3 Fole 
O fole é também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, 
corrugado ou sanfonado.Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão, e 
como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é 
proporcional à pressão aplicada à parte interna. 
 
2.4 COLUNA DE LÍQUIDO 
Consiste, basicamente, num tubo de vidro, contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com 
uma escala graduada, a coluna podem ser basicamente de três tipos: coluna reta vertical, reta inclinada e 
em forma de "U", os líquidos mais utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante) e 
mercúrio, quando se aplica uma pressão na coluna o líquido é deslocado, sendo que este deslocamento é 
proporcional a pressão aplicada. 
 
 
 
12 
 
 
P1 = Px + gH2OL + gHgh 
P2 = Py + gH2O(h + L) , P1 = P2 
Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL , Py = 0 
Px = gH2Oh - gHgh 
h = Px / (gH2O - gHg) 
 
Num corpo continuo de liquido estático a intensidade de pressão cresce diretamente com a profundidade, 
medida a partir da superfície livre, a pressão de fluido atua perpendicularmente a todas as superfícies com 
as quais está em contato, em qualquer ponto interno do fluido a pressão tem a mesma intensidade em 
todas direções e sentidos, esta pressão é transmitida deforma instantânea e integral a todos os pontos do 
liquido, esta propriedade é caracterizada em nossa prensa de linha. 
 
 
 Manômetro de tubo inclinado Manômetro de Reservatório 
 
 
13 
2.5 TRANSMISSORES DE PRESSÃO 
O nosso objetivo é explicar as tecnologias envolvidas no sensoriamentodas pressões no projeto HDF, na 
planta de energia a tecnologia é o sensor por silício ressonante, contudo, vamos falar sobre os strain 
gauge que é o sensor utilizado na prensa, bem como falarmos sobre a tecnologia capacitiva para que 
possamos visualizar as diferenças de tecnologia envolvidas nos transmissores de pressão. 
2.5.1 Tipo Capacitivo 
A principal característica dos sensores capacitivos é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na 
transferência da força / deslocamento entre o processo e o sensor .Este tipo de sensor resume-se na 
deformação , diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor . Tal deformação altera o 
valor da capacitância total que é medida por um circuito eletrônico,esta montagem , se por um lado , 
elimina os problemas mecânicos das partes móveis , expõe a célula capacitiva às rudes condições do 
processo , principalmente a temperatura do processo . Este inconveniente pode ser superado através de 
circuitos sensíveis a temperatura montada juntos ao sensor,outra característica inerente à montagem , é a 
falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido á deformação não linear , 
sendo necessário portanto , uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico . 
 
 O sensor é formado pêlos seguintes componentes : 
 Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido 
 Dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone ou fluorube) 
 Armadura móvel (Diafragma sensor) 
Uma diferença de pressão entre as câmaras de alta (High) e de baixa (Low) produz uma força no 
diafragma isolador que é transmitida pelo líquido de enchimento . A força atinge a armadura flexível 
(diafragma sensor) provocando sua deformação , alterando portanto , o valor das capacitâncias formadas 
pelas armaduras fixas e a armadura móvel . Esta alteração é medida pelo circuito eletrônico que gera um 
sinal proporcional à variação de pressão aplicada à câmara da cápsula de pressão diferencial capacitiva 
 
 
14 
2.5.2 Tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo 
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas dimensões.Para 
variarmos a resistência de um condutor devemos analisar a equação geral da resistência : 
S
LR .ρ= 
R : Resistência do condutor 
ρ : Resistividade do material 
L : Comprimento do condutor 
S : Área da seção transversal 
A equação nos explica que a resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional a 
resistividade e ao comprimento e inversamente proporcional a área da seção transversal .A maneira mais 
prática de alterarmos as dimensões de um condutor é tracionarmos o mesmo no sentido axial como 
mostrado a seguir : 
 
Seguindo esta linha de raciocínio , concluímos que para um comprimento L obtivemos L∆ , então para um 
comprimento 10 x L teríamos 10 x L∆ , ou seja , quanto maior o comprimento do fio , maior será a 
variação da resistência obtida e maior a sensibilidade do sensor para uma mesma pressão ( força ) 
aplicada .O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, dobrando-se tão 
compacto quanto possível.Esta montagem denomina-se tira extensiométrica como vemos na figura a 
seguir: 
 
Observa-se que o fio , apesar de solidamente ligado a lâmina de base , precisa estar eletricamente isolado 
da mesma, uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de apoio rígido enquanto a outra 
extremidade será o ponto de aplicação de força . 
 
 
15 
 
Da física tradicional sabemos que um material ao sofrer uma flexão , suas fibras internas serão 
submetidas a dois tipos de deformação (tração e compressão), as fibras mais externas sofrem um 
alongamento com a tração pois pertencem ao perímetro de maior raio de curvatura , enquanto as fibras 
internas sofrem uma redução de comprimento (menor raio de curvatura) . 
 
Como o fio solidário à lâmina também sofrerá o alongamento, acompanhando a superfície externa, 
variando a resistência total . 
Visando aumentar a sensibilidade do sensor , usaremos um circuito sensível a variação de resistência e 
uma configuração conforme esquema a seguir : 
 
Notamos que a ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras extensiométricas é o circuito em 
ponte de Wheatstone , como mostrado a seguir , que tem a vantagem adicional de compensar as variações 
de temperatura ambiente , pois todos os elementos estão montados em um único bloco,por ex. os 
transmissores das prensas de nosso processo úmido. 
 
 
 
16 
 
2.5.3 Sensor por Silício Ressonante 
A tecnologia utilizada em nossa planta de energia para os transmissores de pressão e nível é a tecnologia 
por silício ressonante,optamos por esta tecnologia em função de uma melhor estabilidade do zero na 
calibração quando comparada a tecnologia capacitiva, isto se retrata principalmente por dois aspectos, o 
primeiro é o fato de não se haver uma conversão A/D e a outra pelo fato do sensor primário ter uma 
resposta linear com a pressão.O sensor do silício ressonante consiste de uma cápsula de silício colocada 
estrategicamente em um diafragma , utilizando-se do diferencial de pressão para vibrar em maior ou 
menor intensidade, afim de que essa freqüência seja proporcional a pressão aplicada. 
 
 
 
 
17 
 
Todo o conjunto pode ser visto através da figura acima, porém, para uma melhor compreensão de 
funcionamento deste transmissor de pressão, faz-se necessário desmembrá-lo em algumas partes vitais,Na 
figura a seguir podemos ver o conjunto do sensor, este conjunto possui um imã permanente e o elemento 
sensor de silício. 
Dois fatores que irão influenciar na ressonância do sensor de silício são: o campo magnético gerado por 
um imã permanente posicionado sobre o sensor; o segundo será o campo elétrico gerado por uma corrente 
em AC (além das pressões exercidas sobre o sensor, obviamente). 
 
 
 
Este enfoque pode ser observado na figura abaixo: 
 
 
18 
 
 
Portanto, a combinação do fator campo magnético/campo elétrico é responsável pela vibração do 
sensor,sendo que um dos sensores ficará localizado ao centro do diafragma (FC), enquanto que o outro 
terá a sua disposição física mais à borda do diafragma (FR) ,por estarem localizadas em locais diferentes, 
porém, no mesmo encapsulamento, uma sofrerá uma compressão e a outra sofrerá uma tração conforme a 
aplicação de pressão sentida pelo diafragma,desta maneira, os sensores possuirão uma diferença de 
freqüência entre si. Esta diferença pode ser sentida por um circuito eletrônico , tal diferença de freqüência 
será proporcional ao ∆Ρ aplicado, na figura a seguir é exibido o circuito eletrônico equivalente. 
 
 
Através dessas informações é possível criar um gráfico referente aos pontos de operação da freqüência x 
pressão. 
 
 
19 
 
 
Na figura abaixo podemos ver o transmissor que será utilizado na planta de energia: 
 
 
 
 
 
 
 
20 
3 MEDIÇÃO DE VAZÃO 
3.1 CONCEITOS BÁSICOS 
A medição de vazão inclui no seu sentido mais amplo, a determinação da quantidade de líquidos, gases e 
sólidos que passa por um determinado local 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,mm 3 , cm 3 , m 3 , galões, pés cúbicos) ou 
em unidades de massa (g, Kg, toneladas,libras). A vazão instantânea é dada por uma das unidades acima, 
dividida por uma unidade de tempo (litros/min, m 3 /hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a 
vazão instantânea pode ser expressa, em Kg/h ou em m 3 /h. Quando se mede a vazão em unidades de 
volume, devem ser especificadas as "condiçõesbase" consideradas. Assim no caso de líquidos, é 
importante indicar que a vazão se considera "nas condições de operação", ou a 0 °C, 20 °C, ou a outra 
temperatura. qualquer. Na medição de gases ,é comum indicar a vazão em m 3 /h (metros cúbicos por 
hora, ou seja, a temperatura. de 0 °C e a pressão atmosférica) ou em SCFM (pés cúbicos standard por 
minuto - temperatura. 60 °F e14,696 PSIA de pressão atmosférica). Vale dizer que: 1m 3 = 1000 litros 1 
galão (americano) = 3,785 litros,1 pé cúbico = 0,0283168 m 3 1 libra = 0,4536 Kg. 
3.2 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZÃO: 
Existem dois tipos de medidores de vazão, os medidores de quantidade e os medidores volumétricos, nós 
estaremos enfocando mais o volumétrico devido justamente ser este tipo de medidor o empregado em 
nossa planta de energia. 
Medidores de Quantidade: São aqueles que, a qualquer instante permitem saber que quantidade de 
fluxo passou mas não vazão do fluxo que está passando. Exemplo: bombas de gasolina, hidrômetros, 
balanças industriais, etc. 
 Medidores de Quantidade por Pesagem: São utilizados para medição de sólidos, que são as 
balanças industriais. 
 Medidores de Quantidade Volumétrica: São aqueles que o fluído, passando em quantidades 
sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o mecanismo de indicação.São 
estes medidores que são utilizados para serem os elementos primários das bombas de gasolina e dos 
hidrômetros. Exemplo: disco mutante, tipo pistão rotativo oscilante, tipo pistão alternativa, tipo pás, 
tipo engrenagem, etc. 
Medidores Volumétricos: São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo,será o medidor de 
vazão empregado na planta de energia para se medir vazão de água,vapor,óleo e etc. 
 
 
21 
3.3 MEDIÇÃO DE VAZÃO POR PRESSÃO DIFERENCIAL 
O transmissor de Vazão tem como função transmitir a vazão do processo para uma sala de controle ou 
sistema de controle. A vazão é a principal variável na maioria dos processos industriais. Existem vários 
métodos e instrumentos para medição de vazão. O mais comumente utilizado é a medição de vazão por 
diferença de pressão. Uma restrição é instalada em uma linha e através da pressão diferencial podemos 
medir a vazão com uma boa precisão. O instrumento utilizado para medir a pressão diferencial é o 
transmissor de pressão diferencial. É um medidor de pressão como já vimos anteriormente, só que as duas 
câmaras de tomadas de pressão são utilizadas no processo,ou seja, tomadas de alta (H) e baixa (L) 
pressão. 
Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por DP, é que os mesmos podem ser aplicados numa 
grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e líquidos, inclusive fluídos com sólidos 
em suspensão, bem como fluídos viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Um 
inconveniente deste tipo de medidor é a perda de carga que o mesmo causa ao processo , sendo a placa de 
orifício, o dispositivo que provoca a maior perda de carga "irrecuperável" (de 40 a 80% do DP gerado). 
 
O cálculo da vazão para a medição com instrumentos de pressão diferencial é basicamente: 
 
onde: 
Q=Vazão do fluido na região da restrição; 
K = Coeficiente que representa de forma universal, características do fluido, diâmetro e tubulação. 
A = Área de passagem da restrição. 
DP = Perda de carga entre montante e jusante da restrição. 
 
 
22 
 Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e 
mais comum empregado é o da placa de orifício.Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual é 
instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação.É essencial que as bordas do orifício estejam sempre 
perfeitas, porque, se ficarem, imprecisas ou corroídas pelo fluído, a precisão da medição será 
comprometida. Costumeiramente é fabricado com aço inox, monel, latão, etc.,dependendo do fluído 
3.3.1 Vantagens / Desvantagens 
Vantagens: 
 Instalação fácil 
 Econômica 
 Construção simples 
 Manutenção e troca simples 
Desvantagens: 
 Alta perda de carga 
 Baixa rangeabilidade 
3.3.2 Tipos de Orifícios 
 Orifício concêntrico: Este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapor que não contenham 
sólidos em suspensão. 
 Orifício excêntrico: Utilizada quando tivermos fluído com sólidos em suspensão, os quais possam 
ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo. 
 Orifício segmental: Esta placa tem a abertura para passagem de fluido, disposta em forma de 
segmento de círculo. É destinada para uso em fluídos laminados e com alta porcentagem de sólidos em 
suspensão.Na foto abaixo você verá um exemplo de placa de orifício tipo concêntrico. 
 
 
 
 
23 
3.4 MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO DE VAZÃO 
O medidor magnético de vazão é seguramente um dos medidores mais flexíveis e universais dentre os 
métodos de medição de vazão . Sua perda de carga é equivalente a de um trecho reto de tubulação, já que 
não possui qualquer obstrução. É virtualmente insensível à densidade e à viscosidade do fluido de 
medição. Medidores magnéticos são ideais para medição de produtos químicos altamente corrosivos, 
fluidos com sólidos em suspensão, lama, água,polpa de papel. Sua aplicação estende-se desde saneamento 
até indústrias químicas, papel e celulose, mineração e indústrias alimentícias. A única restrição,em 
princípio é que o fluído tem que ser eletricamente condutivo. Tem ainda como limitação o fato de fluidos 
com propriedades magnéticas adicionarem um certo erro de medição.Na figura abaixo podemos ver o 
medidor magnético em corte e no final a foto do medidor magnético utilizado na planta de energia. 
 
Pela figura acima podemos reescrever a equação como sendo Vd..Β=Ε . 
Onde: 
Ε= Fem induzida 
B = densidade do fluxo magnético 
 d = diâmetro interno do detector 
 V = velocidade do fluxo 
3.4.1 Principio de Funcionamento 
O medidor magnético de vazão é baseado na lei de FARADAY, esta lei foi descoberta pelo cientista 
inglês FARADAY em 1831, segundo a lei, quando um objeto condutor se move em um campo magnético 
uma forca eletromotriz é gerada, a relação entre a direção do campo, movimento do fluido e FEM 
induzida pode ser determinada pela regra da mão direita de Fleming,pela equação Vd..Β=Ε ,levando-se 
 
 
24 
em conta que a densidade de fluxo magnético é constante,temos que a FEM é proporcional à 
velocidade,logo a vazão pode ser definida como VSQ .= . 
onde: 
 Q =vazão 
 S = área da seção transversal do tubo ( m ) 
 V =velocidade media do fluido ( sm / ) 
3.4.2 Instalação do medidor magnético 
A instalação do medidor de vazão magnético é simples, contudo certos cuidados são necessários para 
evitar erros na medição provocados pela presença de ar e danos causados pela indução de vácuo,outro 
fator são as distancias mínimas para operar o medidor de forma a garantir uma linha com vazão laminar 
Itens a serem considerados na instalação: 
 não instale o medidor em um ponto superior da tubulação,bolhas de ar acumuladas no tubo de 
medição causarão medições incorretas. 
 quando for instalar o tubo em um trecho horizontal procure por uma parte levemente 
ascendente,se não for possível garanta a velocidade adequada para impedir que ar,gases ou vapores se 
acumulem na parte superior do tubo. 
 na alimentação ou descargas abertas instale o tubo na parte inferior do tubo de medição 
 em tubos com mais de 5 metros de comprimento instale a válvula de ar a jusante do medidor de 
vazão 
 procure sempre instalar o medidor de vazão antes das válvulas de bloqueio ou controle . 
 instale o medidorde vazão no lado sucção da bomba 
 podemos resumir que a instalação correta é deixar o tubo sempre preenchido com liquido 
Distâncias: Na figura abaixo mostramos as distancias que sempre deverão ser respeitadas para que se 
possa garantir uma medição correta: 
 
 
25 
 
Na figura abaixo temos uma visão simplificada do medidor magnético de nossa planta de energia que é o 
Admag e na seqüência a foto deste modelo. 
 
Medidor magnético de vazão modelo ADMAG 
 
 
 
26 
3.5 MEDIDOR VORTEX 
Quando um anteparo de geometria definida é colocado de forma a obstruir parcialmente uma tubulação 
em que escoa um fluido, ocorre a formação de vórtices; que se desprendem alternadamente de cada lado 
do anteparo, como mostrado na figura abaixo. Este é um fenômeno muito conhecido e demonstrado em 
todos os livros de mecânica dos fluidos.Os vórtices também podem ser observados em situações 
freqüentes do nosso dia a dia, como por exemplo:O movimento oscilatório da plantas aquáticas, em razão 
da correnteza; As bandeiras flutuando ao vento; As oscilações das copas das árvores ou dos fios elétricos 
quando expostas ao vento.Na figura abaixo você verá o principio do medidor vortex utilizado em nossa 
planta de energia. 
 
3.5.1 Principio de medição 
O principio de medição do vortex é a introdução de um probe de formato definido no jato da vazão,que 
produz os vórtices de Van Karman, a freqüência destes vórtices é linearmente proporcional à velocidade 
e, portanto,à vazão volumétrica do fluido,como o vortex é um medidor que extrai energia do fluido, há 
limitações de velocidade e de numero de Re, desta forma, o obstáculo de geometria definida é colocada 
de forma a obstruir parcialmente um tubo em que escoa um fluido,há formação de vórtices que se 
desprendem alternativamente dos lados do obstáculo, conforme figura nossa acima,a freqüência de 
desprendimento ( f ) dos vórtices, no caso de um obstáculo bidimensional de dimensão transversal ( d ), é 
relacionada à velocidade (V ) do fluido por uma constante,chamada de Strouhal, 
V
dfS .= . 
onde: 
 S = numero de Strouhal 
 f = freqüência de desprendimento 
 d = dimensão do probe 
 
 
27 
 V = velocidade do fluido 
Adicionalmente, neste caso a expressão VAQ .= também é válida. 
onde: 
Q = vazão volumétrica 
A = área da seção da tubulação 
V = velocidade do fluido 
Mediante uma simples substituição, e considerando os parâmetros constantes agrupados em único 
fator,teremos que a vazão será fKQ .= 
onde: 
 Q = vazão volumétrica 
 K = VA. 
f = freqüência 
Na foto abaixo nós podemos ver o medidor vortex que será instalado na planta de energia 
 
 
 
28 
3.5.2 Instalação 
A instalação é bastante simples, na figura ilustramos as condições necessárias para que o medidor vortex 
opere corretamente. 
 
 
 
 
 
29 
4 TEMPERATURA 
4.1 INTRODUÇÃO 
A monitoração da variável temperatura é fundamental para a obtenção do produto final especificado. 
Termometria significa "Medição de Temperatura". Eventualmente o termo Pirometria é também aplicado 
com o mesmo significado, porém, baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir: 
Pirometria - Medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se 
manifestar. 
Criometria- Medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura. 
Termometria - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria, como a Criometria que seriam 
casos particulares de medição. 
Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas, as moléculas que se encontram em contínuo 
movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas mais quente se apresenta o corpo e quanto 
mais lento mais frio se apresenta o corpo.Então se define temperatura como o grau de agitação térmica 
das moléculas.Na prática a temperatura é representada em uma escala numérica, onde, quanto maior o seu 
valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão.Outros conceitos que se 
confundem às vezes com o de temperatura são: 
 . Energia Térmica. 
 . Calor. 
A energia térmica de um corpo é a somatória das energias cinéticas, dos seus átomos, e além de depender 
da temperatura, depende também da massa e do tipo de substância.Calor é energia em trânsito ou a forma 
de energia que é transferida através da fronteira de um sistema em virtude da diferença de temperatura.até 
o final do século XVI, quando foi desenvolvido o primeiro dispositivo para avaliar temperatura, o sentido 
do nosso corpo foram os únicos elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo 
estava mais quente ou frio do que um outro, apesar da inadequação destes sentidos sob ponto de vista 
científico.A literatura geralmente reconhece três meios distintos de transmissão de calor: condução, 
radiação e convecção. 
Condução: A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra 
de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meios diferentes em 
contato físico direto. 
Radiação: A radiação é um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de 
baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista um vácuo entre eles. 
 
 
30 
 Convecção: A convecção é um processo de transporte de energia pela ação combinada da condução de 
calor, armazenamento de energia e movimento da mistura. A convecção é mais importante como 
mecanismo de transferência de energia (calor) entre uma superfície sólida e um liquida ou gás. 
4.2 ESCALAS DE TEMPERATURA 
Desde o início da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de termômetro, sentiam a 
dificuldade para atribuir valores de forma padronizada à temperatura por meio de escalas reproduzíveis, 
como existia na época, para Peso, Distância, Tempo.As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram 
Fahrenheit e a Celsius. A escala Fahrenheit é definida atualmente com o valor 32 no ponto de fusão do 
gelo e 212 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre estes dois pontos é dividido em 180 partes 
iguais, e cada parte é um grau Fahrenheit. A escala Celsius é definida atualmente com o valor zero no 
ponto de fusão do gelo e 100 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre os dois pontos está dividido 
em 100 partes iguais, e cada parte é um grau Celsius. A denominação "grau centígrado" utilizada 
anteriormente no lugar de "Grau Celsius", não é mais recomendada, devendo ser evitado o seu uso.Tanto 
a escala Celsius como a Fahrenheit, são relativas, ou seja, os seus valores numéricos de referência são 
totalmente arbitrários.Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substância, atingimos um 
ponto limite além do qual é impossível ultrapassar, pela própria definição de temperatura. Este ponto, 
onde cessa praticamente todo movimento atômico, é o zero absoluto de temperatura. através da 
extrapolação das leituras do termômetro a gás, pois os gases se liquefazem antes de atingir o zero 
absoluto, calculou-se a temperatura deste ponto na escala Celsius em -273,15°C.Existem escalas 
absolutas de temperatura, assim chamadas porque o zero delas é fixado no zero absoluto de 
temperatura,existem duas escalas absolutas atualmente em uso: a escala Kelvin e a Rankine,a escala 
Kelvin possui a mesma divisão da Celsius, isto é, um grau Kelvin é igual a um grau Celsius, porém o seu 
zero se inicia no ponto de temperatura mais baixa possível, 273,15 graus abaixo do zero da Escala 
Celsius.A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvin, porém sua divisão é 
idêntica à da Escala Fahrenheit. A representação das escalas absolutas é análoga às escalas relativas:-Kelvin ==> 400K (sem o símbolo de grau “°”). Rankine ==> 785R. 
A Escala Fahrenheit é usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidos da América, porém seu uso 
tem declinado a favor da Escala Celsius de aceitação universal.A Escala Kelvin é utilizada nos meios 
científicos no mundo inteiro e deve substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a 
Fahrenheit. 
Existe uma outra escala relativa a Reamur, hoje já praticamente em desuso. Esta escala adota como zero o 
ponto de fusão do gelo e 80 o ponto de ebulição da água. O intervalo é dividido em oitenta partes iguais. 
(Representação - °Re). 
 
 
31 
A figura a seguir, compara as escalas de temperaturas existentes. 
 
 
 
4.2.1 Escala Internacional de Temperatura 
 Para melhor expressar as leis da termodinâmica, foi criada uma escala baseada em fenômenos de 
mudança de estado físico de substâncias puras, que ocorrem em condições únicas de temperatura e 
pressão. Chama-se esta escala de IPTS - Escala Prática Internacional de Temperatura,a primeira escala 
prática internacional de temperatura surgiu em 1927 e foi modificada em 1948 (IPTS-48). Em 1960 mais 
modificações foram feitas e em 1968 uma nova Escala Prática Internacional de Temperatura foi publicada 
(IPTS-68).A mudança de estado de substâncias puras (fusão, ebulição) é normalmente desenvolvida sem 
alteração na temperatura. Todo calor recebido ou cedido pela substância é utilizado pelo mecanismo de 
mudança de estado. 
 
Os pontos fixos utilizados pela IPTS-68 são dados na tabela abaixo: 
 
 
32 
 
 
Observação: 
Ponto triplo é o ponto em que as fases sólidas, líquidas e gasosas encontram-se em equilíbrio.A ainda 
atual IPTS-68 cobre uma faixa de -259,34 a 1064,34°C, baseada em pontos de fusão, ebulição e pontos 
triplos de certas substâncias puras como por exemplo o ponto de fusão de alguns metais puros.Hoje já 
existe a ITS-90 Escala Internacional de Temperatura, definida em fenômenos determinísticos de 
temperatura e que definiu alguns pontos fixos de temperatura. 
 
 
PONTOS FIXOS IPTS-68 ITS-90 
Ebulição do Oxigênio -182,962°C -182,954°C 
Ponto triplo da água +0,010°C +0,010°C 
Solidificação do estanho +231,968°C +231,928°C 
Solidificação do zinco +419,580°C +419,527°C 
Solidificação da prata +961,930°C +961,780°C 
Solidificação do ouro +1064,430°C +1064,180°C 
 
4.3 NORMAS 
Com o desenvolvimento tecnológico diferente em diversos países, criou-se uma série de normas e 
padronizações, cada uma atendendo uma dada região. As mais importantes são: 
 ANSI - AMERICANA 
 DIN - ALEMÃ 
ESTADO DE EQUILÍBRIO TEMPERATURA (°C) 
Ponto triplo do hidrogênio -259,34 
Ponto de ebulição do hidrogênio -252,87 
Ponto de ebulição do neônio -246,048 
Ponto triplo do oxigênio -218,789 
Ponto de ebulição do oxigênio -182,962 
Ponto triplo da água 0,01 
Ponto de ebulição da água 100,00 
Ponto de solidificação do zinco 419,58 
Ponto de solidificação da prata 916,93 
Ponto de solidificação do ouro 1064,43 
 
 
33 
 JIS - JAPONESA 
 BS - INGLESA 
 UNI - ITALIANA 
Para atender as diferentes especificações técnicas na área da termometria, cada vez mais se somam os 
esforços com o objetivo de unificar estas normas. Para tanto, a Comissão Internacional Eletrotécnica - 
IEC, vem desenvolvendo um trabalho junto aos países envolvidos neste processo normativo, não somente 
para obter normas mais completas e aperfeiçoadas mas também de prover meios para a 
internacionalização do mercado de instrumentação relativo a termopares,como um dos participantes desta 
comissão, o Brasil através da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, está também 
diretamente interessado no desdobramento deste assunto e vem adotando tais especificações como 
Normas Técnicas Brasileiras. 
Os elementos e transmissores de temperatura têm como função transmitir a temperatura do processo para 
uma sala de controle ou sistema de controle. Podemos dividir os instrumentos de medição de temperatura 
em duas Classes: 
1a. Classe: São instrumentos em que o sensor está em contato com o meio ou corpo que queremos medir. 
 Termômetros à dilatação de sólido. 
 Termômetros à par termo elétrico. 
 Termômetros à resistência elétrica. 
 Termômetros à dilatação de líquido ou gás 
2a. Classe: O elemento sensível não está em contato com o meio ou o corpo que queremos medir. 
 Pirômetros de radiação total. 
 Pirômetros de radiação parcial (monocromáticos). 
4.4 TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDO BIMETÁLICO 
O princípio de funcionamento é a dilatação linear dos metais quando esses submetidos ao calor,cada 
metal possui um determinado coeficiente de dilatação linear. O termômetro Bimetálico é formado por 
uma lâmina composta de dois metais diferentes.Os coeficientes de dilatação linear dos dois metais são 
diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra, a dilatação linear dos metais não sendo iguais, faz 
com que a lâmina se curve. Esse encurvamento da lâmina é proporcional à temperatura aplicada na barra. 
 
 
34 
 
 Para aumentar a sensibilidade da lâmina, os termômetros são construídos com lâminas em formatos 
variados. 
Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Sendo: 
)..1.( tLoLt ∆+= α 
onde: 
 =t temperatura do metal em C° 
=Lo comprimento do metal a temperatura inicial de referencia to 
=Lt comprimento do metal a temperatura final t 
 =α coeficiente de dilatação linear 
tott −=∆ 
O termômetro bimetálico consiste em duas laminas 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 a temperatura. Na prática a lamina bimetálica é enrolada em forma de 
espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade. 
 
O termômetro mais usado é o de lamina helicoidal, e consiste em um tubo bom condutor de calor, no 
interior do qual é fixado um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma 
 
 
35 
escala.Normalmente usa - se o invar (aço com 64% Fe e 36% Ni) com baixo coeficiente de dilatação e o 
latão como metal de alto coeficiente de dilatação.A faixa de trabalho dos termômetros bimetálicos vai 
aproximadamente de -50 a 800 oC, sendo sua escala bastante linear. Possui exatidão na ordem de +/- 1%. 
 
 
 
 
 
36 
4.5 TERMÔMETROS À PAR TERMOELÉTRICO 
Muito utilizado para medição de temperaturas acima de 200 graus Celsius, o princípio de funcionamento 
é baseado na descoberta do Físico alemão Seeback que observou uma diferença de potencial entre a 
junção de dois metais diferentes.Nessa experiência, Seeback utilizou uma bússola sensível ao campo 
magnético criado pela corrente no circuito do termopar. 
 
4.6 TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO 
Os termômetros de dilatação de líquidos, baseia-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a 
temperatura dentro de um recipiente fechado. 
A equação que rege esta relação é: ( ) ( ) ( )[ ]32 .3.2.11. tttVoVt ∆+∆+∆+= βββ 
onde: 
 =t temperatura do liquido em C° 
=Vo volume do liquido a temperatura inicial de referencia to 
 =Vt volume do liquido a temperatura t 
=3,2,1 βββ coeficiente de expansão do liquido 1−°C 
tott −=∆ 
Teoricamente esta relação não é linear, porém como os termos de segunda e terceira ordem são 
desprezíveis, na prática consideramos lineares. E daí: 
).1.( tVoVt ∆+= β 
Os tipos podem variar conforme sua construção: 
 - Recipiente de vidro transparente 
 - Recipiente metálico 
 Termômetros de dilatação de líquido em recipiente de vidro é constituído de um reservatório, cujo 
tamanho depende da sensibilidade desejada, soldada a um tubocapilar de seção , mais uniforme possível 
fechado na parte superior.O reservatório e parte do capilar são preenchidos de um líquido. Na parte 
superior do capilar existe um alargamento que protege o termômetro no caso da temperatura ultrapassar 
 
 
37 
seu limite máximo.Após a calibração, a parede do tubo capilar é graduada em graus ou frações deste, a 
medição de temperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo da coluna líquida.Os 
líquidos mais usados são: Mercúrio, Tolueno, Álcool e Acetona ,nos termômetros industriais, o bulbo de 
vidro é protegido por um poço metálico e o tubo capilar por um invólucro metálico. 
 LÍQUIDO PONTO DE 
SOLIDIFICAÇÃO(oC) 
PONTO DE 
EBULIÇÃO(oC) 
FAIXA DE 
USO(oC) 
Mercúrio -39 +357 -38 a 550 
Álcool 
Etílico 
-115 +78 -100 a 70 
Tolueno -92 +110 -80 a 100 
 
No termômetro de mercúrio, pode-se elevar o limite máximo até 550OC injetando-se gás inerte sob 
pressão, evitando a vaporização do mercúrio, por ser frágil e impossível registrar sua indicação ou 
transmiti-la à distância, o uso deste termômetro é mais comum em laboratórios ou em indústrias, com a 
utilização de uma proteção metálica. 
 
 
Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico: Neste termômetro, o líquido preenche todo o 
recipiente e sob o efeito de um aumento de temperatura se dilata, deformando um elemento extensível (sensor 
volumétrico). 
 
 
38 
 
4.6.1 Características dos elementos básicos: 
Bulbo: 
Suas dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e principalmente com a sensibilidade desejada.A 
tabela abaixo, mostra os líquidos mais usados e sua faixa de utilização: 
LÍQUIDO FAIXA DE UTILIZAÇÃO (oC) 
Mercúrio -35 à +550 
Xileno -40 à +400 
Tolueno -80 à +100 
Álcool 50 à +150 
Capilar 
Suas dimensões são variáveis, sendo que o diâmetro interno deve ser o menor possível, a fim de evitar a 
influencia da temperatura ambiente, porém não deve oferecer resistência a passagem do líquido em 
expansão. 
O elemento usado é o Tubo de Bourdon, podendo ser : 
 
 
39 
 
 
Os materiais mais usados são: bronze fosforoso, cobre - berílio , aço - inox e aço – carbono,pelo fato 
deste sistema utilizar líquido inserido num recipiente e da distância entre o elemento sensor e o bulbo ser 
considerável, as variações na temperatura ambiente afetam não somente o líquido no bulbo, mas em todo 
o sistema (bulbo, capilar e sensor) causando erro de indicação ou registro. Este efeito da temperatura 
ambiente é compensado de duas maneiras que são denominadas classe 1A e classe 1B.na classe 1B a 
compensação é feita somente no sensor, através de uma lamina bimetálica. Este sistema é normalmente 
preferido por ser mais simples, porém o comprimento máximo do capilar para este sistema de 
compensação é de aproximadamente 6 metros.Quando esta distância for maior o instrumento deve possuir 
sistema de compensação classe 1A, onde a compensação é feita no sensor e no capilar, por meio de um 
segundo capilar ligado a um elemento de compensação idêntico ao de medição, sendo os dois ligados em 
oposição.O segundo capilar tem comprimento idêntico ao capilar de medição, porém não está ligado a um 
bulbo.A aplicação destes termômetros, se encontra na indústria em geral para indicação e registro, pois 
permite leituras remotas e por ser o mais preciso dos sistemas mecânicos de medição de temperatura, 
porém não é recomendável para controle por causa de seu tempo de resposta ser relativamente grande 
(mesmo usando fluido trocador de calor entre bulbo e poço de proteção para diminuir este atraso 
conforme figura abaixo). O poço de proteção, permite manutenção do termômetro com o processo em 
operação.Recomenda-se não dobrar o capilar com curvatura acentuada para que não se forme restrição 
que prejudicariam o movimento do líquido em seu interior, causando problemas de medição. 
4.7 TERMÔMETROS A PRESSÃO DE GÁS 
 
 
 
40 
 
 
 
 
Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, elemento de medição e 
capilar de ligação entre estes dois elementos.O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás 
a alta pressão. Com a variação da temperatura, o gás varia sua pressão conforme, aproximadamente a lei 
dos gases perfeitos, com o elemento de medição operando como medidor de pressão. A Lei de Gay-
Lussac, expressa matematicamente este conceito: 
 
Tn
Pn
T
P
T
P
=== ......
2
2
1
1 
onde: 
=2,1 PP pressões absolutas relativas às temperaturas 
=2,1 TT temperaturas absolutas 
 
Observa-se que as variações de pressão são linearmente dependentes da temperatura, sendo o volume 
constante,desta forma podemos expressar a pressão como sendo também 
T
VP = 
 
O gás mais utilizado é o N 2 e geralmente é pressurizado com uma pressão de 20 a 50 atm., na 
temperatura mínima a medir. Sua faixa de medição vai de -100 a 600 oC, sendo o limite inferior devido à 
própria temperatura crítica do gás e o superior proveniente do recipiente apresentar maior permeabilidade 
ao gás nesta temperatura , o que acarretaria sua perda inutilizando o termômetro. 
Tipos de gás de enchimento: 
 
 
41 
Gás Temperatura Crítica 
Hélio ( He ) - 267,8 oC 
Hidrogênio ( H2 ) - 239,9 oC 
Nitrogênio ( N2 ) - 147,1 oC 
Dióxido de Carbono ( CO2 ) - 31,1 oC 
 
 
4.8 TERMÔMETRO À PRESSÃO DE VAPOR 
Sua construção é bastante semelhante ao de dilatação de líquidos, baseando o seu funcionamento na Lei 
de Dalton: “A pressão de vapor saturado depende somente de sua temperatura e não de seu 
volume",portanto para qualquer variação de temperatura haverá uma variação na tensão de vapor do gás 
liquefeito colocado no bulbo do termômetro e, em conseqüência disto, uma variação na pressão dentro do 
capilar.A relação existente entre tensão de vapor de um líquido e sua temperatura é do tipo logarítmica e 
pode ser simplificada para pequenos intervalos de temperatura em: 
58,4
2
1
1
1
.
2
1





 −
=
TTHe
P
P 
 
 
A tabela a seguir, mostra os líquidos mais utilizados e seus pontos de fusão e ebulição: 
 
Líquido Ponto de Fusão ( oC ) Ponto de ebulição ( oC ) 
Cloreto de Metila - 139 - 24 
Butano - 135 - 0,5 
Éter Etílico - 119 34 
 
 
42 
Tolueno - 95 110 
Dióxido de enxofre - 73 - 10 
Propano - 190 - 42 
4.9 TERMOPARES 
Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de 
ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de 
medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m. (força eletromotriz), 
fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente.O ponto onde os fios que formam o termopar se 
conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. 
 
O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m.. Este princípio conhecido por 
efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para a medição de temperatura. Nas aplicações 
práticas o termopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima .O sinal de f.e.m. gerado pelo 
gradiente de temperatura ( t∆ ) existente entre as juntas quente e fria, será de um modo geral indicado, 
registrado ou transmitido. 
 A medição de temperatura com o termopar consiste em medir a milivoltagem gerada pela junta de 
medição (junta quente: extremidade do termopar que está em contato com a temperatura que se deseja 
medir). 
No termopar a diferença de potencial desenvolvida é uma função da diferença de temperatura das duas 
juntas.A diferença de potencial medida na extremidade oposta à junta de medição portanto, não 
representaa tensão real da junta de medição, e sim a diferença da junta de medição e a junta de 
referência. Para isso, é preciso conhecer a temperatura da junta de referência ou mantê-la controlada para 
se obter a tensão real do termopar. Essa tensão é convertida em um sinal padrão que indicará a 
temperatura na junta de medição.Atualmente circuitos eletrônicos já compensam essa temperatura 
automaticamente. Em instrumentos mais antigos, havia um módulo somente para controlar a temperatura 
 
 
43 
da junta de referência. Os termopares podem ser construídos nas oficinas da indústria por instrumentista 
ou podem ser comprados já prontos para serem utilizados nos processo.Dependendo de cada necessidade, 
a escolha será feita para se obter uma condição segura no processo e o melhor custo beneficio. 
 
 
Termopar com Isolação Mineral 
4.9.1 Efeitos Termoelétricos 
Quando dois metais ou semicondutores dissimilares são conectados e as junções mantidas a diferentes 
temperaturas, quatro fenômenos ocorrem simultaneamente: o efeito Seebeck, o efeito Peltier, o efeito 
 
 
44 
Thomson e o efeito Volta.A aplicação científica e tecnológica dos efeitos termoelétricos é muito 
importante e sua utilização no futuro é cada vez mais promissora. Os estudos das propriedades 
termoelétricas dos semicondutores e dos metais levam, na prática, à aplicação do processo de medições 
na geração de energia elétrica (bateria solar) e na produção de calor e frio. O controle de temperatura feito 
por pares termoelétricos é uma das importantes aplicações do efeito Seebeck.,atualmente, busca-se o 
aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grande escala, para obtenção de calor ou frio no processo 
de climatização ambiente. 
Efeito termoelétrico de Seebeck: 
O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeck quando ele notou que em um 
circuito fechado, formado por dois condutores diferentes A e B, ocorre uma circulação de corrente 
enquanto existir um diferença de temperatura t∆ entre as suas junções. Denominamos a junta de medição 
de Tm , e a outra, junta de referência de Tr. A existência de uma f.e.m. térmica AB no circuito é 
conhecida como efeito Seebeck. Quando a temperatura da junta de referência é mantida constante, 
verifica-se que a f.e.m. térmica é uma função da temperatura Tm da junção de teste. Este fato permite 
utilizar um par termoelétrico como um termômetro. 
 
O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o elétron livre de um metal difere de um condutor para outro 
e depende da temperatura. Quando dois condutores diferentes são conectados para formar duas junções e 
estas são mantidas a diferentes temperaturas, a difusão dos elétrons nas junções se produz a ritmos 
diferentes. 
Efeito termoelétrico de Peltier 
Em 1834, Peltier descobriu que, dado um par termoelétrico com ambas as junções à mesma temperatura, 
se, mediante uma bateria exterior, produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das junções 
variam em uma quantidade não inteiramente devida ao efeito Joule. Esta variação adicional de 
 
 
45 
temperatura é o efeito Peltier. O efeito Peltier produz-se tanto pela corrente proporcionada por uma 
bateria exterior como pelo próprio par termoelétrico. 
 
O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma junção, sendo independente 
da temperatura da outra junção .O calor Peltier é reversível. Quando se inverte o sentido da corrente, 
permanecendo constante o seu valor, o calor Peltier é o mesmo, porém em sentido oposto. 
Efeito termoelétrico de Thomson 
Em 1854, Thomson conclui, através das leis da termodinâmica, que a condução de calor, ao longo dos 
fios metálicos de um par termoelétrico, que não transporta corrente, origina uma distribuição uniforme de 
temperatura em cada fio. Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição de temperatura 
em uma quantidade não inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variação adicional na distribuição da 
temperatura denomina-se efeito Thomson.O efeito Thomson depende do metal de que é feito o fio e da 
temperatura média da pequena região considerada. Em certos metais há absorção de calor, quando uma 
corrente elétrica flui da parte fria para a parte quente do metal e que há geração de calor quando se inverte 
o sentido da corrente. Em outros metais ocorre o oposto deste efeito, isto é, há liberação de calor quando 
uma corrente elétrica flui da parte quente para a parte fria do metal . Conclui-se que, com a circulação de 
corrente ao longo de um fio condutor, a distribuição de temperatura neste condutor se modificará, tanto 
pelo calor dissipado por efeito Joule, como pelo efeito Thomson. 
Efeito termoelétrico de Volta 
A experiência de Peltier pode ser explicada através do efeito Volta enunciado a seguir: 
“Quando dois metais estão em contato a um equilíbrio térmico e elétrico, existe entre eles uma diferença 
de potencial que pode ser da ordem de Volts”.Esta diferença de potencial depende da temperatura e não 
pode ser medida diretamente. 
Leis Termoelétricas 
Da descoberta dos efeitos termoelétricos partiu-se através da aplicação dos princípios da termodinâmica, 
a enunciação das três leis que constituem a base da teoria termoelétrica nas medições de temperatura com 
 
 
46 
termopares, portanto, fundamentados nestes efeitos e nestas leis, podemos compreender todos os 
fenômenos que ocorrem na medida de temperatura com estes sensores. 
Lei do circuito homogêneo 
“A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoelétrico de dois metais diferentes, com suas junções 
às temperaturas T1 e T2, é independente do gradiente de temperatura e de sua distribuição ao longo dos 
fios". Em outras palavras, a f.e.m. medida depende única e exclusivamente da composição química dos 
dois metais e das temperaturas existentes nas junções. 
 
Um exemplo de aplicação prática desta lei é que podemos ter uma grande variação de temperatura em um 
ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, que esta não influirá na f.e.m. produzida pela diferença 
de temperatura entre as juntas, portanto, pode-se fazer medidas de temperaturas em pontos bem definidos 
com os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura entre as juntas. 
Lei dos metais intermediários 
“A soma algébrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um número qualquer de metais 
diferentes é zero, se todo o circuito estiver à mesma temperatura". Deduz-se daí que um circuito 
termoelétrico, composto de dois metais diferentes, a f.e.m. produzida não será alterada ao inserirmos, em 
qualquer ponto do circuito, um metal genérico, desde que as novas junções sejam mantidas a 
temperaturas iguais. 
 
Onde se conclui que: 
 
 
47 
T3 = T4 --> E1 = E2 
T3 = T4 --> E1 = E2 
Um exemplo de aplicação prática desta lei é a utilização de contatos de latão ou cobre, para interligação 
do termopar ao cabo de extensão no cabeçote. 
 Lei das temperaturas intermediárias 
 
 
A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e diferentes entre si, com as 
suas junções as temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma algébrica da f.e.m. deste circuito, com as 
junções as temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo circuito com as junções as temperaturas T2 e 
T3,um exemplo prático da aplicação desta lei, é a compensação ou correção da temperatura ambiente pelo 
instrumento receptor de milivoltagem. 
4.9.2 Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura 
Visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composição química dos condutores e da diferença 
de temperatura entre as juntas, isto é, a cada grau de variação de temperatura, podemos observar uma 
variação da f.e.m. gerada pelo termopar, podemos,portanto, construir uma tabela de correlação entre 
temperatura e a f.e.m., por uma questão prática padronizou- se o levantamento destas curvas com a junta 
de referência à temperatura de 0°C. 
 
 
48 
 
 
Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo com a Escala 
Prática Internacional de Temperatura de 1968 ( IPTS-68 ), recentemente atualizada pela ITS-90, para os 
termopares mais utilizados. A partir dessas tabelas podemos construir um gráfico conforme a figura a 
seguir ,onde está relacionadas a milivoltagem gerada em função da temperatura, para os termopares 
segundo a norma ANSI, com a junta de referência a 0°C. 
4.9.3 Tipos e Características dos Termopares 
Existem várias combinações de 2 metais condutores operando como termopares. As combinações de fios 
devem possuir uma relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m.; devem desenvolver uma 
f.e.m. por grau de mudança de temperatura, que seja detectável pelos equipamentos normais de 
medição.Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de Ligas Metálicas, desde os mais 
corriqueiros de uso industrial, até os mais sofisticados para uso especial ou restrito a laboratório,essas 
combinações foram feitas de modo a se obter uma alta potência termoelétrica, aliando-se ainda as 
melhores características como homogeneidade dos fios e resistência a corrosão, na faixa de utilização, 
assim cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para 
que se tenha a maior vida útil do mesmo. Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber: 
 Termopares Básicos 
 Termopares Nobres 
 Termopares Especiais 
4.9.4 Tipos de Termopares : Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTAN 
 Composição: Cobre (+) / Cobre-Níquel (-) O fio negativo Cobre-Níquel é conhecido 
comercialmente como Constantan. 
 
 
49 
 Características: Resistentes a corrosão em atmosferas úmidas e são adequados para medições de 
temperaturas abaixo de zero. É resistente à atmosfera oxidantes (excesso de Oxigênio), redutoras (rica 
em Hidrogênio, monóxido de Carbono), inertes (neutras), na faixa de -200 a 350ºC. 
 Faixa de trabalho: - -200 a 350 ºC. 
 Aplicação: É adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo de 0ºC, encontradas em 
sistemas de refrigeração, fábrica de O2 etc.. 
 Identificação da polaridade: Cobre (+) é avermelhado e o Cobre/Níquel (-) não. 
4.9.5 Tipos de Termopares : Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTAN 
 Composição: Ferro (+) / Cobre-Níquel (-) O fio negativo Cobre-Níquel é conhecido 
comercialmente como Constantan. 
 Características: Adequados para uso no vácuo,atmosferas oxidantes, redutoras e inertes. Acima de 
540ºC, a taxa de oxidação do ferro é rápida e recomenda-se o uso de tubo de proteção para prolongar a 
vida útil do elemento. Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de 0ºC, deve-se evitar quando 
houver possibilidade de condensação, corroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro.Não 
deve ser usado em atmosferas sulfurosas (contém enxofre) acima de 540ºC. O uso em temperaturas 
abaixo de zero não é recomendado, devido à rápida oxidação e quebra do elemento de ferro tornando 
seu uso em temperaturas negativo menor que o tipo T Devido à dificuldade de obtenção de fios de 
ferro com alto teor de pureza, o tipo J tem baixo custo e é o mais utilizado industrialmente. 
 Aplicação: Indústrias em geral até 750ºC. 
 Identificação da polaridade: Ferro (+) é magnético e o Cobre (-) não. 
4.9.6 Tipos de Termopares : Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTAN 
 Composição: Níquel-Cromo (+)/Cobre-Níquel (-). O fio positivo de Níquel-Cromo é conhecido 
comercialmente como Chromel e o fio negativo Cobre Níquel como Constantan. 
Características: Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes e inertes. Em atmosferas redutoras, 
alternadamente oxidante e redutora e no vácuo, não devem ser utilizados pois perdem suas 
características termoelétricas. Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zero, desde que não 
sujeito à corrosão em atmosferas úmidas. Apresenta a maior geração mV/ºC (potência termoelétrica) 
do que todos os outros termopares, tornando-se útil na detecção de pequenas alterações de 
temperatura. 
 Aplicação: Uso geral até 900ºC. 
 Identificação da polaridade: O Níquel-Cromo (+) é mais duro que o Cobre-Níquel (-). 
 
 
50 
4.9.7 Tipos de Termopares : Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMEL 
 Composição: Níquel-Cromo (+)/Níquel-Alumínio (-). O fio positivo de Níquel-Cromo é 
conhecido comercialmente como Chromel e o negativo Cromo-Alumínio como Alumel. O Alumel é 
uma liga de Níquel, Alumínio, Manganês e Silício. 
 Características: São recomendáveis para uso em atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de 
trabalho. Por sua resistência à oxidação, são melhores que os tipos T, J, E e por isso são largamente 
usados em temperaturas acima de 540ºC. 
Ocasionalmente podem ser usados em temperaturas abaixo de zero grau. 
 Não devem ser utilizados em: 
1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora. 
2) Atmosferas sulfurosas, pois o enxofre ataca ambos os fios e causa rápida ferrugem e 
quebra dos elementos. 
3) Vácuo, exceto por curtos períodos de tempo, pois o Cromo do elemento positivo pode 
vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibração). 
4) Atmosferas que facilitem a corrosão chamada de “green root”. Green root, oxidação 
verde, ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui pouco oxigênio, como 
por exemplo dentro de um tubo de proteção longo, de pequeno diâmetro e não 
ventilado. O green-root pode ser minimizado aumentando o fornecimento de oxigênio 
através do uso de um tubo de proteção de maior diâmetro ou usando um tubo ventilado. 
Outro modo é diminuir a porcentagem de oxigênio para um valor abaixo da qual 
proporcionará corrosão. Isto é feito inserindo-se dentro do tubo um “getter” ou 
elemento que absorve oxigênio e vedando-se o tubo. O “getter” pode ser por exemplo 
uma pequena barra de titânio. 
 Aplicação: É o mais utilizado na indústria em geral devido a sua grande faixa de atuação até 
1200ºC. 
 Identificação da polaridade: Níquel-cromo (+) não atrai ímã e o Níquel-Alumínio (-) levemente 
magnético. 
4.9.8 Tipos de Termopares : Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISIL 
 Composição: Níquel 14,2%-Cromo 1,4%-Silício (+) / Níquel 4,4%-Silício0,1%-Magnésio (-). 
 Desenvolvido na Austrália, este termopar foi aprovado mundialmente, estando inclusive normalizado pela 
ASTM (American Society for Testing and Materials), NIST (Antigo NBS- National Bureau of Standard) e 
ABNT. 
 
 
51 
 Está se apresentando como substituto do termopar tipo , de -200 a 1200ºC, possui uma potência 
termoelétrica menor em relação ao tipo K, porém uma maior estabilidade, excelente resistência à corrosão e 
maior vida útil. Resiste também ao “green-root” e seu uso não é recomendado no vácuo. 
4.9.9 Tipos de Termopares : Tipo S/R - TERMOPARES DE RÓDIO - PLATINA 
 Tipo S: Composição: Platina 90% - Ródio 10% (+) / Platina (-) 
 Tipo R: Composição: Platina 97% - Ródio 13% (+) / Platina (-) 
 Características: São recomendados para uso em atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de 
trabalho. O uso contínuo em altas temperaturas causa excessivo crescimento de grão, podendo resultar 
em falha mecânica do fio de Platina (quebra de fio), e tornar os fios susceptíveis à contaminação, 
causando redução da F.E.M. gerada. 
Mudanças na calibração também são causadas pela difusão ou volatilização do Ródio do elemento 
positivo para o fio de Platina pura do elemento negativo. Todos estes efeitos tendem a causar 
heterogeneidades que influenciam na curva característica do sensor. 
Ostipos S e R não devem ser usados no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores 
metálicos a menos que bem protegidos com tubos protetores e isoladores cerâmicos de alumina e 
quando se usa tubo de proteção de Platina (tubete) que por ser do mesmo material, não contamina os 
fios e dá proteção necessária aos elementos. 
Apresentam grande precisão e estabilidade em altas temperaturas sendo utilizados como sensor padrão 
na calibração de outros termopares. A diferença básica entre o tipo R e S está na diferença da potência 
termoelétrica, o tipo R gera um sinal aproximadamente 11% maior que o tipo S. 
 Aplicação: Processos com temperaturas elevadas ou onde é exigida grande precisão como 
indústrias de vidro, indústrias siderúrgicas, etc. 
 Identificação da polaridade: Os fios positivos de Platina-Ródio 10% e Platina-Ródio 13% são 
mais duros que o fio de platina (-). 
4.9.10 Tipos de Termopares : Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- RÓDIO / PLATINA - RÓDIO 
 Composição: Platina 70%-Ródio 30% (+) / Platina 94%-Ródio 6% (-) 
 Características: Seu uso é recomendado para atmosferas oxidantes e inertes, também adequado 
para curtos períodos no vácuo. Não deve ser aplicado em atmosferas redutoras nem as que contem 
vapores metálicos, requerendo tubo de proteção cerâmico como o tipo R e S. O tipo B possui maior 
resistência mecânica que os tipos R e S. Sua potência termoelétrica é baixíssima, em temperaturas de 
até 50ºC o sinal é quase nulo. Não necessita de cabo compensado para sua interligação.É utilizados 
cabos de cobre comum (até 50ºC). 
 Aplicação: Utilizado em industrias no qual o processo exige altas temperaturas. 
 Identificação da polaridade: Platina 70%-Ródio 30% (+) é mais duro que o Platina 94%-Ródio 
 
 
52 
4.9.11 Correção da Junta de Referência 
As tabelas existentes da f.e.m. gerada em função da temperatura para os termopares, têm fixado a junta de 
referência a 0 °C (ponto de solidificação da água), porém nas aplicações práticas dos termopares junta de 
referência é considerada nos terminais do instrumento receptor e esta se encontra a temperatura ambiente 
que é normalmente diferente de 0 °C e variável com o tempo, tornando assim necessário que se faça uma 
correção da junta de referência, podendo esta ser automática ou manual,os instrumentos utilizados para 
medição de temperatura com termopares costumam fazer a correção da junta de referência 
automaticamente, sendo um dos métodos utilizados, a medição da temperatura nos terminais do 
instrumento, através de circuito eletrônico, sendo que este circuito adiciona a milivoltagem que chega aos 
terminais, uma milivoltagem correspondente a diferença de temperatura de 0 °C à temperatura ambiente. 
Existem também alguns instrumentos em que a compensação da temperatura é fixa em 20 °C ou 25 °C. 
Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor fixo, o instrumento indicará a temperatura 
com um erro que será tanto maior quanto maior for a diferença de temperatura ambiente e do valor fixo. 
 
É importante não esquecer que o termopar mede realmente a diferença entre as temperaturas das junções. 
Então para medirmos a temperatura do ponto desejado precisamos manter a temperatura da junção de 
referência invariável. 
 
FEM = JM - JR 
FEM = 2,25 - 1,22 
FEM = 1,03 mV ⇒ 20 °C 
Esta temperatura obtida pelo cálculo está errada pois o valor da temperatura correta que o meu 
termômetro tem que medir é de 50 °C. 
FEM = JM - JR 
 
 
53 
FEM = 2,25 - 1,22 
FEM = 1,03 mV + a mV correspondente a temperatura ambiente para fazer a compensação automática, 
portanto: 
FEM= mV JM – mV JR + mV CA (Compensação automática) 
FEM = 2,25 - 1,22 + 1,22 
FEM = 2,25 mV ⇒ 50 °C 
A leitura agora está correta, pois 2,25 mV corresponde a 50 °C que é a temperatura do processo,hoje em 
dia a maioria dos instrumentos fazem a compensação da junta de referência automaticamente. A 
compensação da junta de referência pode ser feita manualmente. Pega-se o valor da mV na tabela 
correspondente a temperatura ambiente e acrescenta-se ao valor de mV lido por um mili voltímetro. 
4.9.12 Fios de Compensação e Extensão 
Na maioria das aplicações industriais de medição de temperatura, através de termopares, o elemento 
sensor não se encontra junto ao instrumento receptor.Nestas condições torna-se necessário que o 
instrumento seja ligado ao termopar, através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em 
função da temperatura similar aquela do termopar, afim de que no instrumento possa ser efetuada a 
correção na junta de referência. 
 Convenciona-se chamar de fios aqueles condutores constituídos por um eixo sólido e de cabos 
aqueles formados por um feixe de condutores de bitola menor, formando um condutor flexível. 
 Chama -se de fios ou cabos de extensão aqueles fabricados com as mesmas ligas dos termopares a 
que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX, EX e KX. 
 3- Chama-se de fios ou cabos de compensação aqueles fabricados com ligas diferentes das dos 
termopares a que se destinam, porém que forneçam, na faixa de utilização recomendada, uma curva da 
força eletromotriz em função da temperatura equivalente à desses termopares. Exemplo : Tipo SX e 
BX. 
 Os fios e cabos de extensão e compensação são recomendados na maioria dos casos para 
utilização desde a temperatura ambiente até um limite máximo de 200 °C. 
4.9.13 Erros De Ligação 
Usando fios de cobre: Geralmente na aplicação industrial, é necessário que o termopar e o instrumento 
encontrem-se relativamente afastados, por não convir que o aparelho esteja demasiadamente próximo ao 
local onde se mede a temperatura .Nestas circunstâncias deve-se, processar a ligação entre os terminais do 
cabeçote e o aparelho, através de fios de extensão ou compensação,tal procedimento é executado sem 
 
 
54 
problemas desde que, o cabeçote onde estão os terminais do termopar e o registrador, estejam a mesma 
temperatura de medição,vejamos o que acontece quando esta norma não é obedecida. 
 
 
Uma solução simples é que normalmente é usada na prática, será a inserção de fios de compensação entre 
o cabeçote e o registrador . Estes fios de compensação em síntese, nada mais são que outros termopares 
cuja função é compensar a queda da FEM que aconteceu no caso estudado, ocasionada pela diferença de 
temperatura entre o cabeçote e o registrador.Vejamos o que acontece se, no exemplo anterior, ao invés de 
cobre usamos um fio compensado. A figura mostra de que maneira se processa a instalação. 
 
Como no caso acima, a FEM efetiva no cabeçote é de 20,74 mv,dela , até o registrador, são utilizados fios 
de extensão compensados, os quais adicionam a FEM uma parcela igual a 0,57 mV, fazendo assim com 
que chegue ao registrador uma FEM efetiva de 22,26 mV,este valor corresponderá à temperatura real 
dentro do forno 538 °C. A vantagem desta técnica provém do fato de que os fios de compensação, além 
de terem custo menor que os fios do termopar propriamente dito, também são mais resistentes. 
Inversão simples 
 
 
55 
Conforme o esquema a seguir, os fios de compensação foram invertidos,assume-se que o forno esteja a 
538 °C, o cabeçote a 38 °C e o registrador a 24 °C. Devido à diferença de temperatura entre o cabeçote e 
o registrador, será gerada uma FEM de 0,57 mV. Porém em virtude da simples inversão, o fio positivo 
está ligado no borne negativo do registrador e vice- versa. Isto fará com que a FEM produzida ao longo 
do circuito se oponha àquela do circuito de compensação automática do registrador. Isto fará com que o 
registrador indique uma temperatura negativa. 
 
Inversão dupla 
No caso a seguir, consideramos o caso da existência de uma dupla inversão, isto acontece com freqüênciapois, quando uma simples inversão é constatada, é comum pensar-se que uma nova troca de ligação dos 
terminais compensará o erro. Porém isto não acontece, e a única maneira de solucionar o problema será 
efetuar uma ligação correta. 
 
 
 
 
56 
4.9.14 Termopar de Isolação Mineral 
O termopar de isolação mineral é constituído de um ou dois pares termoelétricos, envolvidos por um pó 
isolante de óxido de magnésio, altamente compactado em uma bainha externa metálica. Devido a esta 
construção, os condutores do par termoelétrico ficam totalmente protegidos contra a atmosfera exterior, 
conseqüentemente a durabilidade do termopar depende da resistência a corrosão da sua bainha e não da 
resistência a corrosão dos condutores. Em função desta característica, a escolha do material da bainha é 
fator importante na especificação destes. 
 
 
 
Vantagens dos termopares de isolação mineral: 
 Estabilidade Na Força Eletromotriz: A estabilidade da FEM do termopar é caracterizada em 
função dos condutores estarem completamente protegidos contra a ação de gases e outras condições 
ambientais, que normalmente causam oxidação e conseqüentemente perda da FEM gerada. 
 Resistência Mecânica: O pó muito bem compactado, contido dentro da bainha metálica, mantém 
os condutores uniformemente posicionados, permitindo que o cabo seja dobrado achatado, torcido ou 
estirado, suporte pressões externas e choque térmico , sem qualquer perda das propriedades 
termoelétricas. 
 Dimensão Reduzida: O processo de fabricação permite a produção de termopares de isolação 
mineral, com bainhas de diâmetro externo até 1,0 mm, permitindo a medida de temperatura em locais 
que não eram anteriormente possíveis com termopares convencionais. 
 Impermeabilidade A Água , Óleo E Gás: A bainha metálica assegura a impermeabilidade do 
termopar a água, óleo e gás. 
 Facilidade de Instalação: A maleabilidade do cabo, a sua pequena dimensão, longo 
comprimento grande resistência mecânica, asseguram facilidade de instalação, mesmo nas situações 
mais difíceis. 
 Adaptabilidade: A construção do termopar de isolação mineral permite que o mesmo seja tratado 
como se fosse um condutor sólido. Em sua capa metálica podem ser montados acessórios, por 
 
 
57 
soldagem ou brasagem e quando necessário, sua seção pode ser reduzida ou alterada em sua 
configuração. 
 Resposta Mais Rápida: A pequena massa e a alta condutividade térmica do pó de óxido de 
magnésio, proporcionam ao termopar de isolação mineral um tempo de resposta que é virtualmente 
igual ao de um termopar descoberto de dimensão equivalente. 
 Resistência a Corrosão: As bainhas podem ser selecionadas adequadamente para resistir ao 
ambiente corrosivo. 
 Resistência de Isolação Elevada: O termopar de isolação mineral tem uma resistência de 
isolação elevada, numa vasta gama de temperaturas, a qual pode ser mantida sob condições mais 
úmidas. 
 Blindagem Eletrostática: A bainha do termopar de isolação mineral, devidamente aterrada, 
oferece uma perfeita blindagem eletrostática ao par termoelétrico. 
4.9.15 Associação de Termopares 
Podemos ligar os termopares em série simples para obter a soma das mV individuais. É a chamada 
termopilha. Este tipo de ligação é muito utilizado em pirômetros de radiação total, ou seja, para soma de 
pequenas mV. 
 
O instrumento de medição pode ou não compensar a mV da junta de referência. Se compensar deverá 
compensar uma mV correspondente ao no. de termopares aplicados na associação. 
Exemplo.: 3 termopares  mVJR = 1 mV  compensa 3 mV 
Associação série – oposta 
Para medir a diferença de temperatura entre 2 pontos ligamos os termopares em série opostos.o que mede 
maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento,os termopares sempre são do mesmo tipo. 
 
 
58 
Exemplo:Os termopares estão medindo 56 °C e 50 °C respectivamente, e a diferença será medida pelo 
milivoltímetro. 
 
FEM T = FEM2 – FEM1 56 °C = 2,27 mV 
FEM T = 2,27 - 2,022 50 °C = 2,022 mV 
FEM T = 0,248 mV = 6 °C 
Não é necessário compensar a temperatura ambiente desde que as juntas de referência estejam à mesma 
temperatura. 
Ligando 2 ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento, teremos a média das mV geradas 
nos diversos termopares se as resistências internas foram iguais. 
4.10 TERMORESISTÊNCIAS 
O princípio de funcionamento das termoresistências se baseia na mudança da resistência elétrica de um 
condutor quando este recebe calor.Os metais mais comumente usados para fabricação de 
termoresistências são: 
 Platina 
 Cobre 
 Níquel 
As termoresistências apresentam excelente precisão mas são elementos mais sensíveis que os termopares. 
As faixas de utilização também. Podem ser utilizadas de -200 a 800 graus Celsius,atualmente, o sensor 
mais utilizado na indústria é o Pt100. 
Pt = Platina100 = 100 Ohms a 0 graus Celsius 
 
 
59 
 
 
 Os métodos de utilização de resistências para medição de temperatura iniciaram-se ao redor de 1835, 
com Faraday, porém só houve condições de se elaborar as mesmas para utilização em processos 
industriais a partir de 1925.esses sensores adquiriram espaço nos processos industriais por suas condições 
de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação, baixo índice de desvio pelo 
envelhecimento e tempo de uso.devido a estas características, esse sensor é padrão internacional para a 
medição de temperatura na faixa de -270 °C a 660 °C. em seu modelo de laboratório. 
4.10.1 Princípio de Funcionamento 
Os bulbos de resistência são sensores que se baseiam no princípio de variação da resistência em função da 
temperatura. Os materiais mais utilizados para a fabricação destes tipos de sensores são a platina, cobre 
ou níquel, que são metais que apresentam características de: 
 
 
60 
 Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do sensor. 
 Ter alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura. 
 Ter rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos. 
A equação que rege o fenômeno é a seguinte: 
Para faixa de -200 a 0 oC: 
( )[ ]100....1. 32 −+++= TTCTBTARoRt 
Para faixa de 0 a 850 oC: 
[ ]2..1. TBTARoRt ++= 
 
onde: 
=Rt resistência na temperatura ( )ΩT 
=Ro resistência a ( )Ω°C0 
=T temperatura ( )C° 
A , B , C = coeficientes inerentes do material empregado 
A = 3,90802 . 10-3 
B = -5,802 . 10-7 
C = -4,2735 . 10-12 
O número que expressa a variação de resistência em função da temperatura é chamado de alfa ( )α e se 
relaciona da seguinte forma: 
 
Um valor típico de alfa para R100 = 138,50 Ω é de 3,850.10-3 Ω . Ω -1 . oC-1 segundo a DIN-IEC 
751/85. 
4.10.2 Construção Física do Sensor 
O bulbo de resistência se compõe de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni, com diversos 
revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização.As termoresistências de Ni e Cu têm sua isolação 
normalmente em esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro. Não existe necessidade de proteções mais 
resistentes a temperatura, pois acima de 300 °C o níquel perde suas propriedades características de 
 
 
61 
funcionamento como termoresistência e o cobre sofre problemas de oxidação em temperaturas acima de 
310 °C.Os sensores de platina, devido a suas características, permitem um funcionamento até 
temperaturas mais elevadas, têm seu encapsulamento normalmente em cerâmica ou vidro. A este sensor 
são dispensados maiores cuidados de fabricação pois, apesar da Pt não restringir o limite de temperatura 
de utilização, quando a mesma é utilizada em temperaturas elevadas, existe o risco de contaminação dos 
fios.Para utilização como termômetro padrão, os sensores de platina são completamente desapoiados docorpo de proteção. A separação é feita por isoladores, espaçadores de mica, conforme desenho abaixo. 
Esta montagem não tem problemas relativos a dilatação, porém é extremamente frágil. 
Os medidores parcialmente apoiados têm seus fios introduzidos numa peça de alumina de alta pureza com 
fixador vítreo. É um meio termo entre resistência a vibração e dilatação térmica.A versão completamente 
apoiada pode suportar vibrações muito mais fortes, porém sua faixa de utilização fica limitada a 
temperaturas mais baixas, devido à dilatação dos componentes. 
 
 
4.10.3 Características da Termoresistência de Platina 
As termoresistência Pt - 100 são as mais utilizadas industrialmente, devido a sua grande estabilidade, 
larga faixa de utilização e alta precisão. Devido à alta estabilidade das termoresistência de platina, as 
mesmas são utilizadas como padrão de temperatura na faixa de -270 °C a 660 °C. A estabilidade é um 
fator de grande importância na indústria, pois é a capacidade do sensor manter e reproduzir suas 
características (resistência - temperatura) dentro da faixa especificada de operação. 
Outro fator importante num sensor Pt 100 é a repetibilidade, que é a característica de confiabilidade da 
termoresistência. Repetibilidade deve ser medida com leitura de temperaturas consecutivas, verificando-
se a variação encontrada quando de medição novamente na mesma temperatura. O tempo de resposta é 
importante em aplicações onde a temperatura do meio em que se realiza a medição está sujeito a 
mudanças bruscas.Considera-se constante de tempo como tempo necessário para o sensor reagir a uma 
mudança de temperatura e atingir 63,2 % da variação da temperatura. 
 
 
62 
 
Na montagem tipo isolação mineral, tem-se o sensor montado em um tubo metálico com uma 
extremidade fechada e preenchido todos os espaços com óxido de magnésio, permitindo uma boa troca 
térmica e protegendo o sensor de choques mecânicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata 
ou níqueis isolados entre si, sendo a extremidade aberta ,selada com resina epóxi, vedando o sensor do 
ambiente em que vai atuar.Este tipo de montagem permite a redução do diâmetro e apresenta rápida 
velocidade de resposta. 
4.10.4 Vantagens / Desvantagens: 
Vantagens: 
 Possui maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores. 
 Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação. 
 Dispensa utilização de fiação especial para ligação. 
 Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente. 
 Têm boas características de reprodutibilidade. 
 Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. 
Desvantagens: 
 São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. 
 Deterioram-se com mais facilidades, caso haja excesso na sua temperatura máxima de utilização. 
 Temperatura máxima de utilização 630 °C. 
 É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para indicar 
corretamente. 
 Alto tempo de resposta. 
4.10.5 Princípio de Medição 
As termoresistências são normalmente ligadas a um circuito de medição tipo Ponte de Wheatstone, sendo 
que o circuito encontra-se balanceado quando é respeitada a relação R4.R2 = R3.R1 e desta forma não 
circula corrente pelo detector de nulo, pois se esta relação é verdadeira, os potenciais nos pontos A e B 
são idênticos. Para utilização deste circuito como instrumento de medida de Termoresistência, teremos as 
seguintes configurações: 
 
 
63 
 
Como se vê na figura abaixo, dois condutores de resistência relativamente baixa RL1 e RL2 são usados 
para ligar o sensor Pt-100 (R4) à ponte do instrumento de medição.Nesta disposição, a resistência R4 
compreende a resistência da Pt-100 mais a resistência dos condutores RL1 e RL2. Isto significa que os 
fios RL1 e RL2 a menos que sejam de muito baixa resistência, podem aumentar apreciavelmente a 
resistência do sensor. 
 
 
Ligação a 2 fios 
 
Tal disposição, resultará em erro na leitura da temperatura, a menos que algum tipo de compensação ou 
ajuste dos fios do sensor de modo a equilibrar esta diferença de resistência. Deve-se notar que, embora a 
resistência dos fios não se altere em função do tamanho dos fios uma vez já instalado, os mesmos estão 
sujeitos às variações da temperatura ambiente, o que introduz uma outra possível fonte de erro na 
medição,o método de ligação a dois fios, somente deve ser usado quando o sensor estiver á uma distância 
de aproximadamente 3 metros.Concluindo, neste tipo de medição a 2 fios, sempre que a temperatura 
ambiente ao longo dos fios de ligação variar, a leitura de temperatura do medidor introduzirá um erro, 
devido à variação da resistência de linha . 
 O método de ligação a 3 fios é o método mais utilizado para termoresistência na indústria,vale dizer que 
será também o modelo adotado em nossa planta de energia no projeto HDF,neste circuito a configuração 
 
 
64 
elétrica é um pouco diferente, fazendo com que a alimentação fique o mais próximo possível do sensor, 
permitindo que a RL1 passe para o outro braço da ponte, balanceando o circuito. Na ligação a 2 fios, as 
resistências de linha estavam em série com o sensor, agora na ligação a 3 fios elas estão separadas. 
 
Ligação a 3 fios 
Nesta situação, tem-se a tensão EAB, variando linearmente em função da temperatura da PT-100 e 
independente da variação da temperatura ambiente ao longo dos fios de ligação . Este tipo de ligação, 
garante relativa precisão mesmo com grandes distâncias entre elemento sensor e circuito de medição 
4.11 MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR RADIAÇÃO 
Ao se medirem temperaturas em que o contato físico com o meio é impossível ou impraticável, faz-se uso 
da pirometria óptica ou de radiação térmica.Um corpo aquecido emite energia mesmo que esteja no 
vácuo. Esta energia, a radiação térmica, é transportada por ondas eletromagnéticas, como a energia 
luminosa, mas com predominância de freqüências bem menores que as do espectro visível, enquanto o 
corpo está à temperatura não muito elevado.À medida que se aquece um corpo, a partir de temperaturas 
da ordem de 500 °C, o corpo começa a ficar visível porque começa a emitir radiações que tem uma fração 
apreciável com freqüência de luz : o espectro visível.Ainda assim a maior parte da intensidade da 
radiação tem freqüência localizada na região do infravermelho.Se pudéssemos aquecer indefinidamente o 
corpo, ele passaria do rubro para o branco e para o azul, Isto indica que a predominância da intensidade 
de radiação emitida dentro do espectro visível corresponde a freqüências crescentes à medida que a 
temperatura do corpo é elevada. 
4.11.1 Radiação Eletromagnética - Hipótese de Maxwell 
Os trabalhos científicos de Coulomb, Ampère, Faraday e outros estabeleceram os princípios da 
Eletricidade. Na década de 1860, o físico escocês Maxwell desenvolveu uma teoria matemática, na qual 
generalizou estes princípios.Considerando que na indução eletromagnética um campo magnético variável 
 
 
65 
induz uma força eletromotriz, o que é característico de um campo elétrico, Maxwell apresentou as 
seguintes hipóteses: 
 Um campo magnético variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo elétrico e 
inversamente, 
 Um campo elétrico variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo magnético. 
Com essas hipóteses, Maxwell generalizou, matematicamente, os princípios da Eletricidade. A 
verificação experimental de sua teoria só foi possível quando se considerou um novo tipo de onda, as 
chamadas ondas eletromagnéticas. Essas ondas surgem como conseqüência de dois efeitos: um campo 
magnético variável produz um campo elétrico, e um campo elétrico variável produz um campo 
magnético. Esses dois camposem constantes e recíprocas induções propagam-se pelo espaço. 
As ondas ocorrem quando uma perturbação originada em uma região pode ser reproduzida nas regiões 
adjacentes em um instante posterior.De acordo com Maxwell, se em um ponto P produzirmos um campo 
elétrico variável E, ele induzirá um campo magnético B variável com o tempo e com a distância ao ponto 
P. Além disso, o vetor B variável induzirá um vetor E, que também varia com o tempo e com a distância 
do campo magnético variável. Esta indução recíproca de campos magnéticos e elétricos, variáveis com o 
tempo e com a distância, torna possível a propagação desta seqüência de induções através do espaço. 
 
 
Portanto, uma perturbação elétrica no ponto P, devido à oscilação de cargas elétricas por exemplo, se 
propaga a pontos distantes através da mútua formação de campos elétricos e magnéticos variáveis. 
Maxwell estabeleceu equações para a propagação desta perturbação, mostrando que ela apresentava todas 
as características de uma onda: refletindo, refratando, difratando e interferindo. Por isto, denominou-a 
ondas ou radiações eletromagnéticas. 
4.11.2 Espectro eletromagnético 
Hoje, sabemos que existe uma variação ampla e contínua nos comprimentos de onda e freqüência das 
ondas eletromagnéticas.No quadro abaixo, temos um resumo dos diversos tipos de ondas 
 
 
66 
eletromagnéticas chamadas espectro eletromagnético; as freqüências estão em hertz e os comprimentos de 
onda, em metros. 
 
 
 
Analisando esse quadro, observamos que luz, ondas de rádio e raios X são nomes dados a certas faixas de 
freqüência e comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Cada nome caracteriza uma faixa, na 
qual as ondas são emitidas e recebidas de um modo determinado. Por exemplo, a luz, de comprimentos de 
onda em torno de 10-6 m, pode ser percebida através de seu efeito sobre a retina, provocando a sensação 
de visão; mas, para detectar ondas de rádio, cujo comprimento de onda varia em torno de 105 m a 10-1 m, 
precisamos de equipamentos eletrônicos. 
4.11.3 Teoria da Medição de Radiação 
Em 1860, Gustav Kirchoff demonstrou a lei que estabelecia a igualdade entre a capacidade de um corpo 
em absorver e emitir energia radiante. Essa lei é fundamental na teoria da transferência de calor por 
radiação. Kirchoff também propôs o termo "corpo negro" para designar um objeto que absorve toda a 
energia radiante que sobre ele incide. Tal objeto, em conseqüência, seria um excelente emissor. 
 
Em 1879, Joel Stefan enunciou, a partir de resultados experimentais, a lei que relaciona a radiância de um 
corpo com a sua temperatura. A radiância, W, é a potência da radiação térmica emitida, por unidade de 
 
 
67 
área da superfície do corpo emissor. Ludwig Boltzmann chegou, em 1884, às mesmas conclusões através 
da termodinâmica clássica , o que resultou na chamada Lei de Stefan-Boltzmann: 
4.. TW δε= 
onde: 
=W energia radiante (Watts/m2) 
δ = Constante de Stefan-Boltzmann 




 −
2
4
8 ..10.7,5
m
KW 
T = Temperatura absoluta 
ε = Emissividade 
Para o corpo negro a máxima emissividade é igual a um. Portanto: 
 4.TW δ= 
Embora o corpo negro seja uma idealização, existem certos corpos como laca preta, placas ásperas de 
aço, placas de asbesto, com poder de absorção e de emissão de radiação térmica tão altos que podem ser 
considerados idênticos ao corpo negro. 
O corpo negro é considerado, portanto, um padrão com o qual são comparadas as emissões dos corpos 
reais.Quando, sobre um corpo qualquer ocorrer à incidência de irradiação, teremos uma divisão dessa 
energia em três parcelas: 
 
WTWRWAW ++= 
W = energia Incidente 
WA = energia absorvida 
WR = energia refletida 
WT = energia transmitida 
 
 
68 
Sendo: 
- Absorvidade : 
W
WA
=α 
- Refletividade : 
W
WR
=δ 
- Transmissividade : 
W
WT
=τ 
Somando-se os três coeficientes para um mesmo comprimento de onda temos: 
1=++ τδα 
para materiais opacos, 0=τ 
Normalmente a absorvidade é denominada "emissividade" que simbolizaremos por ε , e é influenciada 
por vários fatores. Os principais são: 
 Acabamento superficial: as superfícies polidas têm uma baixa absorvidade porque a refletividade é 
alta. 
 Natureza do material. 
 Temperatura da superfície: quando esta aumenta a emissividade também aumenta. 
De acordo com Lei de Kirchoff existe uma igualdade entre a capacidade de um corpo em absorver a 
energia incidente e sua capacidade de remiti-la. Chama-se a esta última de “emissividade”, a qual pode 
ser assim definida: “A emissividade é a relação entre a energia irradiada, em um dado comprimento de 
onda, por um corpo qualquer e um corpo negro à mesma temperatura”. 
Wb
W
=ε 
onde: 
 =ε emissividade 
 =W corpo qualquer sobre medição 
=Wb corpo negro 
Assim definida , a emissividade assume sempre valores entre 0 e 1, sendo numericamente iguais à fração 
de radiação absorvida pelo corpo . Considerando a radiação térmica emitida pelo corpo negro , como 
composta de ondas eletromagnéticas e obtido experimentalmente o seu espectro em função da 
temperatura, estava constituído o desafio aos físicos teóricos : explicar este espectro a partir de sua causa 
microscópica. Uma onda eletromagnética de rádio ou televisão é emitida por uma antena que 
 
 
69 
essencialmente se constitui de cargas oscilantes , isto é , um oscilador eletromagnético. No caso da 
radiação emitida por um corpo “as antenas” eram consideradas os osciladores microscópios provenientes 
da oscilação de cargas moleculares devido à vibração térmica no interior do corpo. Num sólido, a uma 
determinada temperatura , as diversas moléculas oscilariam nas diversas freqüências , emitindo a radiação 
com o espectro estudado.Em 1901, o físico alemão Max Planck publicou os resultados do seu estudo da 
radiação térmica, onde satisfazia todos os requisitos conceituais experimentais da radiação do corpo 
negro. Na planta de energia quanto na planta atual de processo úmido a inspeção utiliza este 
equipamento,desta forma,resolvemos comentar mais profundamente o assunto,assim os inspetores tanto 
quanto qualquer outro usuário do pirômetro compreendera melhor o ajuste de emissividade ajustado no 
medidor. 
4.11.4 Pirômetros Ópticos 
O pirômetro óptico é o dispositivo oficial reconhecido internacionalmente para medir temperaturas acima 
de 1064,43 °C. É usado para estabelecer a Escala Internacional Prática de Temperatura acima de 1064,43 
°C.O pirômetro óptico mede a intensidade de energia radiante emitida numa faixa estreita do 
comprimento de onda do espectro visível . A intensidade da luz no espectro visível emitida por um objeto 
quente varia rapidamente com sua temperatura. Assim, com uma pequena variação da temperatura há 
uma variação muito maior na luminosidade , o que fornece um meio natural para a determinação de 
temperaturas com boa precisão.O pirômetro óptico é um instrumento com o qual a luminosidade 
desconhecida de um objeto é medida comparando-a com a luminosidade conhecida de uma fonte padrão. 
Os pirômetros utilizam dois métodos para comparação: 
- Variando a intensidade da luz emitida por uma lâmpada padrão (corrente que passa através do 
filamento) até atingir o mesmo brilho da fonte.Variando a luminosidade aparente do corpo quente através 
de dispositivos ópticos enquanto uma corrente constante atravessa o filamento da lâmpada padrão que 
permanece com brilho constante. A comparação do brilho entre a fonte a ser medida e o filamento da 
lâmpada é feito por um observador, o que faz com que essa medida dependa, portanto, da sensibilidade do 
olho humano às diferenças no brilho entre duas fontes da mesma cor .70 
 
 
 Ao considerar-se uma aplicação deve-se levar em consta os seguintes dados: 
 Os limites normais de utilização estão entre 750 °C e 2850 °C. Com filtros de absorção especiais, 
pode-se estender sua calibração até 5500 °C. 
 As medidas efetuadas com pirômetros ópticos são independentes da distância entre a fonte e o 
aparelho, além de que são providos de um conjunto de lentes que aproxima o objetivo a ser medido. 
 Em uso industrial, consegue-se uma precisão de até ± 2%. 
 Devido à medida de temperatura ser baseada na emissividade da luz (brilho), erros significativos 
podem ser criados, devido à reflexão de luz ambiente pela fonte a ser medida. 
 Quando o meio onde se executa a medida possui partículas em suspensão, causando assim uma 
diminuição da intensidade da luz proveniente da fonte, diminuindo a precisão da medição. 
4.11.5 Radiômetro ou Pirômetros de Radiação 
Os radiômetros (ou pirômetros de radiação) operam essencialmente segundo a lei de Stefan-Boltzmann. 
São os sistemas mais simples, neles a radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida a um 
detector do tipo termopilha (associação em série - ver figura abaixo) ou do tipo semicondutor nos mais 
modernos, onde gera um sinal elétrico no caso da termopilha ou altera o sinal elétrico no caso do 
semicondutor.Como não possuem mecanismo de varredura próprio, o deslocamento do campo de visão 
instantâneo é realizado pela movimentação do instrumento como um todo. Os radiômetros são em geral 
portáteis, mas podem ser empregados também no controle de processos a partir de montagens mecânicas 
fixas ou móveis. Graças à utilização de microprocessadores, o resultado das medições pode ser 
memorizado para o cálculo de temperaturas e seleção de valores. A apresentação dos resultados é 
normalmente feita através de mostradores analógicos e digitais, podendo ainda ser impressa em papel ou 
gravada em fita magnética para posterior análise. Alguns radiômetros são diretamente conectados com 
unidades de controle ou registradores através de interface analógica/digital. 
 
 
71 
 
 
Os radiômetros são usados industrialmente onde: 
 As temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares. 
 A atmosfera do processo for prejudicial aos pares termoelétricos, causando medidas falsas e 
pequena durabilidade ao par . 
 No interior de fornalhas a vácuo ou pressão, onde os sensores de temperatura danificam o produto. 
 O objeto cuja temperatura se vai medir está em movimento. 
 Em locais onde os termopares não podem ser instalados, por causa de vibrações, choques 
mecânicos ou impossibilidade de montagem. 
 Ao considerar-se uma aplicação deve-se levar em conta os seguintes dados: 
 A temperatura do alvo e a temperatura normal de operação. 
 O sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do sistema 
óptico esteja preenchido totalmente pelo mesmo. 
 O material da fonte e sua emitância. 
 Ângulos de visada com aplicações em corpo não negro (deve-se restringir o ângulo para uma 
visada de 45°, ou menos, da perpendicular). 
 As condições do ambiente, temperatura e poeira. 
 Velocidade do alvo. 
Os radiômetros operam numa faixa entre -30 °C a 4000 °C, respondendo em 0,1 ou 0,2 segundo a 98% da 
mudança de temperatura com precisão de ± 1% da faixa medida. 
 
 
 
72 
5 NÍVEL 
5.1 INTRODUÇÃO 
Nível é a altura do conteúdo de um reservatório que pode ser sólido ou líquido. Trata-se de uma das 
principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos, pois através de sua medição torna-se 
possível: 
 Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamento. 
 Balanço de materiais de processos contínuos onde existam volumes líquidos ou sólidos de 
acumulação temporária, reações, mistura, etc. 
 Segurança e controle de alguns processos onde o nível do produto não pode ultrapassar 
determinados limites. 
5.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE LÍQUIDO 
Os três tipos básicos de medição de nível são: 
a) direto 
b) indireto 
c) descontínuo 
5.2.1 Medição Direta 
 
É a medição que tomamos como referência a posição do plano superior da substância medida. Neste tipo 
de medição podemos utilizar réguas ou gabaritos, visores de nível, bóia ou flutuador. 
Régua ou Gabarito 
Consiste em uma régua graduada a qual tem um comprimento conveniente para ser introduzida dentro do 
reservatório a ser medido. 
 
 
 
 
 
 
73 
 
A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento molhado na régua pelo 
líquido. 
Visores de Nível 
Este medidor usa o princípio dos vasos comunicantes, o nível é observado por um visor de vidro especial, 
podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor. 
 
 
Esta medição é feita em tanques abertos e tanques fechados. 
Bóia ou Flutuador 
Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está 
fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente 
encontrada em tanques abertos. 
 
 
 
 
 
74 
 
5.3 MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA 
 
Neste tipo de medição o nível é medido indiretamente em função de grandezas físicas como : pressão, 
empuxo , radiação e propriedades elétricas. 
 
5.3.1 Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial) 
Neste tipo de medição usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos 
indiretamente o nível, como mostra abaixo o Teorema de Stevin: 
P = h . δ 
Onde: 
 P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O 
 h = nível em mm ou em polegadas 
 δ = densidade relativa do líquido na temperatura ambiente. 
 
 
Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque seja ele aberto ou 
pressurizado. 
 
5.3.2 Medição por Pressão Diferencial em Tanques Pressurizados. 
Neste tipo de medição, a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta 
pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a 
superfície do líquido e a pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de 
baixa pressão do transmissor de nível, é conectada na tubulação de impulso da parte de cima do tanque 
onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do liquido. 
δ 
 
 
75 
 
 
Supressão de Zero 
Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor é instalado 
abaixo do tanque. Outras vezes a falta de plataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na 
instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta pressão. 
Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada de impulso, 
se o problema não for contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Elevação de Zero 
 
 
76 
Quando o fluído do processo possuir alta viscosidade, ou quando o fluído se condensa nas tubulações de 
impulso, ou ainda no caso do fluído ser corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulações 
de impulso, das câmaras de baixa e alta pressão do transmissor de nível. Selam-se então ambas as 
tubulações de impulso, bem como as câmaras do instrumento. 
Na figura abaixo, apresenta-se um sistema de medição de nível com selagem, no qual deve ser feita a 
elevação, que consiste em anular-se a pressão da coluna líquida na tubulação de impulso da câmara de 
baixa pressão do transmissor de nível. 
 
 
5.3.3 Medição de Nível com Borbulhador 
Com o sistema de borbulhador podemos detectar o nível de líquidos viscosos,corrosivos, bem como de 
quaisquer líquidos à distância. 
Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gás e uma pressão ligeiramente superior à máxima 
pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor normalmente é ajustado para aproximadamente 20% 
a mais que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma 
válvula agulha, um recipiente com líquido na qual o ar ou gás passará pelo mesmo e um indicador de 
pressão. Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas 
quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso a qual queremos medir seu nível, 
teremos então um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido o qual queremos medir o nível .Na 
tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que indicará um valor 
 
 
77 
equivalente a pressão devido ao peso da coluna líquida . Nota-se que teremos condições de instalar o 
medidor à distância. 
5.3.4 Medição de Nível por Empuxo 
Baseia-se no princípio de Arquimedes: “Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma 
força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do fluído deslocado.” 
A esta força exercida pelo fluído do corpo nele submerso ou flutuante chamamos de empuxo. 
 
E = V . δ 
 
onde: 
 E = empuxo 
 V = volume deslocado 
 δ = densidade ou peso específico do líquido 
 
Baseado no princípio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer) que sofre o empuxo do nível de 
um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. 
O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível estamos medindo, pois 
o empuxo varia com a densidade. 
 
 
 
Através dessa técnica podemos medir nível de interface entre dois líquidos não miscíveis. 
Na indústria muitas vezes temos que medir o nível da interface em um tanque contendo 2 líquidos 
diferentes. Este fato ocorre em torres de destilação, torres de lavagem, decantadores etc. 
 
 
78 
Um dos métodos mais utilizados para a medição da interface é através da variação do empuxo conforme 
citaremos a seguir. 
Consideremos um flutuador de forma cilíndrica mergulhada em 2 líquidos com pesos específicos 
diferentes δ1 e δ2. 
Desta forma, podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuador, será a soma dos empuxos E1 e E2 
aplicados no cilindro, pelos líquidos de pesos específicos δ1 e δ2, respectivamente. O empuxo será dado 
pôr: 
 Et = E1 + E2 
onde: 
 
 E1 = V1 . δ1 e E2 = V2 . δ2 
 
Assim para diferentes valores de altura de interface, teremos diferentes variações de empuxo. 
 
 
5.3.5 Medição de Nível por Radiação 
Os medidores que utilizam radiações nucleares se distinguem pelo fato de serem completamente isentos 
do contato com os produtos que estão sendo medidos. Além disso, dispensando sondas ou outras técnicas 
que mantém contato com sólidos ou líquidos tornando-se possível, em qualquer momento, realizar a 
manutenção desses medidores, sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo. 
Dessa forma os medidores que utilizam radiações podem ser usados para indicação e controle de 
materiais de manuseio extremamente difícil e corrosivo, abrasivo, muito quente, sob pressões elevadas ou 
de alta viscosidade. 
O sistema de medição por raios gamas consiste em uma emissão de raios gama montado verticalmente na 
lateral do tanque do outro lado do tanque terá um câmara de ionização que transforma a radiação Gama 
recebida em um sinal elétrico de corrente contínua. Como a transmissão dos raios é inversamente 
 
 
79 
proporcional a altura do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor é inversamente proporcional 
ao nível do líquido do tanque, já que o material bloquearia parte da energia emitida. 
 
 
 
 
5.3.6 Medição de Nível por Capacitância 
A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre 2 superfícies condutoras isoladas entre si. 
O medidor de nível capacitivo mede as capacidades do capacitor formado pelo eletrodo submergido no 
líquido em relação às paredes do tanque. A capacidade do conjunto depende do nível do líquido. 
O elemento sensor, geralmente é uma haste ou cabo flexível de metal. Em líquidos não condutores se 
empregam uns eletrodos normais, em fluídos condutores o eletrodo é isolado normalmente com teflon. À 
medida que o nível do tanque for aumentando o valor da capacitância aumenta progressivamente à 
medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir. 
 
 
 
A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa corrente elétrica sendo este sinal indicado 
em um medidor. 
 
 
80 
A medição de nível por capacitância também pode ser feita sem contato , através de sondas de 
proximidade . A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor . A outra placa é a 
própria superfície do produto ou a base do tanque. 
. 
5.3.7 Medição de Nível por Ultra Som 
O ultra-som é uma onda sonora, cuja freqüência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido 
humano, isto é, acima de 20 Khz. 
A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico, esta excitação é 
transferida de molécula a molécula do meio, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia 
das moléculas. A propagação do ultra-som depende portanto, do meio (sólido, líquido ou gasoso). 
Assim sendo, a velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos 
dispositivos ultra-sônicos. 
As ondas de ultra-som são geradas e captadas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos. 
A característica marcante dos materiais piezoelétricos é produção de uma freqüência quando aplicamos 
uma tensão elétrica. Assim sendo, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, 
portanto, os transmissores. 
Inversamente, quando se aplica uma força em uma material piezoelétrico, ou seja quando ele recebe um 
sinal de freqüência, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal. Nesta modalidade, o 
material piezoelétrico é usado como receptor do ultra-som. 
 
 
 
81 
 
Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados tanto na detecção contínua de nível como na 
descontínua. 
Os dispositivos destinados à detecção contínua de nível caracterizam-se, principalmente, pelo tipo de 
instalação, ou seja, os transdutores podem encontrar-se totalmente submersos no produto, ou instalados 
no topo do equipamento sem contato com o produto. 
5.3.8 Medição de Nível por Radar 
Possui uma antena cônica que emite impulsos eletromagnéticos de 
alta freqüência à superfície a ser detectada. A distância entre a antena e a superfície a ser medida será 
então calculada em função do tempo de atraso entre a emissão e a recepção do sinal. 
Essa técnica pode ser aplicada com sucesso na medição de nível de líquidos e sólidos em geral. A grande 
vantagem deste tipo de medidor em relação ao ultrassônico é a imunidade a efeitos provocados por gases, 
pó, e espuma entre a superfície e o detector, porém possui um custo relativo alto. 
5.3.9 Medição de Nível por Pressão Hidrostática 
Neste tipo de medição usamos a pressão exercida pela altura da coluna liquida ,medimos o nível 
indiretamente utilizando o teorema de Stevin: dhP .= . 
Onde: 
=P pressão em OmmH 2 ou OHpol 2. 
=h nível em OmmH 2 ou OHpol 2. 
=d densidade relativa do liquido em relação à água na temperatura ambiente.Na figura abaixo você 
pode ver o nível sendo medido de forma indireta em um tanque. 
 
 
82 
 
 
 
5.4 MEDIÇÃO DE NÍVEL DESCONTÍNUA 
Estes medidores são empregados para fornecer indicaçãoapenas quando o nível atinge certos pontos 
desejados como por exemplo em sistemas de alarme e segurança de nível alto ou baixo. 
Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimento 
diferente. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura 
do último eletrodo alcançado pelo líquido. 
Medição de nível descontínua por condutividade 
 
 
 
 
 
83 
Medição de nível descontínua por bóia 
Diversas técnicas podem ser utilizadas para medição descontínua, desde simples bóia acoplada a contatos 
elétricos a sensores eletrônicos do tipo capacitivo ou ultra-sônico, onde se diferenciam entre si pela 
sensibilidade, tipo de fluido, características operacionais instalação e custo. 
 
5.4.1 Medição de Nível de Sólidos 
É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de pó ou grãos, em silos, alto-fornos etc., 
pelos mesmos motivos da medição de nível dos líquidos. 
Esta medição é comumente feita por dispositivos eletromecânicos, onde é colocada uma sonda sobre a 
carga ou conteúdo. O cabo da sonda movimenta um transdutor eletromecânico, que envia um sinal para 
um indicador, cuja escala é graduada para nível. Essa técnica apesar de simples tem como desvantagem a 
grande incidência de manutenção tornando-a inviável em muitos casos. 
Outros medidores como os radioativos, capacitivos, ultrassônico, radares e sistemas de pesagem com 
células de carga podem ser utilizados com bastante eficiência e precisão apesar de possuírem em alguns 
casos o custo elevado. 
 
 
 
84 
6 INVERSORES 
6.1 CONCEITOS BÁSICOS 
Os conversores de freqüência ajustável, também denominados inversores de freqüência, são dispositivos 
utilizados para se controlar a velocidade do motor AC. 
De forma bastante simples, estes dispositivos convertem tensão e freqüência fixa da rede de alimentação 
em tensão e freqüência ajustável.Os inversores de freqüência possuem 3 estágios : um estágio retificador 
(AC/DC),um link DC (circuito intermediário), e um estágio inversor propriamente dito (DC/AC) . Os 
conversores de freqüência fixos são chamados Cycloconversores , e convertem diretamente a ciclagem 
,sem link DC ,mas não nos interessam aqui, porque são fixos (a freqüência não é ajustável).se o link DC é 
por corrente (indutores) ,chama-se inversor CSI (Current Source Inverter),se o link DC é por tensão 
(banco de capacitores) é VSI (Voltage Source Inverter),se o retificador é controlado (SCR) é chamado 
VVI (Variable Voltage Inverter),se o retificador é fixo,é necessário usar modulação (chaveamento) do 
estágio inversor,com uma portadora de alta freqüência (kHz) ,tipo PWM (Pulse Width Modulation),para 
motores Brushless , se usa PWM trapezoidal ou linear,para motores trifásicos normais,de indução ,se usa 
PWM senoidal,para motores Servo AC , usa-se PWM Space Flux Vector Modulation ,no fluxograma a 
seguir, observamos algumas diferenças eletrônicas destes dispositivos. Nota: AFD = Adjustable 
Frequency Driver (Acionamento de motores AC) 
 
VELOCIDADE
AC
AFD sem
C.I.
AFD com
C.I.
CORRENTE
DC
VOLTAGEM
DC
ACOPLAMENTO
CASCATA PULSO PULSO 
 
Pelo fluxograma acima se pode observar várias possibilidades de controle de motores AC ,por controle da 
freqüência , contudo, atualmente a tecnologia ou o princípio mais difundido é o de tensão fixa no circuito 
intermediário, e modulação PWM. 
CI =Circuito Intermediário (Link DC) 
6.2 FORMAS DE OPERAÇÃO 
O inversor de freqüência pode ser operado de duas formas: 
 
 
85 
 
 Controle em malha aberta = Inversor Escalar ,com curva Volts/Hz fixa. 
 Controle em malha fechada = Inversor Vetorial ,com realimentação (feedback) 
 
Escalar: quando operado em malha aberta, a freqüência proporcional à rotação necessária é enviada ao 
motor e este, por sua vez, terá a sua rpm correspondente. 
Vetorial: No controle em malha fechada, a diferença está na existência de um elemento de realimentação, 
por exemplo, o encoder;acoplado ao eixo do motor ,e desta forma, além de ser enviado o mesmo sinal 
que no caso anterior, terá também um sinal adicional da realimentação que será comparado com o sinal 
desejado da velocidade, e assim, se o motor não estiver realmente na velocidade desejada, será 
compensado a diferença do sinal de controle de forma automática (Direct Vector Control). Se forem 
usadas bobinas sensoras de campo no enrolamento do motor, será Flux Vector Control. Se forem usados 
sensores de efeito Hall dentro do inversor, é chamado Sensorless Vector control. 
6.3 VANTAGENS DO CONTROLE DE VELOCIDADE POR AFD 
 Economia de energia: A economia de energia proporcionada por estes equipamentos por si só paga 
o investimento destes dispositivos; um bom exemplo que podemos citar são as bombas e os 
ventiladores, aonde o consumo é reduzido pelo cubo da velocidade. 
 Processo: De acordo com o processo e aplicação podemos, através destes dispositivos, aumentar a 
produção, reduzir o índice de rejeitos e o consumo de matérias-primas ou aditivos de uma forma 
bastante dinâmica. 
 Qualidade: Pelo controle exato da velocidade requerida pelo processo, a qualidade do produto 
ficará dentro das normas de tolerância especificada .Também, o número de paradas e partidas 
desnecessárias do motor,sem controle da velocidade, é reduzida, garantindo assim, uma qualidade 
maior pois sua velocidade é sempre aquela solicitada pelo controle. 
 Manutenção: Em muitas bibliografias encontramos textos que afirmam não ser necessário a 
manutenção, o que não é bem verdade, pois os inversores demandam manutenção preventiva para que 
se possa aumentar a confiabilidade do sistema. No entanto, o índice de troca de peças é baixo. No que 
se refere ao motor AC, é redundante falar de suas vantagens, além do custo do motor ser bem menor 
em relação a um motor DC, a sua manutenção também não é necessária. 
6.4 MOTOR AC 
O primeiro motor de escovas foi construído em 1833, do tipo DC, foi concebido na época para uma 
necessidade industrial para controlar a velocidade de motores DC. Por volta de 1899 foi desenvolvido o 
motor AC, como característica tinha-se a simplicidade e a robustez do motor. Quem inventou o motor 
 
 
86 
trifásico de Indução foi Tesla . A GE ,na época, (Thomas Edison) não quis comprar a patente.O Barão 
Westinghouse comprou e ficou milionário.O motor AC pode ser dividido em duas partes: indução e 
síncrono.como o motor de indução é o tipo mais comum no mercado, vamos relembrar aqui alguns 
conceitos. 
 O estator e o rotor são as duas partes principais do motor AC. 
 O estator é a parte fixa e o rotor é a parte móvel. 
 A corrente elétrica através dos enrolamentos produz o campo magnético nos pólos do motor 
sempre em número par. 
 A rotação do motor é definida pelo número de par de pólos; esta rotação será denominada de 
“ no ”(ene zero). 
NP
fno 120.= 900
4
120.30
==no rpm 
onde: 
=no rotação nominal 
=f freqüência nominal 
=NP número de pólos 
Nas figuras abaixo temos um do motor ac aberto, aonde se pode ver o rotor ,estator e a carcaça do motor. 
 
 
 
 
87 
6.5 TORQUE - ESCORREGAMENTO - VELOCIDADE 
Normalmente a rotação real do motor é ligeiramente menor que a rotação do campo. 
)1.(120. s
p
fnn −= rpmnn 873)03.01.(4
120.30
=−= 
onde s é a diferença de velocidade entre a rotação do campo e a rotação do rotor, isto é conhecido como 
escorregamento absoluto. 
 nnnos −= rpm 
O escorregamento relativo é dado como um percentual de velocidade síncrona, normalmente entre 3 – 
8%, este escorregamento é proporcional ao aumento de carga sobre o motor..(%)100.
no
nnos n−= 
Exemplo: Motor de 4 pares de pólos ,eixo a vazio, em 60 Hz = 1800rpm 
Colocando carga nominal o escorregamento aumenta e a rotação fica em 1750rpm: 
Temos : 
Escorregamento absoluto = 1800-1750 = 50rpm 
Escorregamento relativo s= 50/1800 = 3% 
6.6 PARTIDAS DE MOTORES 
O motor ac quando acionado por inversor de freqüência tem a sua vida útil aumentada, isto ocorre devido 
o inversor quando parte um motor limitar a corrente de partida do motor há um valor ajustado no 
parâmetro de corrente nominal, para que possamos ter uma idéia disto, vamos verificar o que ocorre com 
o motor ac quando há solicitação para que este saia da inércia e inicie seu trabalho,vejamos: durante o 
tempo de partida a corrente dos motores de indução atinge valores elevados, causando elevação na 
temperatura do motor. A carga é acelerada até atingir a rotação nominal do motor, ocorrendo então uma 
estabilização da corrente em um valor muito menor que na partida. Mas se antes de ocorrer essa 
estabilização, houver sucessivas partidas no motor, a elevação de temperatura resultante pode danificar ou 
reduzir a vida útil do motor, o inversor alem de limitar a corrente de partida também utiliza uma rampa de 
aceleração, mesmo que ela seja em um valor baixo,por ex.1segundo,terá assim mesmo executada uma 
rampa, se for possível à utilização de uma rampa de maior valor de tempo, será menor ainda a corrente 
imposta para que o motor saia da inércia e atingi a velocidade estabelecerá,desta forma com o uso do 
inversor de freqüência estamos contribuindo com o aumento de vida útil do motor.A norma NBR 7094 
estabelece um regime de partida mínima que os motores devem suportar: 
 
 
88 
 duas partidas consecutivas a frio, sendo a segunda somente após o motor terem atingido o 
repouso; 
 uma partida a quente, após ter funcionado nas condições nominais; 
nos dois casos, uma partida adicional é permitida somente se a temperatura do motor antes da partida não 
exceder a temperatura de equilíbrio térmico sob carga nominal. 
Através da formula seguinte é possível determinar se o motor suporta a quantidade de partidas impostas. 
 
 
IN - Corrente nominal do motor 
T = 3600/(n° de partidas/hora) 
TN - período de funcionamento 
TR - período de repouso 
Se IEQ < IN o motor suporta o número de partida impostas. 
6.7 TORQUE 
A força atuante sobre o condutor é proporcional ao campo magnético (Φ) e a corrente (Ι) que passa pelo 
mesmo; desta forma ,se o campo criado pelo estator se move,uma tensão é induzida no rotor e o rotor se 
move. Esta força atuante sobre o rotor é que denominamos o torque (Τ). 
Τ = Κ1 x Φ x Ι 
Como vemos, o Torque disponível no eixo (não quer dizer que seja o torque que é exigido pela carga 
da máquina) é proporcional ao campo magnético de polarização das bobinas do estator, (corrente de 
magnetização) ,mas, principalmente, o torque é basicamente proporcional à corrente que percorre o 
enrolamento. Por esse motivo, se quisermos torque constante numa faixa ampla de velocidades,temos 
que manter a corrente constante. Como numa bobina tem que a reatância indutiva XL= 2 vezes pi x 
 
 
89 
Freqüência (Hz) x L (indutância em Henry) , teremos :à medida que a freqüência (Hz) diminui, a 
impedância diminui proporcionalmente. 
 Corrente I (Ampéres) = Volts / X1 Ohms 
Portanto , se quisermos que I fique constante ,quando variamos F (Hz) ,temos que 
Variar a Tensão V (Volts) proporcionalmente à freqüência, é esse o significado de Volts/Hertz 
constante , observe as figuras abaixo: 
 Curva de torque x velocidade de um inversor escalar: 
 
 
Curva de voltagem x freqüência de um inversor escalar 
 
 
 
6.8 AFD (ADJUSTABLE FREQUENCY DRIVER) 
Esquema em bloco do inversor 
 
 
90 
RETIFICADOR M
CONTROLE
CIRCUITO
INTERMEDIÁRIO INVERSOR
1 2
4
3
 
 
Esquema simplificado do inversor de freqüência 
 
 
 O circuito retificador converte a tensão senoidal de entrada em tensão DC; nesta etapa temos 2 
tipos possíveis: os retificadores controlados (SCR) e os não-controlados. 
 No circuito intermediário temos 3 tipos possíveis: 
◊ primeiro tipo converte a tensão do retificador em uma corrente DC (CSI) 
◊ segundo tipo transforma a corrente DC em uma tensão fixa (VSI) 
◊ terceiro tipo transforma a corrente DC em uma tensão variável.(VVI) 
 Na terceira etapa temos a transformação de uma tensão DC em uma tensão AC variável, pulsada 
.(PWM). 
 O controle é o circuito eletrônico de onde enviamos os sinais de controle para os retificadores, o 
circuito intermediário e a inversora. As partes que serão controladas dependem da tecnologia utilizada 
no inversor; a freqüência de chaveamento está entre 300-16 KHZ. Para transistores NPN usa-se 1 
kHz.Para MOS , 100kHz .Para IGBT 10kHz 
 
 
91 
6.9 CIRCUITO DE POTÊNCIA: 
U
 W
 V
 
Pelo diagrama eletrônico podemos notar a simplicidade da etapa de potência. No diagrama abaixo temos 
as formas de onda com comutação continuada. 
( t )
Vab
i
Vr
Vl
 
Este é o melhor método de controle de velocidade de motores de indução trifásica, com menores perdas 
no dispositivo responsável pela variação da velocidade. 
Podemos dizer que o conjugado é: 
 
2IC m −Φ= e 
1
1
f
U
m =Φ (Volts/Hertz ) 
onde: 
=Φm fluxo de magnetismo 
=2I corrente do rotor 
=1U tensão estatórica 
=1f freqüência da rede 
 
 
92 
=C conjugado do motor 
Pelo exposto pode-se dizer que mantemos o torque constante em diferentes velocidades, variando 
proporcionalmente 
1
1
f
U , o que mantém o fluxo mΦ constante. 
6.10 CIRCUITO RL 
Como foi visto até agora, o inversor de freqüência indireto com circuito intermediário com tensão DC 
constante, é muito utilizado para variar e controlar a velocidade de motores de indução trifásicos com 
rotor do tipo gaiola. 
Dada sua enorme utilidade e ampla aplicação tornam-se necessário explicar mais detalhadamente o seu 
funcionamento.Considere um circuito RL alimentado por uma fonte CC, como mostrado abaixo; ao 
comutar a chave para a posição 1 ocorre uma circulação de corrente pelo circuito de tal modo que, após 
um certo tempo, chamado transitório, o indutor se apresentará como um curto circuito; neste caso o 
circuito estará em regime permanente. Durante o transitório o indutor irá carregar-se e, desta forma, 
haverá tensão sobre ele. Em qualquer instante a lei de Kirchoff para tensões deve valer, ou seja, o 
somatório das tensões numa malha deve ser nula. 
E
a
L
R
1
2
VR
Vl
 
t
t
t
t
Vab (t)
i (t)
VR (t)
Vl (t)
 
A equação que rege o circuito com a chave 1 é: 
 
LR VVE += e 
t
i
d
dLtiRE +−= )( 
Se isolarmos para uma solução de i , obtemos: 






−=
− t
L
R
e
R
Eti
.
1)( 
Em um circuito RL, a corrente pelo indutor não pode variar instantaneamente. 
Define-se a constante de tempo do circuito RL como sendo: 
 
 
93 
R
L
=τ 
O transitório é decorrido após um tempo aproximado de quatro a cinco vezes a constante de tempo do 
circuito τ. 
Na figura abaixo, mostra-se a forma de onda e o que acontece quando, num tempo 1t , superior ao 
transitório, a chave do circuito for comutada para a posição 2. 
t 1
t
t
t
tVl (t)
VR (t)
i (t)
Vab
 
 
Observe a inversão de polaridade no indutor em 1t , isto ocorre devido à lei de Kirchoff, que diz que o 
somatório das tensões numa malha deve ser nulo em qualquer instante, num tempo infinitesimal menor 
que 1t . A tensão Vab é igualà E, e num tempo infinitesimal maior que 1t , a tensão Vab é igual a zero. 
Disparando convenientemente o transistor de nosso módulo de potência, é possível obter pulsos 
modulados, de forma que a corrente que circula pelo conjunto RL tenha o aspecto apresentado na figura 
abaixo. 
 
 
94 
t
 t
i ( t )
Vab
 
 
Com isso podemos concluir facilmente que a alteração dos tempos de chaveamento da inversão de 
polaridade implica na variação da freqüência. Da mesma forma, variando a largura de cada pulso, 
obtemos uma tensão média variável na carga RL,à distância entre dois pulsos de tensão quadrada, varia 
(PWM) , mas o seu período de repetição é fixo e se chama freqüência de portadora , em geral na faixa de 
alguns Khz, .mas a forma de onda da corrente ,que é o que importa para produzir o torque, tem um 
período (freqüência) correspondente à rotação do motor. 
6.11 APLICAÇÃO 
A aplicação do inversor de freqüência nos processos industriais exige alguns conhecimentos básicos para 
obtermos um bom resultado em nossa aplicação. Atualmente temos 2 tipos de inversores, ou melhor, 
dois modelos tecnológicos básicos: escalar e vetorial. Abaixo colocamos de forma simples e 
resumida as tecnologias. 
 
 
95 
 
REGULADOR
VELOCIDADE
TRANSPORTE
REGULADOR
VELOCIDADE
LIMITE DE
CORRENTE
LIMITE DE
CORRENTE
REGULADOR
VELOCIDADE
MISTURADOR,
EXTRUSORA
REGULADOR
TORQUE
REG.
CORRENTE
LINHAS DE
PROCESSO
REGULADOR
VELOCIDADE
REGULADOR
TORQUE
REG.
CORRENTE
LINHAS DE
PROCESSO
FLUX VECTOR
V / Hz SENSOR LESS
FIELD ORIENTED
BANDA
LARGA
 
 
Vamos através da tabela acima, comentar um pouco mais sobre os inversores “Vector” ou Vetoriais, não 
importando a tecnologia, já que no modelo escalar é uma relação simples V/Hz.Os vetoriais podem ser 
explicados mais facilmente pelo diagrama abaixo: 
 
 
Z
Z Z
is
id
CA
Iq
id
Iq
CARGA 2
CARGA 1
is
is
 
 
 onde: 
 Iq = corrente produção torque 
 Id = corrente produção fluxo 
 Is = corrente totais do estator 
 Como vimos, o vetorial nada mais é do que fasores da corrente. Reescrevendo o torque, temos: 
 
 
96 
T = K . id . Iq. Sen. 
(d) 
 Definindo inversores vetoriais, pode-se dizer que são os inversores que utilizam a tecnologia capaz de 
controlar os termos de nossos fasores Iq, id e is.Já os escalares não permitem acesso a estes parâmetros,ou 
seja, trabalham com 
 parâmetros fixos, pré-programados na CPU . (V/Hz) em curva pré-definida. 
 O Inversor escalar é muito simples e prático , e portanto, seu preço é menor que um vetorial ,em 
geral, o Vetorial, além de ter mais sensores e mais software , precisa ter transistores com mais reserva de 
potência, para poder atender os picos instantâneos de torque,via de regra, os inversores escalares tem um 
fator de sobrecarga de 120 % por 1 minuto, sobrecarga de 150% durante 1 milisegundo (proteção 
instantânea), precisão de rotação da ordem de 95% ,o que é muito bom para muitas aplicações.Os 
vetoriais têm 200% de sobrecarga por 1 minuto, e 150% por 1 milisegundo , uma precisão na rotação 
do eixo de 99,9% com sensorless vector e de 99,999 % com encoder no eixo do motor.Devemos aplicar 
a tecnologia escalar nas seguintes condições, como uma base orientativa: 
 onde não precisamos de controle de velocidade com precisão maior que 95% 
 onde não precisamos de uma faixa/range maior que 20:1 
 onde não precisamos de controle de torque. 
Em relação à aplicação de inversores vetoriais, temos: 
 aplicação onde se necessita de baixíssimas rotações e elevados torques em 
 velocidade zero, ex. em um desfibrador o parafuso alimentador do disco. 
 aplicação com range de 100:1 ou mais; 
 aplicação onde se necessita de regulação precisa de velocidade: 0,01% e torque, por ex. em uma 
máquina formadora de colchão. 
 Na figura abaixo colocamos um diagrama em blocos de um modelo vetorial, a tecnologia utilizada é o 
DTC neste exemplo, pode se observar que existe uma tecnologia eletrônica mais precisa. 
 
 
 
97 
 
 
Em resumo, um inversor de freqüência é uma soma de todas as tecnologias : 
 Circuitos elétricos envolvendo motores 
 Eletrônica de alta potência IGBT , MOS, etc, 
 Eletrônica Analógica, Amplificadores operacionais, ajuste de zero e span, etc.. 
 Eletrônica Digital Gates, Flip-Flops , CPU ,memórias, etc.. 
 Informática, envolvendo software , portas de comunicação serial,etc.. 
 Instrumentação ,usando medidores de corrente ,sensores Hall,etc.. 
 Automação , envolvendo sistemas sincronizados , PID ,etc... 
6.12 CPU E SOFTWRAES 
Atualmente praticamente todos os inversores de freqüência , são microprocessados. 
Aliás, o primeiro inversor microprocessado produzido em larga escala foi o 
Inversor Hitachi HFC-VWE , seguido pelo HFC-VWS , por volta de 1990 ,em seguida , ele se tornou o 
inversor mais vendido do mundo (ver histórico anexo),a CPU de controle pode ser de 8 bits , 8K 
EPROM , e Clock de 4 MegaHertz, para 
Inversores simples, escalares.Para controle Vetorial, necessita uma CPU poderosa , pelo menos de 16 bits 
.Para Controle Vetorial com inteligência artificial (fuzzy-logic) , necessita uma CPU poderosa, 
praticamente similar a um micro Pentium . A Hitachi usa a CPU H32 ,fabricado por ela mesma (a 
Divisão de semicondutores fica na Alemanha),atualmente, várias outras marcas de Inversores estão 
usando essa CPU ,por exemplo 
A Warner Electric (USA) , a Danfoss , etc.. 
A CPU trabalha com um software operacional básico, gravado em memória fixa (EPROM) Esse tipo de 
software fixo, se chama Firmware , e não pode ser alterado . É equivalente ao sistema operacional de 
 
 
98 
um PC , incluindo o BIOS . Ver Diagrama de Blocos ,a CPU também usa uma memória temporária, para 
fazer cálculos (RAM) 
Existe o outro tipo de software: software de configuração do aparelho, normalmente na forma de 
parâmetros , digitado pelo teclado de programação , (que pode ser o mesmo teclado de operação) ,ou 
introduzido por um PC na porta serial , que vai definir ,por exemplo, a forma de trabalho ,se o ajuste da 
de velocidade vai ser pelo teclado ou por um potenciômetro externo, velocidade mínima, máxima, 
rampas de aceleração, etc.. 
Esse software deve ser introduzido uma única vez, por ocasião da instalação / Start-Up aparelho , e ele 
ficam memorizado numa memória não volátil, chamada NVRAM .Na maioria das vezes, a operação do 
inversor é obtida com apenas esse software,mas existe também , um terceiro nível de software , chamado 
software aplicativo 
Ou software de aplicação, ou de “sistema” de automação , que seria uma “extensão” 
De parâmetros avançados , que refletem uma certa automação. Por exemplo, controle PID de uma certa 
variável, memórias de velocidades pré-estabelecidas, controle sincronizado através de rede digital, etc... 
Por exemplo : Acionar uma bomba dosadora de combustível para que a temperatura do forno fique 
estabilizada em 800 graus , é uma aplicação PID . 
Fazer a parada posicionada de uma fresadora CNC , é uma outra aplicação ,totalmente diferente , que 
exige uma parametrização específica , além dos parâmetros básicos. 
6.13 HARDWARE 
Os sinais na régua de bornes do inversor são do tipo digital (contacto aberto ou fechado), por exemplo; 
fechando o contacto no borne FW , o inversor dá a partida p/frente (ForWard) e, fechando o contacto 
REV , o motor parte para trás, Reverse. 
Bornes Digitais 
Os bornes normalmente são polarizados com +24Vcc e são fechados contra terra (CM=comum).Esse é o 
modo americano (USA).No modo Europeu, o fio comum não é o terra ,mas sim o +24Vcc . 
Bornes Analógicos 
Os sinaisde contactos vão direto p/ o circuito digital.Os sinais analógicos , por exemplo , do 
potenciômetro de ajuste da velocidade , passam pelo estágio conversor A/D (Analógico/Digital). 
 
 
99 
6.14 DRIVERS 
Como o acionamento é para motores trifásicos, o inversor tem 3 fases de saída : U,V,W 
Como cada fase tem que ter os pulsos positivos (um transistor) e negativos (outro transistor), 
São um total de 6 transistores na ponte.Portanto, a CPU tem que gerar 6 trens de pulsos diferentes ,um 
para cada transistor. Como os transistores estão em contacto com a alta tensão das fases do motor , e a 
CPU trabalha com baixa tensão , é necessário um 
Circuito de interface , que separa os dois potenciais isoladamente , e são chamados 
Circuitos Driver . Normalmente envolvem transformadores de pulsos com ferrites e acopladores ópticos 
de alta velocidade e baixa imunidade a ruídos . 
SENSORES: A CPU precisa monitorar a corrente para o motor, a voltagem , etc, para isso, usa 
transformadores de ferrite, shunts, e sensores de corrente por efeito Hall 
6.15 TROUBLESHOOTING 
Quando o inversor enfrenta um problema, ele normalmente escreve uma mensagem de erro no display. 
Vários tipos de problema , são auto-explicativos .Por exemplo : erro por queda de tensão na rede . 
Verifique a voltagem de alimentação, disjuntor, contatora,etc... 
Entretanto, o erro mais freqüente é do tipo Overload, Sobrecarga , Overcurrent ,Sobrecorrente.O 
procedimento é dar um “reset” na CPU , e ver se o problema era apenas aleatório,mas , se mesmo 
resetando , o problema persistir , temos algum problema a enfrentar. 
Um procedimento padrão , muito eficiente é : 
 Simplesmente, desligue os três fios de saída para o motor ,U,V,W . 
 Re-energize o inversor, e dê um comando start .Se ele “partir” a vazio, sem o motor, 
 Então é sinal que o problema não está no inversor, e sim, no motor (eixo travado) , ou na carga 
(algum redutor “engripou”,falta de óleo) ,etc.. 
Se , mesmo sem o motor , o inversor dá o alarme , então sim , é problema no inversor. Neste caso, o 
procedimento padrão mais prático é : 
 Levar o inversor para a bancada de manutenção , e fazer uma simulação com um pequeno motor 
de prova ,chaves liga/desliga, potenciômetro de ajuste ,etc. 
 Este simples procedimento acaba por achar as causas em aproximadamente 90% dos casos, pois 
durante a tarefa de conectar ,energizar, tentar fazer funcionar o inversor na bancada, são, 
automaticamente checados , inúmeros pontos que podem dar origem aos problemas. 
 
 
100 
A partir deste ponto, se nada resolveu , na bancada, é melhor enviar o aparelho para a assistência técnica 
de confiança. Repito : de confiança ,pois ,consertar um inversor , requer : 
 Muito conhecimento nas várias tecnologias eletrônicas ,analógicas,digitais ,software,etc... 
 Um laboratório equipado com instrumentos de boa precisão.Osciloscópios Tektronix de pelo 
menos 100MHz, ou melhor , geradores de pulsos sintetizados, etc... 
 Estoque com todas as peças de reposição originais e adequadas, bancados de testes e 
diagnósticos ,incluindo os acessórios originais , programador de memórias , leitor de NVRAM , 
etc...Na grande maioria dos casos, a indústria mantém uma equipe de manutenção de “grau 
imediato”, ou seja, identificar rapidamente se é o inversor ou o motor, e a manutenção corretiva de 
primeiro grau : tipo , trocar alguma peça mais básica , ou decidir usar um inversor reserva, e enviar o 
defeituoso para a assistência técnica do fabricante , tudo isso, para evitar ao máximo, o tempo de 
máquina parada, com a respectiva perda de produção. Outro aspecto importante é : usar Inversores de 
boa qualidade. Existem inversores baratos , mas, eles dão problemas freqüentemente . Inversores 
fabricados com materiais de primeira, irão prestar anos de bons serviços , com pequenos gastos e 
poucos parados de produção. 
 
6.16 ENCODERS 
A utilização de encoders se faz necessária nas aplicações de controle de velocidade e/ou posicio- 
namento; para controle de velocidade são utilizados os encoders incrementais e, para posiciona- 
mento, os encoders absolutos. 
Com o advento da tecnologia SMD e dos sensores ópticos, foi possível desenvolver um disposi- 
tivo que garantisse precisão na informação fornecida, aliada a características como baixo consu- 
mo de energia, tamanho compacto e imunidade a ruídos, entre outros; O encoder veio a tornar-se, 
portanto, um instrumento de alta confiabilidade. 
Podemos dividi-lo em 5 partes principais: 
 Led emissor 
 Disco codificado 
 Máscara fixa 
 Foto-detector 
 Amplificador quadrático 
 
Princípio de funcionamento 
 
O eixo do encoder está acoplado ao eixo rotacional da máquina (normalmente motor); este, por 
 
 
101 
sua vez tem um disco codificado que rotaciona em frente a uma máscara fixa. 
Ao rotacionar, o led emissor que se encontra na placa eletrônica tem sua luz cortada por este disco 
nos trechos escuros; assim, quando coincide o trecho transparante juntamente com a posição da 
máscara, temos a incidência de luz sobre o foto-detector; o mesmo irá gerar pulsos de forma de 
onda semelhante a uma senóide. 
O nº de pulsos / rpm será tanto maior quanto maior for o nº de pulsos do encoder e velocidade do 
eixo. 
Para que se possa efetuar a contagem dos pulsos, a forma de onda originalmente gerada é conver- 
tida em pulsos quadrados, facilitando a transmissão do sinal. 
 
 
 Canal A 
 
 Canal B 
 
O disco codificado possui um nº de espaços transparentes igual ao nº de espaços escuros; este nº, 
por sua vez, é idêntico ao nº de pulsos do encoder. 
A posição e o espaçamento exigem alta precisão, sendo atualmente o espaço físico do disco a 
maior limitação construtiva dos encoders (o nº de linhas max. está próximo de 3000 / volta). 
 
 
 
 
Os encoders em quadratura possuem dois canais (A, B), sendo estes eletricamente defasados 90° 
entre si; dessa maneira podemos determinar o sentido de rotação da máquina. 
O sentido de rotação está relacionada à resolução, que pode ser multiplicada por 4. 
 
 
 
102 
 
 Canal A 
 
 Canal B 
 
 
 Canal A 
 
 Canal B 
 
 
 
Ruídos em cabos de sinal podem gerar sinais falsos; para minimizar os efeitos destes na malha 
de controle, utilizamos amplificadores operacionais diferenciais para sinais complementares; 
Podemos então sobrepô-los para que o nível de ruído elétrico seja ignorado no estágio de ampli- 
ficação diferencial do sinal. 
 
 
 Canal A + 
 Canal A - 
 
 
 
 Canal B + 
 Canal B - 
 
 
 
 
 
 
Até agora, possuímos do encoder incremental as seguintes informações: 
 
 Velocidade 
 Sentido de rotação 
Sentido 
direto 
 
Sentido 
reverso 
 
 
 
 
103 
 
Somada a estas informações, temos a quadratura diferencial, a qual garante melhor resolução e confia- 
bilidade do sinal; acrescentemos a isto o sinal de zero, que é um pulso idêntico aos anteriores, gerado 
somente uma vez por volta (360°); podemos então referenciar o zero mecânico com o zero eletrônico, 
fazendo com que o sistema retorne a uma posição definida após uma queda de energia, por exemplo. 
 
Considerações e instalação 
 
 O encoder tem sua resolução definida na velocidade de seu eixo e freqüência de pulsos (deve-se 
lembrar disso quando da especificação ou substituição de um equipamento); 
 Não aplique forças radiais ou axiaisno eixo além da que foi especificada pelo fabricante; 
 Utilize cabo blindado com malha para transmissão de sinais e passe-o sempre o mais longe 
possível de fontes de ruídos elétricos; 
 O desalinhamento do dispositivo deve ser o menor possível e nunca maior do que a tolerância 
fornecida pelo fabricante; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
104 
7 CONTROLE 
7.1 CONCEITOS BÁSICOS 
Os processos industrias exigem controle na fabricação de seus produtos,em todo estes processos é 
absolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis . 
Os processos podem ser divididos em dois modelos: 
 Contínuos 
 Descontínuos 
O nosso processo é um processo contínuo tanto na fabricação de HDF quanto na fabricação de chapa de 
fibra .A instrumentação tem como objetivo manter uma variável de processo (PV) , dentro de um valor 
ajustado (SV) , pela produção através de uma comparação com o valor ajustado na face plate do 
controlador inserindo uma atuação na variável manipulada (MV). 
A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes , usuários e os organismos que intervem 
diretamente ou indiretamente no campo da instrumentação industrial, vamos citar os principais termos 
abaixo: 
 Variável controlada – A variável controlada de um processo é aquela que mais indica diretamente 
a forma ou estado desejado do produto 
 Meio controlado – Meio controlado é a energia ou material no qual a variável é controlada 
 Variável manipulada – A variável manipulada do processo é aquela sobre a qual o controlador 
automático atua,no sentido de se manter a variável controlada (PV) em seu valor ajustado (SV) 
 Malha de controle – Quando em controle deve–se necessariamente subtender uma medição de 
uma variável qualquer de processo (PV), o sistema agora recebe a informação do campo, compara com 
um valor pré-estabelecido (SV), verifica a diferença~entre ambos e atua sobre a variável manipulada 
(MV) para diminuir ao máximo a diferença entre (SV) e (MV),os elementos que fazem parte do 
conjunto desta lógica são chamados de elementos de malha, enquanto o conjunto destes elementos de 
malha de controle, sendo que podemos ter dois tipos de malha de controle: aberta / fechada 
 Malha aberta – É aquela aonde na qual realizamos o controle sem um dispositivo de 
realimentação, quando passamos a operar em modo manual uma malha de controle fechada, estamos 
operando em malha aberta. 
 Malha Fechada - É aquela aonde existe um dispositivo de realimentação entre a saída de controle 
(MV) e a entrada do sinal ajustado (SV) , na figura abaixo representamos o esquema em bloco de uma 
malha de controle fechada e a equação que rege o sistema. 
 
Na figura abaixo podemos observar uma malha de controle simples 
 
 
105 
/ 
7.2 ELEMENTOS DE CONTROLE 
 Elementos primários – são dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável 
de processo 
 Transmissor – Instrumento que mede uma determinada variável e a envia a distancia para um 
controlador ou, como é nosso caso, para o sistema a informação e o controle estarão no campo no 
próprio transmissor 
 Elemento final de controle – Dispositivo que atua e modifica diretamente o valor da variável 
manipulada de controle 
7.2.1 Sensores e transmissores 
Os elementos primários de medição têm por função medir alguma propriedade do sistema e convertê-la 
em um sinal que possa ser utilizado para controle. Em alguns casos, o elemento sensor gera um tipo de 
sinal que não é diretamente compatível com o sistema de controle. Neste caso, utiliza-se um transmissor 
para gerar um sinal compatível a partir do sinal recebido do sensor. Em muitos casos, o próprio 
transmissor é também o elemento sensor. 
 
 
Tipicamente, o sensor e o transmissor estão localizados perto do processo, e por isso são denominados 
"elementos de campo".Existem diversas padronizações para o envio de sinais a um sistema de controle. O 
padrão pneumático (pressões de ar de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 ou de 3 a 15 psi), usual há alguns anos, está 
praticamente em desuso. O padrão eletrônico consiste em sinais de corrente de 4 a 20 mA. Cada vez mais 
se impõe a comunicação digital entre os elementos de campo e o sistema de controle. Recentemente foi 
padronizado, depois de anos de teste, o protocolo fieldbus de comunicação digital, em que os elementos 
de campo trocam informações entre si. 
 
 
106 
7.2.2 Válvulas de controle 
O elemento final de controle mais utilizado na indústria química é a válvula de controle. Basicamente, a 
válvula de controle é uma válvula capaz de variar a restrição ao escoamento de um fluido em resposta a 
um comando recebido na forma de um sinal padrão. 
Em geral, o movimento da haste da válvula é obtido pelo balanço entre duas forças: a tensão de uma 
mola ligada à haste (função da posição da haste), e a força exercida sobre um diafragma na cabeça da 
válvula (função da pressão de ar na cabeça da válvula). O comando da válvula é feito pela variação da 
pressão de ar fornecido à válvula. Atualmente, é comum encontrar válvulas com posicionadores 
eletropneumáticos, que permitem que o sistema de controle envie um sinal de 4 a 20 mA diretamente para 
a válvula. Em outros sistemas, o sinal eletrônico deve ser convertido em um sinal pneumático por meio de 
um conversor I/P. Um dos aspectos importantes na especificação de uma válvula de controle é a sua 
posição de falha, ou seja, sua posição na ausência do sinal de controle externo. Esta especificação é 
geralmente ditada pela segurança do processo. Em algumas aplicações, como no suprimento de vapor 
para um aquecedor, é desejável que a válvula feche na falta de um sinal de comando: esta válvula é 
chamada de falha-fecha, ou ar-para-abrir. Em outras situações, a segurança do processo exige a 
abertura da válvula em caso de falha do sistema: falha-abre, ou ar-para-fechar. 
 
 O tamanho da válvula é normalmente dado por um coeficiente de tamanho, Cv. Este coeficiente é 
determinado experimentalmente pela passagem de fluido pela válvula. Para líquidos sem 
flasheamento, por exemplo, a vazão através da válvula é dada por: 
 
onde F é a vazão; x é a posição da haste da válvula expressa em percentagem da abertura; f(x) 
representa a fração da vazão máxima (em função da posição da válvula). 
A função f(x) representa uma propriedade importante da válvula, a sua característica inerente. A 
característica da válvula é determinada por diversos fatores, especialmente formato do obturador e do 
assento. São comuns na indústria as válvulas de característica linear, onde f(x) = x, e as de 
 
 
107 
característica de igual percentagem, nas quais f(x) = ax-1, onde a é um parâmetro com valor entre 20 e 
50 dependendo do projeto da válvula.O dimensionamento de válvulas de controle deve levar em conta 
a faixa de controlabilidade desejada. A queda de pressão na válvula, usada no cálculo do Cv, depende 
da abertura da válvula e de outros fatores referentes a condições de escoamento (outros equipamentos 
em série, etc.). 
7.3 ELEMENTOS DE PAINEL 
 Indicador – Instrumento que nos fornece uma indicação visual da situação das variáveis no 
processo, o indicador pode se apresentar na forma analógica, por ex.bargrafh ou na forma digital 
(display) , os indicadores estarão todos dentro de nossa estação de operação, em nossas telas estaremos 
utilizando tanto o analógico quanto o digital 
 Registrador – Instrumento que registra à variável através de traço continuo ou pontos, no sistema 
da planta de energia os registradores serão nossos “trend” 
 Conversor – Instrumento que recebe uma informação de forma de um sinal, altera a forma da 
informação e o emite em uma forma padronizada de sinal, na plantade energia teremos conversores 
que serão os posicionadores das válvulas, pois irão converter um sinal Foudation Fielbus em psi ou lbf. 
 
7.4 CONCEITOS DE CONTROLE 
 Range – Conjunto de valores da variável medida, que está compreendido dentro do limite inferior 
e superior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento 
 Span – É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior de medida do instrumento 
 Erro – Diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação real da variável 
medida, este erro poderá ser estático ou dinâmico 
 Precisão – Podemos dizer como sendo o maior valor do erro estático que um instrumento possa ter 
ao longo de sua faixa de trabalho 
 Histerese – É a diferença máxima apresentada por um instrumento para um mesmo valor em 
qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala nos sentidos ascendente e 
descendente 
 Sensibilidade – É a razão entre a variação do valor indicado ou transmitido por um instrumento e a 
variação da variável que o acionou, após ter alcançado o estado de repouso. 
7.5 DOCUMENTAÇÃO 
Os instrumentos e as estratégias de controle são documentados em diversos estágios de um projeto de 
engenharia. Já no projeto básico do sistema, os instrumentos são representados nos fluxogramas de 
engenharia, também conhecidos como P&I D (do inglês piping and instrument diagram). Os diversos 
 
 
108 
componentes de uma malha costumam ser representados em um diagrama que indica as ligações físicas 
entre eles (pneumáticas, elétricas e digitais). Estes documentos, chamados diagramas de malha, são 
essenciais para o entendimento das funções de cada elemento da malha. 
As malhas mais complexas podem ser descritas em diagramas de controle que são diagramas mais 
abstratos em que os detalhes de interligação são omitidos. Neste curso, sempre utilizaremos diagramas 
simplificados, já que o nosso escopo é o comportamento do sistema de controle. Diversos outros 
documentos de engenharia são gerados em um projeto de instrumentação: as folhas de dados e 
especificações técnicas, por exemplo, definem os requisitos e características de cada instrumentos; 
diagramas de interligação e plantas de instrumentação, entre outros, fornecem informações que permitem 
a montagem eficiente dos sistemas e seus componentes. 
7.6 CONTROLADORES 
São os blocos que tomam as decisões nos SC, de acordo com a entrada e a realimentação (SC de malha 
fechada), enviando um comando ao atuador. 
Um controlador deve ter, no mínimo, as seguintes características: 
 receber um sinal com o valor da variável controlada (PV = process value) 
 receber um setvalue (SV) 
 gerar um sinal de saída para o elemento final de controle (CO = controller output ou MV ) 
 receber um comando de seleção de pelo menos dois modos: MANUAL e AUTOMÁTICO ,este no 
caso será desempenhado pelo controlador no Faceplate de nosso sistema na planta de energia. 
Em modo MANUAL, o controlador opera como um mero controle remoto. O operador informa o sinal de 
saída desejado, e o controlador simplesmente repassa este valor para o elemento final de controle.Em 
modo AUTO, o controlador usa os valores lidos (PV e SV) e determina, por meio de um algoritmo, o 
valor do sinal de saída (CO). O foco deste capítulo, evidentemente, é o modo AUTO.Um conceito 
importante para os algoritmos de controle mais comuns é o de erro. Aplicado a controladores, o erro 
representa simplesmente a diferença:e = SV- PV 
7.6.1 Ações de Controle: 
O controlador compara o sinal de entrada com a realimentação, e se a saída supera a entrada, desliga o 
atuador, se a realimentação for menor, liga o atuador.Ex.: Nos fornos elétricos e geladeiras, o calefator ou 
compressor é controlado por um termostato, que é um controlador liga-desliga com par bimetálico (um 
dos metais se dilata mais que o outro, vergando-se e abrindo o contato). Ao se desligar, o ambiente faz a 
temperatura mudar algum tempo depois e o bimetálico retorna à posição, fechando o contato e ligando o 
atuador.As vantagens deste controlador são a simplicidade e o baixo custo, as desvantagens são a 
 
 
109 
contínua oscilação da saída entre os limites de atuação do controlador, histerese, não garantindo precisão 
e podendo desgastar controlador e atuador pelo excesso de partidas. 
7.6.2 Controle proporcional: 
A saída é proporcional ao sinal de erro (diferença entre entrada e realimentação), de modo que o atuador 
opera continuamente, com potência variável. O controlador é simplesmente um amplificador,este sistema 
é ainda simples e de baixo custo, tendo uma precisão boa, mas nem sempre é rápido, e pode se tornar 
instável, se o ganho for muito alto. Instabilidade é a situação em que o controlador reage muito rápido, e a 
saída passa do valor na entrada sem que haja a reversão da tendência, o que pode levar à saturação do 
amplificador ou à oscilação contínua em torno do valor na entrada (geração de onda senoidal na saída, 
sem entrada). 
Muitos dos sistemas de controle de velocidade de motores são proporcionais, inclusive o controle de 
automóveis por um motorista.Note que, sendo um amplificador do sinal de erro, sempre tem que haver 
um erro após o transitório, período inicial durante o qual o controlador reage intensamente, para manter 
acionado o atuador. É o erro de regime permanente, que é inversamente proporcional ao ganho do 
controlador. O regime permanente é a fase após o transitório, durante o qual a saída permanece quase 
estável (controlada),este erro limita a precisão do controle proporcional. 
7.6.3 Controle Integral: 
Este controle utiliza um integrador como controlador. O integrador é um circuito que executa a operação 
matemática da integração, que pode ser descrita como o somatório dos produtos dos valores instantâneos 
da grandeza de entrada por pequenos intervalos de tempo, desde o instante inicial até o final (período de 
integração). Isto corresponde à área entre a curva da grandeza e o eixo do tempo, num gráfico. 
Se a grandeza for constante, G, a integral desta entre um tempo t1 = 0 e um tempo t2 será igual a G t2, 
que corresponde à área, no gráfico da grandeza, de um retângulo naquele intervalo de tempo. Se fizermos 
um gráfico da integral desde o tempo t1 até t2, teremos uma reta desde 0 até G t2, pois a área (ou o 
somatório) irá aumentando à medida que o tempo passa.O uso do integrador como controlador faz com 
que o sistema fique mais lento, pois a resposta dependerá da acumulação do sinal de erro na entrada, mas 
leva a um erro de regime nulo, pois não é necessário um sinal de entrada para haver saída do controlador, 
e acionamento do atuador após o período transitório. Assim o controle é muito preciso, embora mais 
lento. 
 
 
110 
7.6.4 Controle proporcional e integral: 
É a combinação dos dois controles anteriores, realizada pela soma dos sinais vindos de um amplificador e 
um integrador,este controlador alia a vantagem do controle proporcional, resposta mais rápida, com a do 
integral, erro de regime nulo. É mais usado que os anteriores. 
7.6.5 Controle proporcional e derivativo: 
Combinação entre o controle proporcional e o derivativo, que se baseia no diferenciador, um circuito que 
executa a operação matemática derivada. Esta pode ser entendida como o cálculo da taxa (ou velocidade) 
de variação da grandeza de entrada, em relação ao tempo (ou outra grandeza). Isto se assemelha à média 
entre os valores da grandeza entre dois instantes, se estes instantes forem sucessivos (intervalo muito 
pequeno), esta média será a derivada da grandeza no instante inicial. Assim, a derivada indica a tendência 
de variação da grandeza. 
O controle apenas derivativo não seria viável, pois não responderia ao sinal de erro,mas somente à sua 
tendência de variação.Quando somada a saída proporcional do amplificador com a do diferenciador, 
ambos tendo o sinal de erro na entrada, têm o controlador proporcional e derivativo. 
A vantagem deste controle é a velocidade de resposta, que se deve à imediata reação do diferenciador: 
inicialmente, o erro é grande, e o diferenciador fornece um sinal forte ao atuador, que provoca rápida 
variação na grandeza controlada, à medida que o erro vai diminuindo, o diferenciador apresenta uma 
saída menor (de acordo com a velocidade de variação na grandeza), reduzindo a ação do atuador, o que 
evita que se passe (ou passe demais) do valor desejado (entrada).A desvantagem é que o diferenciador é 
um circuito muito susceptível a ruídos de alta freqüência, pois é um filtro passa-alta, o que pode levar a 
distúrbios durante o processo de controle. 
7.6.6 Controle proporcional, integral e derivativo: 
É a combinação do anterior com o integral. Isto se faz somando os sinais de saída de um amplificador, um 
diferenciador e um integrador, todos eles com o sinal de erro aplicado na entrada.Assim, temos um 
compromisso entre a velocidade de atuação, devida ao diferenciador, e erro de regime nulo (precisão), 
devido ao integrador.Este é o mais usado dos tipos de controle eletrônicos. 
Os parâmetros deste sistema podem ser alterados ajustando-se os potenciômetros (que alteram as 
constantes de integração e diferenciação), o que dá flexibilidade a estes sistemas analógicos somente 
superados pelos digitais,cabe dizer a nossa planta de energia. 
 
 
111 
7.6.7 Algoritmo de Controle 
O tipo mais simples de controlador é o liga-desliga ou on-off. Matematicamente, sua ação pode ser 
descrita como: 
e > e1 => CO = 1 
e < e2 => CO = 0 
onde e1 > e2 são valores predeterminados. Se o erro estiver no intervalo [e2, e1], a saída não é alterada. 
Este intervalo costuma ser denominado banda morta. Este tipo de controle é comum em equipamentos 
térmicos (geladeiras, condicionadores de ar).Os controladores com ação proporcional determinam a saída 
por meio da ação, eKbiasMV c .+= ,onde bias representa o sinal de saída na condição "neutra". Kc é 
chamado de ganho do controlador,também se encontra o termo Kp.Alguns livros e catálogos ainda usam 
o termo banda proporcional ao invés do ganho. A banda proporcional, expressa em percentagem, é o 
inverso do ganho: 
 
O ganho do controlador pode ser positivo ou negativo. O sinal do ganho define a ação do controlador, que 
pode ser direta ou reversa.Se tivermos ganho positivo e mantivermos constante o setvalue, qual será a sua 
resposta a uma variação da PV? Se a PV aumenta, o erro diminui (e = SV - PV) e conseqüentemente a 
saída CO ou MV diminui. Este comportamento é chamado de ação reversa. 
Ganhos negativos fazem com que MV aumente quando a PV aumenta: ação direta. 
IMPORTANTE: a ação do controlador (direta/ reversa) deve ser escolhida de forma compatível com a 
ação do elemento final de controle (falha abre/ falha fecha), de modo que a ação conjunta (controlador + 
elemento final) seja adequada aos objetivos de controle. 
Os controladores de ação integral obedecem à equação: 
 
Os controladores de ação derivativa obedecem à equação: 
 
 
É possível associar estas ações P (proporcional), I (integral) e D (derivativa) obtendo algoritmos 
 
 
112 
compostos (PI, PD, PID). A equação de um controlador PID pode ser dada por: 



 +++= ∫ dt
deddte
i
eKcbiasMV τ
τ
..1 
Onde temos que : 
P : termo proporcional dado em (%) 
e : termo que se relaciona ao erro entre SV e PV 
I : termo relativo à integral 
D: termo derivativo 
A equação utilizada nos blocos PID da série YTA é um algoritmo I.PD, no modulo 4 veremos com maior 
nível de detalhe as possíveis formas de controle PID, a equação de saída do nosso PID em nosso sistema 
pode ser escrita assim: 
( ) ( )





 ∆Ρ∆
∆Τ
Τ
+−
Τ
∆Τ
+∆Ρ=∆ VndSPnPVn
i
VnKMVn 
 
onde: 
 ∆Τ= Período de controle 
 Κ = Ganho 
 Ti = Tempo integral 
Vn∆Μ = Alteração no sinal de saída 
Vn∆Ρ = Alteração entre ( )1PVnPVn − 
7.6.8 Desempenho de controladores 
Qualitativamente, o desempenho de um controlador pode ser avaliado pela sua capacidade de manter a 
variável controlada próximo ao valor desejado (setvalue), mesmo em presença de perturbações externas. 
Em aplicações práticas, porém, pode ser desejável "medir" o desempenho de um controlador por meio de 
um índice que permita buscar melhoras de desempenho. Alguns índices sugeridos na literatura e na 
prática são dados a seguir. Em geral, eles consideram a resposta do controlador a uma perturbação em 
degrau. 
 coeficiente de amortecimento, obtido ao comparar a resposta do controlador à de um sistema de 
segunda ordem; Luyben, por exemplo, recomenda um valor entre 0,3 e 0,5; 
 overshoot, ou seja, o máximo desvio do setvalue observado logo após a perturbação; 
 
 
113 
 velocidade de resposta, definida como o tempo necessário para atingir o setvalue (não 
necessariamente se estabilizando no setvalue); 
 taxa de descaimento, medida como a razão entre as amplitudes de duas oscilações sucessivas; 
 tempo de resposta, considerado como o tempo a partir do qual as oscilações se limitam a uma 
certa fração (geralmente 5%) da mudança de setvalue; 
 diversos índices calculados por integração de uma função do erro ao longo do tempo: ISE (integral 
do quadrado do erro), IAE (integral do valor absoluto do erro) ou ITAE (integral do produto entre 
tempo e valor absoluto do erro). 
Cada critério tem suas vantagens e desvantagens, e têm fornecido material para muitas discussões na 
literatura. Shinskey (Feedback controllers for the process industries, McGraw-Hill, 1994) discute os 
méritos relativos de diversos índices de desempenho e situações em que eles não se aplicam. 
Todos os critérios acima "premiam" a capacidade de levar a variável controlada para próximo do 
setvalue. Em alguns casos, isto não é necessário nem desejável: por exemplo, uma malha de controle de 
nível em um tanque pulmão não precisa ser mantida junto ao setvalue (qual seria a conseqüência?). Antes 
de aplicar um critério de desempenho qualquer, verifique antes se ele faz sentido para a aplicação. Outro 
aspecto não considerado nos índices de desempenho é a robustez do controlador. É possível ajustar um 
controlador com um excelente desempenho para perturbações pequenas, mas que seja instável quando 
ocorrer uma perturbação maior. 
O controle on-off, evidentemente, não consegue manter a variável em um setvalue. O comportamento da 
variável controlada equivale a uma oscilação próxima aos valores equivalentes aos comandos on e off do 
controlador. A figura a seguir ilustra a resposta de um sistema sob controle on-off, mostrando que a 
oscilação não é necessariamente senoidal. A linha vermelha indica o valor desejado da variável 
controlada; observe que a média não equivale necessariamente ao valor desejado. 
 
Uma característica interessante do controle on-off é que o valor médio da variável controlada muda 
conforme a perturbação externa. Este efeito é observado em sistemas de condicionamento de ar: mantido 
o setvalue, a temperatura média é mais alta em dias quentes. 
 
 
114 
A figura a seguir ilustra o comportamento de uma variável controlada por um controlador proporcional 
após uma perturbação externa em degrau. O setvalue é indicado pela linha vermelha. Uma característica 
do controlador proporcional é que ele não consegue "zerar" o desvio do setvalue, deixando um erro 
residual (offset). Explique por que o controlador não consegue mudar a variável controlada quando ele 
atinge a região do offset.Ao adicionarmos a integral do erro, o controlador passa a não tolerar que um desvio do setvalue seja 
mantido por muito tempo. Desta forma, elimina-se o problema do offset. 
A ação derivativa tira proveito da informação de processo que permite prever, em curto prazo, a tendência 
da variável de processo. Assim, ao observar que a variável está aumentando, a ação derivativa atuará no 
sentido de reduzi-la, mesmo que o erro e a integral do erro apontem em outra direção. Desta forma, a ação 
derivativa torna a resposta do controlador mais rápida. Os usos de ação derivativos requerem cuidados, e 
deve ser evitada em variáveis cuja medição esteja sujeita a ruídos (como vazão em escoamento 
turbulento). 
Neste caso, o comportamento oscilante da vazão faz com que a derivada mude continuamente de 
sinal,com efeito negativo sobre o desempenho do controlador. A ação derivativa deve ser evitada em 
situações onde o erro varie bruscamente, em forma de degrau. 
Um exemplo é dado por cromatógrafos de processo, que atualizam suas leituras em intervalos de alguns 
minutos: nestes instantes, a derivada é infinita; um controlador PID abre ou fecha completamente a 
válvula de controle nesta situação. Outro exemplo ocorre quando o setvalue é alterado pelo operador, 
especialmente em sistemas digitais. Atualmente,uma das formas de evitar este problema consiste em 
calcular a derivada da variável de processo (PV) em vez da derivada do erro. 
7.6.9 Sintonia 
Os controladores possuem parâmetros ajustáveis que permitem alterar seu comportamento de modo a 
obter o melhor desempenho para uma dada aplicação. O ganho do controlador, por exemplo, está 
relacionado à agressividade do controlador: ganhos altos fazem com que o controlador atue com 
mudanças rápidas na saída, enquanto ganhos baixos fazem com que a saída se altere pouco, 
caracterizando um comportamento mais passivo do controlador. Um campo interessante da teoria de 
controle, com muita aplicação prática, é a sintonia de controladores. 
 
 
115 
Hoje, dispomos de um conjunto de regras empíricas e matemáticas que permitem sistematizar a busca de 
melhores desempenhos, sem comprometer a segurança do processo. As regras empíricas gerais podem ser 
encontradas na literatura.Ziegler e Nichols foram os primeiros a sistematizar, com dois métodos 
extremamente simples e facilmente aplicáveis na indústria. 
Estes métodos devem ser encarados como uma forma sistemática de obter uma primeira aproximação (em 
geral conservadora), a ser melhorada. O método de sintonia em malha fechada consiste em deixar o 
sistema em controle proporcional, aumentando o ganho até obter uma oscilação de amplitude constante. 
Este ganho é denominado ganho limite (Ku), já que ganhos maiores levariam à instabilidade. 
 O período de oscilação nesta situação é chamado de Pu. Ziegler e Nichols propuseram que a seguinte 
tabela fosse utilizada para determinar os parâmetros de sintonia: 
 Kc tau (I) tau (D) 
controlador P Ku/2 
controlador PI Ku/2,2 Pu/1,2 
controlador PID Ku/1,7 Pu/2 Pu/8 
Hoje em dia existem diversas ferramentas de software que permitem obter os dados em tempo real (por 
meio de um sistema de controle) durante transientes. A análise destes dados permite identificar o 
comportamento do processo e propor parâmetros para a sintonia de controladores. 
7.6.10 Variações de Controles 
Os controladores estudados anteriormente se caracterizam por uma relação biunívoca entre uma variável 
controlada e uma variável manipulada. Em diversas situações, é interessante utilizar formas distintas de 
relacionar mais de uma variável controlada e/ ou mais de uma variável manipulada.Uma das formas mais 
simples é a atuação do controlador em duas válvulas (split-range) distintas, cada válvula correspondendo 
a uma faixa da saída do controlador. Neste caso, uma única variável controlada permite a manipulação de 
duas outras variáveis. Observe que, neste exemplo, dependendo das faixas de atuação, somente uma 
variável é manipulada de cada vez. Neste capítulo, estudaremos algumas estratégias de controle que 
fazem uso de mais de duas variáveis em uma malha de controle fechada. 
ControleRazão: 
Uma situação muito comum em unidades de processo é a necessidade de manter uma relação entre 
quantidades. Em unidades com escoamento contínuo, isto se traduz na necessidade de manter uma razão 
entre vazões de correntes distintas. O controle da razão é fundamental em processos com reação química, 
onde se deseja manter uma relação estequiométrica entre reagentes (relação ar/ combustível em uma 
 
 
116 
fornalha, por exemplo), em processos de separação (refluxo em colunas de destilação) e de mistura 
(blending).Geralmente, uma das vazões é determinada por outros sistemas da unidade ou fora dela. O 
objetivo do sistema de controle, então, é manipular a outra vazão para que, mesmo que a primeira vazão 
varie, a razão permaneça o mais constante possível.Uma forma de implementar o controle de razão 
consiste em medir as duas vazões e calcular a razão entre elas. Este valor calculado passa a ser a PV para 
um controlador de razão (FFC), que recebe um setvalue e manipula uma das vazões para que ela fique 
proporcional à outra. 
 
Esta implementação apresenta uma desvantagem: em determinadas situações (partida, emergências), pode 
ser necessário controlar a vazão e não a razão. Um outro esquema, freqüentemente utilizado na prática, é 
o de utilizar um controlador de vazão para a segunda corrente de processo que opere em três modos: 
manual, automático e razão. Os modos manual e automático são os tradicionais; o modo automático 
permite que o operador forneça um setvalue de vazão. O modo razão utiliza um elemento (FY) que 
multiplica a vazão da primeira corrente por um setvalue de razão, determinando assim o setvalue do 
controlador de vazão. 
 
 
 
117 
 
ControleCascata 
Provavelmente, a estratégia de controle avançado mais aplicada na prática é o controle em cascata. O 
controle em cascata utiliza pelo menos duas variáveis controladas para atuar sobre uma única variável 
manipulada.O controle em cascata consiste de duas ou mais malhas de controle integradas. A malha 
interna contém a válvula e o controlador chamado escravo. A malha externa abrange o outro controlador, 
denominada controlador mestre, cuja saída fornece o setvalue para o controlador-escravo. 
 
 
O controle em cascata é eficaz em situações onde existem perturbações a serem eliminadas. É o caso do 
controle de temperatura pela injeção de vapor: caso fosse utilizado apenas um controlador de temperatura 
atuando diretamente sobre a válvula de vapor, não haveria como compensar eventuais variações de 
pressão na linha de vapor. O uso de um controlador de vazão escravo permite atuar de forma diferenciada 
durante as variações de pressão.Em alguns casos, o controle em cascata tem um desempenho melhor do 
que o controle simples por uma única variável. Exemplos em sala de aula.Um exemplo comparativo de 
estratégias de controle tradicional e avançado pode ser encontrado na homepage de Paul Henry. Selecione 
o item "Process control" e compare os esquemas de controle de nível de água em caldeiras com um, dois 
ou três elementos. 
Controle Seletivo 
 
 
118 
Existem processos em que uma variável manipulada, que interfere sobre mais de uma variável de 
processo, exige estratégias diferentes dependendo do estado do processo. A vazão de vapor para o fundo 
de uma coluna de destilação, por exemplo, afeta a temperatura do fundo e, pela vaporização do líquido, o 
nível do fundo da coluna. Em uma situação normal de operação, provavelmente se deseja que a vazão de 
vapor seja utilizada para controlar a temperatura do fundo, mas se o nível estiver muitobaixo, pode 
passar a ser prioritário o controle do nível de fundo, para evitar a perda de sucção das bombas de descarga 
e talvez o entupimento do refervedor.O controle seletivo opera por meio de elementos comparadores, que 
selecionam o maior ou o menor entre dois ou mais sinais, enviando somente um deles à válvula de 
controle ou ao,controlador-(escravo). 
Controle Inferencial 
Em alguns casos, a variável a ser controlada não pode ser medida de forma econômica. Uma abordagem é 
o controle inferencial, em que a variável controlada não é medida diretamente e sim calculada a partir de 
outras variáveis de processo que podem ser medidas mais facilmente.Um exemplo típico é o controle de 
composição. Em misturas binárias em fase vapor, a composição pode ser determinada a partir da pressão 
e da temperatura por meio de uma equação de estado.Outro exemplo extremamente comum é o controle 
de vazão mássica, que pode ser feito a partir de medições da vazão volumétrica, da temperatura e (no caso 
de gases) da pressão. Exemplos mais sofisticados incluem o cálculo do excesso de ar ou da carga térmica 
de uma fornalha e a modelagem de propriedades físicas de produtos (índice de octanagem de gasolinas, 
ponto de fluidez de plásticos, etc.). 
 
Controle Feedforward 
A implementação de estratégias de controle feedforward normalmente envolve o conhecimento de 
modelos do processo que permitam determinar o melhor valor da variável manipulada a partir do valor 
atual da(s) variável (is) monitorada(s). 
A imprecisão do modelo é um aspecto de segurança importante que dificilmente permite a implementação 
de estratégia feedforward "puras". Em geral, o valor calculado pelo controlador feedforward é enviado a 
um controlador feedback, aumentando a robustez do sistema. 
Controle Multivariável 
O uso de modelos que representam o comportamento dinâmico do processo permite a implementação de 
controladores que, por meio de simulação, podem calcular mais de um valor de saída, a partir de mais de 
uma variável de processo. Controladores que apresentam diversas PVs e diversas saídas são denominados 
 
 
119 
controladores multivariáveis.Um dos controladores multivariáveis mais utilizados é o DMC (dynamic 
matrix control), ou suas variações. Este tipo de controlador é descrito no item 8.9 do livro texto, e não 
será incluído nesta homepage devido à grande quantidade de equações. 
Outras estratégias de controle avançado 
Com a facilidade de implementação de algoritmos complexos em máquinas capazes de efetuar os cálculos 
necessários em tempo hábeis diversas estratégias diferentes de controle avançado estão sendo utilizadas. 
Um dos campos recentes que recebe muita atenção (especialmente de marketing) é a aplicação de redes 
neurais e outras ferramentas derivadas do estudo de inteligência artificial (fuzzy logic, sistemas 
especialistas baseados em regras). controle PID, sem grandes análises e rigorismos matemáticos, visando 
introduzir a técnica aos iniciantes e aprimorar o conhecimento dos já iniciados, com a abordagem mais 
prática e simplificados possíveis. 
 
Noções preliminares: 
 
Algumas definições de siglas e termos utilizados neste artigo: 
 
PV: Process Variable ou variável de processo. Variável que é controlada no processo, como temperatura, 
pressão, umidade, velocidade de motor, etc. 
 
SV ou SP: Set-point. Valor desejado para a variável de processo. 
 
MV: Variável Manipulada. Variável sobre a qual o controlador atua para controlar o processo, como 
posição de uma válvula, tensão aplicada a uma resistência de aquecimento, etc. 
 
Erro ou Desvio: Diferença entre SV e PV. SV-PV para ação reversa e PV-SV para ação direta. 
 
Ação de controle: Pode ser reversa ou direta. Define genericamente a atuação aplicada à MV na 
ocorrência de variações da PV. 
 
Ação Reversa: Se PV aumenta, MV diminui. Tipicamente utilizada em controles de aquecimento. 
 
Ação Direta: Se PV aumenta, MV aumenta. Tipicamente utilizada em controles de refrigeração. 
A técnica de controle PID consiste em calcular um valor de atuação sobre o processo a partir das 
informações do valor desejado e do valor atual da variável do processo. Este valor de atuação sobre o 
 
 
120 
processo é transformado em um sinal adequado ao atuador utilizado (válvula, motor, relé), e deve garantir 
um controle estável e preciso. 
 
 
 
De uma maneira bem simples, o PID é a composição de três ações quase intuitivas, conforme resume o 
quadro a seguir: 
P CORREÇÃO PROPORCIONAL AO ERRO 
A correção a ser aplicada ao 
processo deve crescer na proporção 
que cresce o erro entre o valor real 
e o desejado. 
I 
CORREÇÃO PROPORCIONAL AO PRODUTO ERRO x 
TEMPO 
Erros pequenos, mas que existem 
há muito tempo requer correção 
mais intensa. 
D 
CORREÇÃO PROPORCIONAL À TAXA DE 
VARIAÇÃO DO ERRO 
Se o erro está variando muito 
rápido, esta taxa de variação deve 
ser reduzida para evitar oscilações. 
 
Equação básica do controlador PID 
A equação mais usual do PID é apresentada a seguir: 
 
Onde Kp, Ki e Kd são os ganhos das parcelas P, I e D, e definem a intensidade de cada ação. 
Equipamentos PID de diferentes fabricantes implementam esta equação de diferentes maneiras. É usual a 
adoção do conceito de “Banda Proporcional” em substituição a Kp, “Tempo derivativo” em substituição 
a Kd e “Taxa Integral” ou “Reset” em substituição a Ki, ficando a equação da seguinte forma. 
 
 
 
121 
Aonde Pb, Ir e Td estão relacionados à Kp, Ki e Kd e serão individualmente abordados ao longo deste 
texto. 
 
 
 
 
Controle Proporcional 
No controle Proporcional, o valor de MV é proporcional ao valor do desvio (SV-PV, para ação reversa de 
controle), ou seja, para desvio zero (SV=PV), MV=0; à medida que o desvio cresce, MV aumenta até o 
máximo de 100%. O valor de desvio que provoca MV=100% define a Banda Proporcional (Pb). Com Pb 
alta, a saída MV só irá assumir um valor alto para corrigir o processo se o desvio for alto. Com Pb baixa, 
a saída MV assume valores altos de correção para o processo mesmo para pequenos desvios. Em resumo, 
quanto menor o valor de Pb, mais forte é a ação proporcional de controle. A figura a seguir ilustra o efeito 
da variação de Pb no controle de um processo. 
 
Figura 1 – Efeito da redução de PB no comportamento de PV 
Em (1.A), com a banda proporcional grande, o processo estabiliza, porém muito abaixo do set-point. Com 
a diminuição da banda proporcional (1. B), a estabilização ocorre mais próximo do set-point, mas uma 
redução excessiva da banda proporcional (1. C) pode levar o processo à instabilidade (oscilação). O ajuste 
da banda proporcional faz parte do processo chamado de Sintonia do controle.Quando a condição 
desejada (PV=SV) é atingida, o termo proporcional resulta em MV=0, ou seja, nenhuma energia é 
entregue ao processo, o que faz com que volte a surgir desvio. Por causa disto, um controle proporcional 
puro nunca consegue estabilizar com PV=SV.Muitos controladores que operam apenas no modo 
Proporcional adicionam um valor constante à saída de MV para garantir que na condição PV=SV alguma 
 
 
122 
energia seja entregue ao sistema, tipicamente 50%. Este valor constante é denominado Bias (polarização), 
e quando ajustável permite que se obtenha uma estabilização de PV mais próxima a SV. 
 
 
 
 
 
 
 
Incluindo o controle Integral - PI 
O integral não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separado de uma 
ação proporcional. A ação integral consiste em uma resposta na saída do controlador (MV) que é 
proporcional à amplitude e duração do desvio. A ação integral tem o efeito de eliminar o desviocaracterístico de um controle puramente proporcional.Para compreender melhor, imagine um processo 
estabilizado com controle P, conforme apresentado na figura 2. A. 
 
Figura 2 – Efeito da inclusão do controle Integral - PI 
Em 2. A, PV e MV atingem uma condição de equilíbrio em que a quantidade de energia entregue ao 
sistema (MV), é a necessária para manter PV no valor em que ela está. O processo irá permanecer estável 
nesta condição se nenhuma perturbação ocorrer. Apesar de estável, o processo não atingiu o set-point 
(SV), existindo o chamado Erro em Regime Permanente.Agora observe a figura 2.B, onde no instante 
assinalado, foi incluída a ação integral. Observe a gradual elevação do valor de MV e a conseqüente 
eliminação do erro em regime permanente. Com a inclusão da ação integral, o valor de MV é alterado 
progressivamente no sentido de eliminar o erro de PV, até que PV e MV alcancem um novo equilíbrio, 
 
 
123 
mas agora com PV=SV.A ação integral funciona da seguinte maneira: A intervalos regulares, a ação 
integral corrige o valor de MV, somando a esta o valor do desvio SV-PV. Este intervalo de atuação se 
chama Tempo Integral, que pode também ser expresso por seu inverso, chamado Taxa Integral (Ir). O 
aumento da Taxa Integral – Ir – aumenta a atuação do Integral no controle do processo.A ação integral 
tem como único objetivo eliminar o erro em regime permanente, e a adoção de um termo integral 
excessivamente atuante podem levar o processo à instabilidade. A adoção de um integral pouco atuante 
retarda em demasia a estabilização PV=SV. 
 
 
Incluindo o controle derivativo - PD 
O derivativo não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separado de uma 
ação proporcional. A ação derivativa consiste em uma resposta na saída do controlador (MV) que é 
proporcional à velocidade de variação do desvio. A ação derivativa tem o efeito de reduzir a velocidade 
das variações de PV, evitando que se eleve ou reduza muito rapidamente.O derivativo só atua quando há 
variação no erro. Se o processo está estável, seu efeito é nulo. Durante perturbações ou na partida do 
processo, quando o erro está variando, o derivativo sempre atua no sentido de atenuar as variações, sendo, 
portanto sua principal função melhorar o desempenho do processo durante os transitórios. 
A figura 3 compara respostas hipotéticas de um processo com controle P (A) e PD (B): 
 
Figura 3 – Comparação de um controle P com um controle PD 
No controle P (figura 3. A), se a banda proporcional é pequena, é bem provável que ocorra ‘overshoot’, 
onde PV ultrapassa SV antes de estabilizar. Isto ocorre pelo longo tempo em que MV esteve no seu valor 
máximo e por ter sua redução iniciada já muito próxima de SV, quando já é tarde para impedir o 
overshoot. Uma solução seria aumentar a banda proporcional, mas isto aumentaria o erro em regime 
permanente. Outra solução é incluir o controle derivativo (figura 3. B), que reduz o valor de MV se PV 
 
 
124 
está crescendo muito rápido. Ao antecipar a variação de PV, a ação derivativa reduz ou elimina o 
overshoot e as oscilações no período transitório do processo.Matematicamente, a contribuição do 
derivativo no controle é calculada da seguinte maneira: A intervalos regulares, o controlador calcula a 
variação do desvio do processo, somando à MV o valor desta variação. Se PV está aumentando, o desvio 
está reduzindo, resultando em uma variação negativa, que reduz o valor de MV e conseqüentemente 
retarda a elevação de PV. A intensidade da ação derivativa é ajustada variando-se o intervalo de cálculo 
da diferença, sendo este parâmetro chamado Tempo Derivativo – Td. O aumento do valor de Td aumenta 
a ação derivativa, reduzindo a velocidade de variação de PV. 
 
 
Controle PID··Ao unir as três técnicas consegue unir o controle básico do P com a eliminação do 
erro do I e com a redução de oscilações do D, mas se cria a dificuldade de ajustar a intensidade da cada 
um dos termos, processo chamado de sintonia do PID. 
 
 
 
Sintonia do controle PID? 
 
A bibliografia de controle apresenta diversas técnicas para sintonia, tanto operando o processo em manual 
(malha aberta) quanto em automático (malha fechada). Foge ao objetivo deste artigo apresentar estas 
técnicas. A grande maioria dos controladores PID industriais incorporam recursos de “Auto Tune”, em 
que o controlador aplica um ensaio ao processo e obtém o conjunto de parâmetros do PID (Pb, Ir e Td). 
Para a maior parte dos processos, este cálculo é adequado, mas em muitos casos, é necessária a correção 
manual para atingir um desempenho de controle mais satisfatório (menos overshoot, estabilização mais 
rápida, etc.). 
Para efetuar manualmente esta correção, é fundamental a compreensão dos princípios de funcionamento 
aqui expostos. A seguir são apresentadas diretrizes para otimização manual do desempenho de um 
controlador PID. 
Corrigindo manualmente o PID 
 
Em muitos casos é necessário ajuste da sintonia após a conclusão do Auto Tune. Este ajuste é manual e 
deve ser feito por tentativa e erro, aplicando uma alteração nos parâmetros PID e verificando o 
desempenho do processo, até que o desempenho desejado seja obtido. Para isto é necessário 
 
 
125 
conhecimento do efeito de cada parâmetro do PID sobre o desempenho do controle, além de experiência 
em diferentes processos. 
As definições de um bom desempenho de controle são também bastante variadas, e muitas vezes o 
usuário espera de seu sistema uma resposta que ele não tem capacidade de atingir, independente do 
controlador utilizado. É comum o operador reclamar que a temperatura do forno demora muita a subir, 
mas o controlador está com MV sempre a 100%, ou seja, não tem mais o que fazer para acelerar. 
Também às vezes o operador quer velocidade, mas não quer overshoot, o que muitas vezes é conflitante. 
Na avaliação do desempenho do controlador, é importante analisar o comportamento da PV e MV, e 
verificar se o controlador está atuando sobre MV nos momentos adequados. Coloque-se no lugar do 
controlador e imagine o que você faria com a MV, e compare com a ação tomada pelo controlador. À 
medida que se adquire experiência, este tipo de julgamento passa a ser bastante eficiente. 
A tabela 1 a seguir resume o efeito de cada um dos parâmetros sobre o desempenho do processo: 
Parâmetro Ao aumentar, o processo... Ao diminuir, o processo... 
Pb 
Torna-se mais lento. 
Geralmente se torna mais estável ou 
menos oscilante. 
Tem menos overshoot 
Torna-se mais rápido 
Fica mais instável ou mais oscilante 
Tem mais overshoot 
Ir 
Torna-se mais rápido, atingindo 
rapidamente o set-point 
Fica mais instável ou mais oscilante 
Tem mais overshoot. 
Torna-se mais lento, demorando em atingir o set-point 
Fica mais estável ou mais oscilante. 
Tem menos overshoot. 
tD 
Torna-se mais lento. 
Tem menos overshoot 
Tem mais overshoot 
Tabela 1 – O efeito de cada parâmetro PID sobre o processo 
 
 
 
 
 
 
126 
A tabela 2 a seguir apresenta sugestões de alteração nos parâmetros PID baseadas no comportamento do 
processo, visando sua melhoria: 
Se o desempenho do processo... Tente uma a uma as opções: 
Está quase bom, mas o overshoot está um pouco alto. 
Aumentar PB em 20% 
Diminuir IR em 20% 
Aumentar DT em 50% 
Está quase bom, mas não tem overshoot e demora em 
atingir o set-point. 
Diminuir PB em 20% 
Aumentar IR em 20% 
Diminuir DT em 50% 
Está bom, mas MV está sempre variando entre 0% e 
100% ou está variando demais. 
Diminuir DT em 50% 
Aumentar PB em 20% 
Está ruim. Após a partida, o transitório duro vário 
períodos de oscilação, que reduz muito lentamente ou 
não reduz.Aumentar PB em 50% 
Está ruim. Após a partida avança lentamente em direção 
ao set-point, sem overshoot. Ainda está longe do set-
point e MV já é menor que 100% 
Diminuir PB em 50% 
Aumentar IR em 50% 
Diminuir DT em 70% 
Tabela 2 – Como melhorar o desempenho do processo 
 
 
 
 
 
 
 
127 
8 CONTROLES DE CALDEIRAS 
O objetivo aqui é explicar aspectos conceituais e práticos envolvidos nos controles de uma caldeira,o 
controle das variáveis de processo tem aspectos tecnologicos e economicos envolvidos,tratando sobre o 
aspecto economico temos o controle de combustão ,vamos aqui ver os aspectos principais do controle de 
combustão. 
8.1 ECONOMIA NA GERAÇÃO DE VAPOR 
Podemos fazer uma analogia do consumo de combustivel de uma caldeira com o consumo de combustivel 
de nosso carro (guardando as devidas proporções).Um carro com os pneus descalibrados se desloca de 
uma cidade a outra , assim como uma caldeira com a atomização deficiente gera vapor . Em ambos os 
casos os objetivos serão alcançados , porém com elevado consumo de combustível . Os custos da queima 
de combustíveis industriais sempre foram muito dispendiosos e isto implica em elemento operacional 
cuja variação de valor agrava a gestão econômica na planta industrial. Com o progresso tecnológico 
exigindo sempre mais dos sistemas e equipamentos térmicos , surge a necessidade de uma regulagem 
mais fina e adequada de um sistema de queima para se evitar perdas excessivas de calor e combustível . 
8.2 OPERANDO UM SISTEMA DE QUEIMA 
Para que possa operar economicamente um sistema de queima o operador deve ter alguns conhecimentos 
básicos sobre o processo de combustão , suas causas e efeitos .Na queima de óleos pesados ou leves a 
chama deve ser limpa , sem o aparecimento de fagulhas , de forma estável . E a fumaça na chaminé deve 
ser teoricamente invisível . A cor da chama deve ser bem definida , podendo variar de laranja claro para 
um amarelo reluzente brilhante .É fácil identificar o que acontece em uma caldeira quando os gases da 
combustão são cinzentos e fuliginosos . Certamente uma parte do combustível não queima e isso traduz 
perda de energia . Também é fácil obter considerável economia com a eliminação da fuligem através de 
simples ajuste na atomização do óleo e no ar de combustão . Porém , uma vez transparentes , os gases não 
oferecem referência visual alguma para a regulagem de combustão e , provavelmente ainda haja 
economia a se obter . 
Mesmo um operador experiente dificilmente conseguirá operar economicamente um sistema de queima 
com a simples observação da chama . Por mais acurada que seja sua visão , não conseguirá , por exemplo 
: distinguir excesso de ar entre 30% e 80 % .Assim sendo , não há maneira segura de se atuar sobre um 
processo de combustão a não ser medindo e observando um conjunto de parâmetros que , direta ou 
indiretamente , estejam a ela relacionados . 
 
 
 
128 
8.2.1 Ar Estequiométrico (Oxigênio Teórico) 
Quando o oxigênio fornecido ao processo é apenas o suficiente para queimar completamente os 
elementos combustíveis , diz-se então que a reação é estequiométrica .Quando a quantidade de oxigênio é 
maior , fala-se em excesso de oxigênio ; em caso contrário , fala-se em falta de oxigênio , situação na qual 
não se pode realizar a combustão completa dos elementos constituintes do combustível .Como 
usualmente o oxigênio é retirado do ar atmosférico fala-se em excesso de ar ou falta de ar . 
8.2.2 Composição Aproximada do Ar Atmosférico 
Nitrogênio = 79 % (Volume) = 77 % (Massa) 
Oxigênio = 21 % (Volume) = 23 % (Massa) 
(Densidade = 1,293 / Nm3) 
8.2.3 Qual o Valor Ideal do Co2 na Queima ? 
 O Co2 ideal é aquele que assegura uma combustão completa com alguma margem de segurança . Para se 
ter poucas perdas de calor , o CO2 deve ser o mais alto possível . Mas nem sempre isto é possível , pois 
nem sempre o CO2 alto significa bom rendimento , portanto somente a medição de CO2 não estabelece 
parâmetros de excesso de ar ideais para uma boa queima ,em instalações de queima a óleo recomenda-se 
checar o CO2 com a medição de O2 e da fuligem ,ajuste o valor máximo de CO2 com o menor índice de 
fuligem e o menor valor do oxigênio. 
8.2.4 Interpretação das Medições de Co2 
Um baixo teor de CO2 nos gases pode ter como causa prováveis os seguintes fatos: 
1. Tiragem excessiva 
2. Excesso de ar na queima 
3. Entrada de ar falso na fornalha 
4. Atomização 
5. Mistura imperfeita entre ar 
6. Combustível 
8.3 TEMPERATURA DOS GASES NA BASE DA CHAMINÉ 
Quanto maior for a temperatura dos gases maior será as perdas de calor sensível pela chaminé . Em 
caldeiras flamotubulares a temperatura deve situar-se em torno de 200 a 250 °C , porém , isto nem sempre 
é possível . Neste caso , procura-se recuperar esta forma de energia aquecendo-se a água de alimentação 
de caldeiras , em média , para cada 6oC de aumento de temperatura na água de alimentação há uma 
 
 
129 
economia de 1% no combustível queimado . Ou pré - aquecendo o ar de combustão (recuperadores) , em 
média , para cada 22o C de aumento de temperatura do ar , obtém-se 1% de economia de combustível . A 
temperatura de saída dos gases , para queima de óleos ,deve ser superior ao ponto de orvalho do enxofre 
para não haver condensação excessiva e corrosão nas partes mais frias da caldeira .Inúmeras causas estão 
ligadas a temperatura excessiva dos gases na base da chaminé . A principal delas é o excesso de ar na 
queima . 
8.4 FULIGEM NOS GASES 
Entende-se por fuligem as partículas de carbono incombusto do óleo combustível, o método mais 
empregado para se verificar a qualidade da mistura é utilizando uma bomba de amostragens SMOKE 
TEST , este teste de fumaça baseia-se em detectar uma amostra gasosa e fazer sua comparação com uma 
escala padrão ,A escala de comparação do índice de fuligem possui l0 manchas de opacidade ; indo do 
branco (excesso de ar) ao negro (falta de ar) , as manchas correspondem ao nível de emissão destes 
particulados pela chaminé ,Este método desenvolvido pela SHEL-BACHARACH nos EUA é 
padronizados pelas normas ASTM e DIN para controle da combustão em queimadores a óleo leve , 
pesado ou carvões . 
INTERPRETAÇÃO DA ESCALA DE COMPARAÇÃO DE FULIGEM 
0 = Máximo (excesso de ar) 
l = Excelente (deve ser mantido) 
2 = Bom (pouca emissão de particulado) 
3 = Regular (pouca fuligem , mas pode melhorar) 
4 = Ruim (condição de máxima operação , já entra no campo visual ) 
5 = Insatisfatório (procure melhorar) 
6 = Insatisfatório (pode cair na densidade 20 % da escala RIGELMANN ) 
7 = Insatisfatório (admite-se até 3 minutos para câmaras frias) 
8 = Insatisfatório (desligue o queimador) 
9 = Insatisfatório (desligue o queimador e recomece novamente) 
 A fuligem não deve ultrapassar ao número 4 da escala . Acima deste haverá um depósito excessivo sobre 
as superfícies de troca , dificultando a transmissão de calor , além de aumentar a poluição do ar . 
 
 
 
130 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um depósito de l/8 de espessura de fuligem sobre os tubos pode aumentar o consumo de combustível em 
até 9 % . 
8.4.1 Causas Prováveis da Fuligem Excessiva : 
• Pulverização defeituosa 
• Água no óleo 
• Fagulhamento na chama 
• Viscosidade inadequada do óleo 
• Pressão inadequada do óleo / ar 
• Obstrução de dutos e filtros de óleo 
• Problemas no sistema de bombeamento de óleo 
• Bico do queimador sujo , danificado ou carbonizado 
8.5 CONTROLE DE COMBUSTÃO 
É fácil verificar que , para se ter uma economia nageração de vapor todo o processo de combustão tem 
que estar ajustado dentro dos parâmetros pré-estabelecidos . O que mantém as variáveis no setvalue 
desejável são instrumentos interligados formando as malhas de controle .As malhas de controle de 
combustão mantém a pressão do vapor , variando a vazão de combustível e de ar de combustão injetado 
no queimador . Quanto maior a vazão de combustível e de ar de combustão maior a troca de calor , maior 
a produção de vapor . Estas malhas também procuram manter a relação ar/combustível na faixa mais 
estreita possível pois , conforme visto anteriormente o excesso de ar influencia grandemente no 
 
 
 
131 
rendimento da caldeira . O valor do excesso de ar a ser utilizado depende dentre outros fatores da malha 
de controle de combustão utilizado . 
8.5.1 Pressão de Vapor 
O volume específico do vapor à pressão de 7,5 kg/cm2 é de 0,2317 m3/kg . Na pressão de projeto 
10kg/cm2 o volume específico é de 0,1808 m3/kg . Concluindo : quanto menor a pressão no tubulão maior 
o volume específico do vapor . Ou seja , uma menor quantidade de vapor ocupando o mesmo espaço do 
tubulão .Quando há um consumo de vapor repentino não existe vapor suficiente para manter a pressão no 
corpo da caldeira estável . Conseqüentemente a pressão do corpo cai . Neste caso , os operadores eram 
obrigados a fechar as serpentinas dos tanques amenizando o efeito da perda de pressão , direcionando 
todo o vapor para os trocadores de calor . 
8.5.2 Atomização 
A relação de 1,5 kg/cm2 no diferencial vapor/óleo é para se manter uma boa pulverização do óleo . Os 
resultados de uma pulverização incompletos são partículas de óleo que não foram atomizadas e por isso 
tem dificuldades de participar da combustão . 
8.5.3 Temperatura do Óleo 
Todo maçarico é projetado para trabalhar com uma determinada viscosidade , sair fora desta 
especificação compromete a pulverização ,o fabricante fornece a viscosidade de trabalho e a temperatura 
ideal é conseguida com a análise do óleo, com dois pontos de viscosidade a temperaturas diferentes 
traça-se uma reta de referencia no gráfico ASTM VISCOSIDADE X TEMPERATURA CHARTS FOR 
LIQUID PETROLEUM PRODUCTS .A temperatura ideal de queima obtem-se do encontro da 
viscosidade com a reta de referencia . 
8.5.4 Nível do Tubulão 
 
O nível do tubulão não compromete diretamente a combustão , no entanto se o nível estiver muito acima 
dos 50 % , tem-se problema de arraste de condensado junto com o vapor , diminuindo o título do vapor , 
noutras palavras : diminui o calor total do vapor . Para suprir a energia calorífica perdida , precisar-se-á 
de mais ar , mais óleo para se produzir mais vapor . 
 
 
 
132 
8.5.5 Excesso de Ar 
O oxigênio usado na reação química é retirado do ar atmosférico , sendo que o nitrogênio não participa 
da combustão , ou seja , quanto maior o volume de ar atmosférico introduzido na fornalha , maior 
também será o volume de nitrogênio que será aquecido e este levará esta energia para fora através da 
chaminé . Fato facilmente comprovado no indicador de temperatura localizado na chaminé da caldeira . 
8.6 CONCLUSÃO 
Novos ajustes na instrumentação precisam ser efetuados sempre em através de acompanhamento se faça 
necessário , pois só assim conseguiremos melhorar a combustão e conseqüentemente economizar mais 
combustível . É preciso possibilitar a malha de combustão trabalhar com menos excesso de ar e a malha 
de nível controla-lo um pouco acima de 50 % .A busca por melhores resultados na relação custo/benefício 
do gerador de vapor , deve continuar até se eliminar todos os desperdícios . 
 
 
133 
9 CONTROLE DE DESCARGA DE FUNDO DE CALDEIRA 
9.1 OBJETIVO: 
À medida que a caldeira produz vapor, acumulam-se os sais minerais que penetram no seu interior com a 
água de reposição. A concentração excessiva desses sais e conseqüente formação de incrustações nas 
instalações a jusante da caldeira comprometem o funcionamento eficiente de todo o sistema.Em muitas 
caldeiras, principalmente as de menor porte, é suficiente instalar uma válvula de descarga rápida (válvula 
de fundo de caldeira) para se obter a extração de lodo e sais. Mas as caldeiras de maior porte requerem, 
um dispositivo adicional para a dessalinização contínua e a automatização da válvula de descarga 
periódica 
9.2 VÁLVULA DE DESCARGA DE FUNDO 
 
A extração periódica de lodo e a dessalinização contínua são 
de importância vital para o funcionamento perfeito de caldeiras 
de vapor. 
A dessalinização contínua mantém a densidade da água na 
caldeira dentro dos limites admissíveis. Já a extração periódica 
do lodo, serve para conservar o fundo da caldeira livre do lodo, 
microorganismos e outras impurezas que aí se acumulam. Na 
maioria dos casos, é necessário adotar ambos os sistemas para 
se obter, a otimização de rendimento e segurança das 
instalações. 
 Mesmo quando a água de alimentação da caldeira for inteiramente abrandada e desmineralizada, é 
recomendável instalar válvulas de descarga periódica e de dessalinização contínua, pois qualquer falha 
nos equipamentos de tratamento da água ou em seus acessórios pode provocar a entrada de água não 
tratada na caldeira. A continuidade dos processos de vaporização e reposição de água, acarreta o aumento 
de concentração de impurezas na caldeira. Para evitar a conseqüente formação de incrustações nas suas 
paredes, adicionam determinados produtos químicos a água que modificam a constituição de certas 
impurezas, dando origem a partículas que se depositam no fundo da caldeira em forma de lodo. A mistura 
desse lodo com o oxigênio e gás carbônicos exerce ação corrosiva, danificando as paredes dos tubos da 
caldeira ou destruindo-os. O acúmulo progressivo das incrustações pode provocar tensões térmicas 
capazes de fender as paredes da caldeira ou rachar os rebites, Se as camadas de lodo atingir os tubos, as 
tensões térmicas ainda podem ser agravadas pela conseqüente retenção de calor, causando a destruição do 
 
 
134 
tubo.Para evitar estes problemas, cuja gravidade nem sempre é previsível, efetua-se a extração periódica 
do lodo através de válvulas instaladas no fundo das caldeiras. 
9.2.1 Requisitos Técnicos para uma Válvula de Descarga 
Obtém-se melhor efeito na extração de lodo utilizando-se válvulas que abrem instantaneamente e liberam 
a seção plena da passagem. Somente assim se consegue a aceleração brusca da descarga de água no fundo 
da caldeira, necessária para arrastar consigo o lodo, assim como bolhas de gases e outros corpos 
estranhos. A duração de descarga, normalmente não deve exceder a 3 segundos, para garantir por um 
lado, o máximo efeito de arraste e, por outro lado, minimizar as perdas de água. Além disso, as válvulas 
devem fechar automaticamente com a mesma instantaneidade da abertura, a fim de minimizar as perdas 
de pressão e água, e garantir o funcionamento normal de toda instalação, independente de eventual falha 
do operador.Outro fator importante, é à força de fechamento, que deve ser suficiente para fragmentar 
corpos estranhos e mesmo as mais duras incrustações existentes no meio efluente. Isto significa que, 
sejam quais forem as condições de serviços, a válvula deve sempre assegurar vedação estanque. Portanto, 
a dureza e a resistência do material empregado no obturador e na sede, deve corresponder a essas 
exigências. 
 
 
 
 
 
 
135 
9.2.2 Válvulas Comuns 
São dotadas de haste roscada, não podem ser abertas e fechadas complemente em tão curto espaço de 
tempo. Conforme o tipo, estas válvulas levam de 35 a 57 segundos para efetuar a drenagem. Portanto, a 
perda de água e queda da pressão são inteiramente desproporcionais emrelação à duração de apenas 3 
segundos de abertura total. Além disso, a conseqüente ausência de aceleração do fluxo (efeito da ação 
rápida) compromete o resultado desejado. A quantidade de lodo descarregado é insignificante. Além de 
não fecharem automaticamente, a força de fechamento destas válvulas depende da própria força física do 
operador. 
9.3 VÁLVULAS ESPECIAIS 
Válvula com mecanismo de ação rápida, abre instantaneamente a seção plena de passagem, conservando-
a livre durante o breve período de 3 segundos para a descarga e imprime ao fluxo a aceleração necessária 
para arrastar a máxima quantidade de lodo, com perdas mínimas de água e pressão. Ver. Fig. Abaixo. 
De adicionamento manual ou de pedal, são de manuseio simples, o que significa economia de tempo e 
mão de obra. Além disso, são de fechamento automático com dispositivo que fornecem uma força de até 
4000 Kgf, capaz de fragmentar incrustações e outros corpos estranhos, assegurando desta forma vedação 
estanque nas condições mais difíceis. A figura a seguir, mostra um gráfico com acionamento rápido. 
9.4 COMPARAÇÃO DA EFICIÊNCIA ENTRE AS VÁLVULAS ESPECIAIS E COMUNS 
O mecanismo de ação rápida abre instantaneamente toda a passagem, conservando-a livre durante todo o 
período de descarga do lodo, e imprime ao fluxo a aceleração necessária para arrastar a máxima 
quantidade de lodo. As perdas de água e de pressão são mínimas. 
 
 
 
 
 
136 
 
Se abrirmos válvulas do tipo convencional apenas durante 3 segundos 
para evitar as perdas acima descritas, elas não alcançam o seu curso 
completo. Por isso, ocorrem apenas perdas de água e pressão. Não há 
purga de lodo. 
 
 
a- As válvulas comuns levam 35 a 57 segundos para efetuar a drenagem, e quase todo este tempo é 
consumido para abrir e fechar a válvula. O desperdício de água e a queda de pressão, devido à 
lentidão do processo de abertura e fechamento, são desproporcional em relação ao breve período de 
abertura plena, apenas 3 segundos. Além disso, devido à ausência de aceleração brusca do fluxo, a 
eliminação do lodo é demasiadamente restrita. (Vide fig. Abaixo): 
9.4.1 Comparação de Custos 
 
 
 
A diferença entre as válvulas de descarga rápida e 
as válvulas de descarga comuns é notada 
principalmente na economia que proporcionam. 
Ao observarmos a figura a seguir, constatamos que 
as áreas totais dos gráficos representam as 
quantidades de água quente consumidas a cada 
descarga das válvulas. Como as vazões nominais 
são idênticas, todas as alturas são iguais. 
Isso significa que para o tipo (1) teremos o mínimo 
consumo possível, tomado como padrão. 
 
 
137 
Para o tipo (2), a quantidade é mais de 6 vezes para maior e para os tipos (3) e (4), 10 vezes maior. 
Considerando que uma caldeira de médio porte (10 toneladas\hora de vapor), trabalhe a pressão de 10 
Kg/cm2 e descarregue 4% de sua produção horária como condição necessária para manter os níveis lodo e 
sais dentro do tolerável, e sabendo-se ainda que 1 tonelada de óleo combustível gera, aproximadamente, 
13 toneladas de vapor saturado nesta pressão, teremos um consumo de aproximadamente 31 Kg de óleo, 
apenas para suprir o consumo horário das descargas normais de uma válvula de descarga rápida. 
Chegamos, então, à conclusão de que desperdiçaríamos mais de 155 Kg de óleo por hora se usássemos 
uma válvula tipo (2) ou ainda 280 Kg se fosse uma do tipo (3) ou (4) . 
 
 
 
 
 
 
 
138 
10 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO 
10.1 CONCEITO: 
Sistema – Conjunto integrado de dispositivos que se completam no cumprimento das suas funções 
Controle – Com vistas a manter o comportamento de um dado processo dentro do pré-estabelecido 
Distribuído – Descentralização dos dados,do processamento e das decisões, isto agregado ao fato de 
oferecer uma estação de operação de grande resolução, permitindo o interfaceamento com clps, 
equipamentos inteligentes e sistemas de rede 
10.2 ESTAÇÃO DE CONTROLE 
A estação de Controle tem as seguintes características: 
 Tecnologia estado da arte; 
 Possibilidade de expansões futuras; 
 Robustez; 
 Redundância de processadores, fontes e de redes de comunicação; 
 Alta performance de processadores garantindo tempo de varredura máximo de 500 ms ara 
controle; 
 Troca a quente de módulos; 
 Status dos componentes dos sistemas na estação de operação ou/e engenharia ; 
 Possibilidade de I/O remoto; 
 Cartões de interface com protocolos digitais de comunicação Hart e Fieldbus Foundation; 
 Possibilidade de diagnóstico dos instrumentos inteligentes à distância; 
 Módulos para comunicação RS232, RS422/485 e Ethernet; 
 Transferência de informações entre processadores. 
10.3 CONSOLE DE OPERAÇÃO 
A console de operação deve garantir que os operadores e engenheiros tenham acesso aos dados 
necessários para o controle e monitoração do processo, de maneira fácil e intuitiva. Para tal deve-se 
considerar as seguintes características: 
 Interface de operação baseada em microprocessadores PC, considerando-se processadores de 
mercado; 
 Plataforma Windows; 
 Interface OPC (OLE for Process Control); 
 Base de dados única; 
 não necessidade de teclados especiais; 
 
 
139 
 sistema de multi-window onde possam ser visualizadas várias telas simultaneamente; 
 tempo de atualização menor ou igual a 1 segundo; 
 fácil navegação entre telas; 
 arquivamento de dados em CD; fita dat ou computador remoto. 
10.3.1 Alarmes 
Quanto aos alarmes, a console deve possuir: 
 telas de alarmes de processo e de sistema, que possam ser ordenados por seqüência horária e por 
prioridade; 
 alarme sonoro; 
 ferramenta para impressão dos alarmes; 
 ferramenta para impressão de telas gráficas; 
 alteração de cores dos símbolos gráficos em detrimento do tipo de alarme. 
10.3.2 Telas 
Quanto à visualização gráfica, as seguintes características são necessárias: 
 telas gráficas de alta resolução que permitam visualização do processo; 
 faceplates para monitoração e controle; 
 telas de trend que permitam a visualização dos dados históricos e em tempo real; 
 telas de sintonia com trend, para o ajuste dos parâmetros e alarmes dos instrumentos; 
 utilização dos mesmos padrões para todos os tipos de I/O, independentes se estes estão conectados 
ponto a ponto ou via rede. 
10.3.3 Segurança 
Para minimizar erros de operação e prevenir operações não autorizadas, a console de operação possui 
diversos níveis de acesso às suas funções. Desta maneira é possível através de senhas, criar vários 
usuários e classificá-los quanto ao acesso à operação, configuração, sintonia e outras funções. 
10.3.4 Relatórios 
A console possuir ferramenta para configuração de relatórios. Estes relatórios serão configurados 
utilizando-se ferramentas consolidadas como MS Excel. Os relatórios podem ser horários, diários, 
mensais ou sob demanda. 
Os seguintes dados devem estar disponíveis para utilização em relatórios: 
 dados instantâneos de processo tanto para instrumentos conectados ponto a ponto como via rede; 
 dados históricos de trend; 
 
 
140 
 dados estatísticos tais como média; máximo e mínimo; 
 alarmes de processo 
Estes relatórios devem ser impressos automaticamente e/ou sob demanda e devem ser arquivados em 
disco rígido durante um determinado período. 
10.3.5 Armazenamento de Dados 
O armazenamento de dados históricos de processo será feito através de Fita Dat,. Os dados devem ser 
salvos automaticamente e sob demanda. A visualização dos trend´s históricos contidos em mídia, deve ser 
feita através da própria console de operação, sem que sejam necessários softwares adicionais para tal. 
A console será responsável pela exportaçãode dados on-line para outros computadores via rede Ethernet. 
Os dados que serão utilizados para relatórios de gestão deverão ser exportados para a rede coorporativa, 
onde serão alocados em um computador específico para armazenagem deste banco de dados. 
10.3.6 Estação de Engenharia 
A interface de engenharia deve possuir ferramentas amigáveis que permitam a sua fácil utilização nas 
fases de configuração, comissionamento e manutenção. As características gerais da estação de engenharia 
estão listadas abaixo: 
 Interface de engenharia baseada em microprocessadores PC, considerando-se processadores de 
mercado; 
 Monitor de 21 ““. 
 Plataforma Windows; 
 Base de dados única para configuração; 
 não necessidade de teclados especiais; 
 autodocumentação; 
 ferramentas de testes agregadas ao software de configuração; 
 configuração e monitoração do hardware; 
 configuração on-line; 
 bibliotecas de símbolos gráficos; 
 bibliotecas para reuso de estratégias de controle. 
Quanto às ferramentas de configuração, estas devem ser totalmente integradas, garantido facilidade no 
fluxo de informações entre malhas de controle, intertravamentos e sequenciamentos.. 
Para o projeto HDF de Botucatu, é importante ressaltar que estas ferramentas configuram também os 
instrumentos que utilizam os protocolos Fieldbus Foundation e Hart. 
 
 
141 
11 REDES DE COMUNICAÇÃO 
11.1 CONCEITOS BÁSICOS 
A opção pela implementação de sistemas de controle baseados em redes requer um estudo para 
determinar o tipo de rede que melhor se adapta ao empreendimento. Deve ser dada prioridade a 
arquiteturas de sistemas abertos que ao contrário de arquiteturas proprietárias, permitem uma gama maior 
de produtos compatíveis. As redes industriais são padronizadas em 3 níveis de hierarquias, cada qual 
responsável pela conexão de diferentes tipos de equipamentos: Informação , Controle, Campo. 
Abaixo alguns conceitos utilizados para redes 
 Concepção determinística: Identifica a capacidade da rede em garantir a disponibilidade de 
informações entre seus integrantes em um tempo determinado, embora sendo característica intrínseca 
das redes determinística, dependendo da aplicação algumas redes probabilísticas podem apresentar tal 
concepção onde a probabilidade de disponibilizar informações em um tempo determinado seria 
suficientemente elevada para traduzir-se em garantia 
 Tratamento de erro: caracteriza a capacidade da rede em identificar e tratar erros corridos no 
intercambio de informações, visto que o erro é uma característica inerente ao processo de comunicação 
associado a fatores de natureza diversa, a rede deve ser capaz de identificar e tratar adequadamente tal 
ocorrência de forma a evitar que uma informação, partindo de uma origem e tendo sofrido distorção 
durante o processo de comunicação, não seja interpretada no destino como correta. 
 Imunidade Elétrica: característica que confere à rede capacidade de isolação e susceptibilidade 
eletromagnética compatíveis com o ambiente elétrico, em nossa planta tem dispositivos de controle de 
velocidade, (Inversor de Freqüência) que devido ao seu chaveamento em alta freqüência geram 
distúrbios elétricos. 
 Tempo de resposta: Identifica o tempo consumido pela rede para transferir informações, podemos 
relacionar ele ao tempo de ciclo e não à velocidade da rede 
 Métodos de acesso : define como é gerido o uso da rede por seus integrantes, podemos ter acesso 
livre, pergunta resposta ou compartilhado que è a característica de nossa rede na planta de energia. 
 Capacidade operacional ; os recursos disponíveis para a efetivação da comunicação de dados em 
uma aplicação compõem a capacidade operacional da rede, alguns fatores definem esta característica 
 Quantidade de integrantes : Determina o numero de integrantes que podem ser interligados na rede 
de comunicação de forma simultânea . 
 Área de cobertura : especifica a abrangência física da rede em termos de distancia máxima 
 Topologia : Define a adaptação geográfica da rede onde a mesma será implantada, a topologia 
mais conhecida temos anel, barramento , estrela e arvore. 
 
 
142 
 Protocolo de comunicação : Considerado o principal elemento tecnológico das redes de 
comunicação, ao qual estão associadas todas as suas características operacionais, como: 
a) procedimentos de acesso 
b) definição de dados 
c) seleção de dispositivos 
d) priorização 
e) status e etc 
 
 Funcionalidade : À funcionalidade estão relacionados fatores associados com a implantação e a 
utilização da rede de comunicação 
 Instalação : A implantação da rede todos os seus dispositivos de maneira simples facilita a sua 
colocação em operação 
11.2 CLASSIFICAÇÃO DAS REDES DE COMUNICAÇÃO 
O elemento conceitual fundamental para uma abordagem de seleção é a compreensão da classificação das 
redes de comunicação industriais. O objetivo fundamental da comunicação de dados aplicada na industria 
é a integração de informação entre os diversos elementos que compõem o sistema de automação. 
A classificação pode ser mais bem analisada utilizando a pirâmide CIM – Computer Integrated 
Manufacturing, podemos identificar os níveis e equipamento característico de um sistema de automação 
completa: 
 Nível 0 :Caracterizada pelos dispositivos que interagem diretamente com o processo, tais como: 
sensores e atuadores, onde encontramos baixo volume dos dados, porem com elevada dinâmica 
 Nível 1 :Onde está às unidades de controle com estruturas de dados mais completas e grandes 
interação entre dispositivos 
 Nível 2 :Composto por equipamentos de supervisão, onde predominam maiores concentrações de 
dados intercabiados em base eventual ou cíclica 
 Nível 3 :Formado por sistemas de gestão da produção com grandes quantidades de dados 
transferidos em tempo não critico 
 Nível 4 :Caracterizado por sistemas corporativos com volume maciços de dados intercambiados 
através de recursos de multimídia 
11.3 REDE DE INFORMAÇÃO 
Esta é a rede responsável pelo tráfego de informações entre as consoles de operação e engenharia. O 
tráfego de dados entre o sistema de controle e a rede coorporativa também deve ser através desta mesma 
rede, tomando-se as devidas precauções para não interferência da rede coorporativa no sistema de 
controle. 
 
 
143 
O Padrão Ethernet operando com o protocolo TCP/IP deve ser adotado como padrão para este tipo de 
rede. Deve ser especificado cabo tipo 10/100 Base T e para trechos maiores que 100m ou entre prédios 
deve ser utilizado fibra óptica. 
As conexões entre os equipamentos da rede (consoles de operação, engenharia, impressoras) devem ser 
via hubs ou switches, que facilitam na implantação de novos pontos na rede. O fornecedor do sistema de 
controle deve ser responsável pela especificação desta rede garantida a performance de comunicação 
entre os equipamentos. 
11.4 REDE DE CONTROLE 
A rede de controle é a responsável em trafegar os dados de controle em tempo real entre os 
processadores, permitindo desta maneira que um processador acesse dados (I/O) de outro processador. 
Esta rede é do tipo determinística para garantir confiabilidade e performance na transmissão dos dados de 
controle. O meio físico desta rede é determinado pelo fornecedor do sistema. Para grandes distancias deve 
ser utilizado fibra óptica. 
Para o projeto de Utilidades será utilizada rede redundante de controle, com encaminhamento diferente de 
cabos. 
11.5 REDE DE CAMPO 
Este é o nível mas baixo da hierarquia de controle de processos e conecta o I/O com os demais níveis. As 
redes de campo são classificadas pelos tipos de equipamentos conectados a elas e pelo tipo de dados que 
trafega pela rede. A tabela a seguir mostra estas características: 
A crescentenecessidade da industria pela integração de equipamentos e dispositivos em todos os níveis 
do sistema de automação têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias de comunicação de dados, 
especificamente desenvolvidas para atender das mais diversas aplicações industriais. 
Atualmente, existe uma quantidade razoável de tecnologias de concepção aberta ou proprietária 
disponível no mercado,podemos citar as principais como : 
 AS-i 
 Device Net 
 Foudation Field bus 
 Interbus 
 Lon Works 
 Modbus 
 Profibus 
 WordFip 
 
 
144 
 ControlNet 
Como podemos observar temos uma quantidade muito grande de redes industriais, estas tecnologias 
existentes compõem um universo grande de opção, desta forma, para que possamos definir a nossa 
escolha utilizamos critérios particulares de cada aplicação industrial, de forma a atender adequadamente a 
todas as nossas necessidades. 
O objetivo fundamental da comunicação de dados aplicada na industria é a integração de informação 
entre os diversos elementos que compõem o sistema de automação. Desta forma para atender a integração 
entre todos os níveis, bem como atender às necessidades características de cada um deles, podemos 
destacar quatro classes de redes de comunicação de campo: 
 SensorBus : De característica determinística e tempo de resposta extremamente curta, é uma rede 
que atende bem as aplicações com dispositivos discretos, sensores e atuadores por exemplo, quanto às 
redes temos por exemplo:AS-i,Siriplex,etc. 
 DeviceBus : Com perfil determinísticos e alta performance orientada para distribuição dos 
automatismos e seus periféricos com íntima relação com unidades centrais de processamento:Ex. 
DeviceNet,Profibus-DP 
 FieldBus : possui estruturas de dados mais completa e alta performance aplicada na comunicação 
entre unidades inteligentes, uma característica bem típica para processos continuos, como é nosso 
caso:Ex. Foudation Fieldbus,Modbus,Profibus-PA 
 databus : possui capacidade de manipular grandes quantidades de informações em tempo não 
critico destinada ao domínio da informática industrial:Ex.Ethernet,Tcp/Ip 
 
Apesar de permitir uma separação das diversas tecnologias , a classificação das redes de comunicação 
industrias existentes não é o suficiente para permitir uma seleção adequada por existir várias redes dentro 
de uma mesma classificação. Na planta de energia iremos compartilhar dois protocolos de comunicação 
de redes industriais, Foundation Fieldbus e Hart. 
Na planta de energia iremos compartilhar dois protocolos de comunicação de redes industriais,sendo que 
um protocolo é digital e outro analógico,são poucos pontos adotados com a tecnologia Hart, são pontos 
considerados de alta criticidade,conforme podemos ver em nossa configuração abaixo,os instrumentos 
são ligados ponto a ponto e não em rede como o Foundation Fieldbus, isto garantirá uma segurança com 
um eventual rompimento da rede devido a um acidente, também os instrumentos Hart irão passar por um 
trajeto também diferente. 
 
 
 
145 
12 FOUNDATION FIELDBUS 
O nosso objetivo aqui é difundirmos os conceitos básicos sobre Foundation Fieldbus,assim esperamos 
esclarecermos duvidas e difundirmos esta tecnologia empregada em nossa planta de energia . 
12.1 INTRODUÇÃO 
Em 1985, a ISA – International Society for Measurement and Control, posteriormente unindo-se com o 
IEC – International Eletrotechnical Committee, começava a desenvolver um padrão para comunicações 
digitais bidirecionais multidrop entre dispositivos de campo (instrumentos) e sistemas de controle para o 
controle de processo e manufatura. O objetivo desta normalização é gerar um único padrão internacional 
para o fieldbus , os fabricantes e usuários finais da indústria de controle têm acompanhado a revolução 
das comunicações digitais e como ela tem afetado a maioria das áreas do cotidiano - e reconhecem as 
oportunidades, vantagens e economias que poderiam vir a ter se adotassem esta tecnologia em medidas de 
processo e aplicações de controle. Como o processo de normalização do IEC levou muito tempo, um 
grupo de fabricantes teve a iniciativa de unir-se e começar a usar as atuais especificações disponíveis do 
padrão IEC, assumindo que seriam definidas as partes faltantes deste padrão num futuro próximo. Foi 
constituída uma organização de todos os principais fabricantes ao redor do mundo chamado de Fieldbus 
Foundation (FF),desta forma temos a origem do Foundation Fieldbus com o objetivo de construir uma 
base de implementação e apoio ao IEC, para desenvolver os equipamentos conforme o mesmo padrão de 
redes fieldbus. Desde a sua criação em 1994, vem usando os recursos das companhias associadas para 
definir e testar o protocolo padrão, chamado Foundation Fieldbus, e habilitou disponibilidade de produto 
em 1996. 
O padrão Foundation Fieldbus viu-se obrigado a especificar partes que estavam faltando na especificação 
da norma internacional, pois ela ainda não estava completa. E deste modo, utilizou um subgrupo das 
especificações da norma internacional. No entanto, foi feito um acordo entre os dois grupos, da Fieldbus 
Foundation e do IEC, para que o que fosse desenvolvido pela Fieldbus Foundation fosse acrescentado ao 
IEC, com o compromisso de um grupo apoiar o outro. 
12.2 O QUE É UMA REDE FIELDBUS ? 
O Fieldbus é uma rede de transmissão de dados para comunicação com equipamentos de instrumentação 
e controle de plantas industriais, tais como transmissores, atuadores e controladores, podendo, inclusive, 
ser utilizado em aplicações que requeiram especificações quanto aos requisitos de segurança intrínseca. 
Esta rede é do tipo digital, serial, half-duplex e multidrop. Ela é digital porque as informações são 
transmitidas em forma de mensagens de acordo com as camadas de comunicação definidas pelo protocolo 
Fieldbus; serial, porque as informações são transmitidas e recebidas bit a bit; half-duplex, porque a 
 
 
146 
comunicação é bidirecional, porém, em uma única direção a cada instante e multidrop, porque é permitida 
a comunicação entre vários equipamentos conectados à rede. 
O fieldbus surgiu com o objetivo de interligar e operar os instrumentos de campo com características 
diferentes e de diversos fabricantes. Usufruindo toda sua inteligência através de uma rede, 
proporcionando a descentralização das tarefas. Esta interligação incorpora vantagens como: maior 
imunidade a ruídos, pré-processamento em dados específicos, transmissão de informações adicionais dos 
dados capacitando o diagnóstico do dispositivo e a previsão de falhas, redução dos custos de projeto, de 
fiação, de instalação e de expansão, entre outras. A descentralização das tarefas, é muitas vezes vista 
como uma possibilidade de espalhar entre vários dispositivos um determinado programa ou processo de 
controle na busca de melhor uso de suas características. Para alcançar uma maior confiabilidade foi 
prevista a capacidade de, em caso de pane do dispositivo, sua substituição imediata por outro 
implementando o mesmo programa. Como os dispositivos podem ser diferentes e de diferentes 
fabricantes, a padronização das funções a serem distribuídas nos mesmos foi necessária. Estas funções 
são chamadas de Blocos Funcionais (FB-Function Blocks). A interligação desses blocos funcionais é que 
define a estratégia de controle e programação do processo a ser controlado. Na configuração especifica-se 
a escolha do FB e em que dispositivo será executado. 
A versatilidade do fieldbus permite, em caso de pane em alguns deles, a reconfiguração automática on-
line, especificando em qual dispositivo o(s) FB(s) do dispositivo em pane será(ão) executado(s). Sem esta 
padronização internacional a redundância de FB's (conseqüentemente a redundânciade dispositivos) fica 
limitada a só ser implementada em dispositivos iguais e dos mesmos fabricantes. A verdadeira 
interoperabilidade e intercambialidade ficam inviáveis. 
O Fieldbus é um protocolo interoperável suportado pela quase totalidade dos fabricantes mundiais de 
instrumentação. Ao seu término deverá ter reconhecimento mundial, devido ao comprometimento destes 
fabricantes em seguir um padrão único. A opção de baixa velocidade para Fieldbus é 25 vezes mais 
rápida que os protocolos comuns para transmissores inteligentes, além de ser muito mais eficiente. Esta 
versão do fieldbus foi projetada para usar o mesmo tipo de fiação dos transmissores analógicos e 
inteligentes, para facilitar a substituição do sistema. O fieldbus é baseado no modelo OSI (Open System 
Standards Organization) para representar as várias funções requeridas em uma rede de comunicação. O 
fieldbus não é só mais um protocolo de comunicação digital. Ele foi concebido para a indústria de 
controle de processos de modo a atender plenamente a todos os itens de uma lista longa e antiga de 
desejos do usuário. Esta lista de desejos inclui itens tais como: - estar de acordo com o modelo ISO/OSI; - 
uso de cabos de conexão de utilização industrial normal; - segurança intrínseca para atmosferas perigosas; 
- variáveis identificadas por tags e expressas em unidades de engenharia; - variáveis com status, onde o 
 
 
147 
status indique as condições da variável; - blocos de função, com parâmetros de entrada e saída 
padronizados, parâmetros de configuração padronizados e algoritmos padronizados. 
12.3 APLICAÇÕES 
Uma das primeiras instalações usando o FF que foi capaz de demonstrar a interoperabilidade de 
dispositivos de vários fabricantes em uma mesma rede foi implementada em 3 de Junho de 1997 na 
cidade de Daishowa no estado de Washington, onde a instalação era composta de 1 host, 6 transmissores, 
6 entradas analógicas e 5 saídas analógicas; durante 18 meses foram realizadas diversas experiências, 
analisando-se os benefícios, problemas com manutenção, treinamento, etc... Hoje, plantas muito maiores 
podem ser citadas como exemplos de aplicações utilizando Fieldbus Foundation pode ser encontrados em 
instalações como as da SFT - França, BASF - Bélgica, Estação Geradora de Mohave - USA, CFE – 
México-Polo de Camaçari-Brasil. 
 
12.4 CONFIGURAÇÕES 
12.4.1 Níveis de Protocolo : 
O protocolo FIELDBUS foi desenvolvido baseado no padrão ISO/OSI. Embora não contenha todos os 
seus níveis, podemos em primeira análise dividi-lo em nível físico ("Physical Layer" – que trata das 
técnicas de interligação dos instrumentos) e níveis de software ("Communication Stack" – que tratam da 
comunicação digital entre os equipamentos). 
 
 
 
148 
12.5 NÍVEIS DE SOFTWARE: 
12.5.1 Nível de Enlace 
O nível de enlace garante a integridade da mensagem através de dois bytes calculados através de um 
polinômio aplicado a todos os bytes da mensagem e que é acrescentado no final da mesma. Este nível 
controla também o acesso ao meio de transmissão, determinando quem pode transmitir e quando. O nível 
de enlace garante que os dados cheguem corretamente ao equipamento. Características Técnicas : 
I - Acesso ao Meio Existem três formas para acessar a rede : 
a) Passagem de Token : O Token é o modo direto de iniciar uma transmissão no barramento. Quando 
termina de enviar as mensagens, o equipamento retorna o Token para o LAS (Link Active Scheduler). O 
LAS transmite o Token para o equipamento que requisitou via preconfiguração ou via escalonamento. 
b) Resposta Imediata : O mestre dará uma oportunidade para uma estação responder com uma mensagem. 
c) Requisição de Toem : Um equipamento requisita um Toem usando um código em alguma das respostas 
que ele transmitiu para o barramento. O LAS recebe esta requisição e envia um Token para o 
equipamento quando houver tempo disponível nas fases aperiódicas do escalonamento. 
II – Modelo Produtor/Consumidor Um equipamento pode produzir ou consumir variáveis que são 
transmitidas através da rede usando o modelo de acesso à rede de resposta imediata. O produtor coloca as 
variáveis em buffers e qualquer estação pode acessar estes dados. Com apenas uma transação, dados 
podem ser transmitidos para todos os equipamentos que necessitam destes dados. Este modelo é o modo 
mais eficiente para transferência de dados entre vários usuários. Um controlador consome a variável de 
processo produzida pelo sensor e produz a saída consumida pelo atuador. 
III – Escalonamento para suportar aplicações de tempo crítico O LAS coordenará o tempo necessário para 
cada transmissão na rede, garantindo o período de troca de dados. 
IV – Sincronização do tempo Existe um mecanismo para garantir uma referência de tempo da rede para 
conseguir sincronização do barramento e atividades de processo. 
V – Endereçamento Pode ser usado para endereçar um grupo de estações, uma estação ou até uma 
variável. Este endereçamento permite uma otimização do acesso às mensagens. 
VI – Passagem do Token num anel lógico Este método é usado pelo Profibus e pelo ISP para acessar a 
rede. Ele pode ser simulado, mas não com a mesma eficiência, pelo uso da atual definição do nível de 
enlace do SP50. 
 
 
 
149 
12.5.2 Nível de Aplicação 
O nível de aplicação fornece uma interface para o software aplicativo do equipamento. Basicamente este 
nível define como ler, escrever ou disparar uma tarefa em uma estação remota. A principal tarefa é a 
definição de uma sintaxe para as mensagens. Ele também define o modo pelo qual a mensagem deve ser 
transmitida : ciclicamente, imediatamente, somente uma vez ou quando requisitado pelo consumidor. O 
gerenciamento define como inicializar a rede : atribuição do Tag, atribuição do endereço, sincronização 
do tempo, escalonamento das transações na rede ou conexão dos parâmetros de entrada e saída dos blocos 
funcionais. Ele também controla a operação da rede com levantamento estatístico de detecção de falhas e 
de adição de um novo elemento ou remoção de uma estação. O gerenciamento monitora continuamente o 
barramento para identificar a adição de novas estações. 
12.5.3 Nível do Usuário 
Define o modo para acessar a informação dentro de equipamentos FIELDBUS e de que forma esta 
informação pode ser distribuída para outros equipamentos no mesmo nó ou , eventualmente, em outros 
nós da rede FIELDBUS. Este atributo é fundamental para aplicações em controle de processo. A base 
para arquitetura de um equipamento FIELDBUS são os blocos funcionais, os quais executam as tarefas 
necessárias às aplicações existentes hoje, tais como : aquisição de dados, controle PID, cálculos e 
atuação. Todo bloco funcional contém um algoritmo, uma base de dados (entradas e saídas) e um nome 
definido pelo usuário (o Tag do bloco deve ser único na planta do usuário). Um equipamento FIELDBUS 
conterá um número definido de blocos funcionais. A base de dados pode ser acessada via comunicação. 
12.5.4 Nível Físico 
A Norma ANSI/ISA-S50.02-1992, aprovada em 17 de maio de 1994 – "Fieldbus Standard for Use in 
Industrial Control Systems Part 2 : Physical Layer Specification and Service Definition" trata do meio 
físico para a realização das interligações. Os principais itens são : transmissão de dados somente digital ; 
self clocking ; comunicação bidirecional ; código Manchester ; modulação de voltagem (acoplamento 
paralelo) ; velocidades de transmissão de 31.25 Kb/s, 1.0 Mb/s e 2.5 Mb/s ; barramento sem energia, não 
intrinsecamente seguro ; barramento com energia, não intrinsecamente seguro ; barramento sem energia, 
intrinsecamente seguro ; barramento com energia, intrinsecamente seguro. No nível de instrumentos 
ligados aos barramentos de campos, a velocidadenormalizada é 31.25 Kb/s. As outras velocidades 
deverão ser utilizadas para a interligação de bridges e gateways para a conexão em alta velocidade destes 
dispositivos. 
 
 
150 
 
Na velocidade de 31.25 Kb/s, a norma determina, dentre outras coisas, as seguintes regras : 
a) Um instrumento FIELDBUS deve ser capaz de se comunicar entre os seguintes números de 
equipamentos : 
_entre 2 e 32 equipamentos numa ligação sem segurança intrínseca e alimentação separada da fiação de 
comunicação ; 
_entre 2 e 6 instrumentos alimentados pela mesma fiação de comunicação numa ligação com segurança 
intrínseca ; 
_entre 1 e 12 instrumentos alimentados pela mesma fiação de comunicação numa ligação sem segurança 
intrínseca. 
Obs. : Esta regra não impede a ligação de mais instrumentos do que o especificado. Estes números foram 
alcançados levando-se em consideração o consumo de 9 mA +/- 1 mA, com tensão de alimentação de 20 
VDC e barreiras de segurança intrínseca com 19 VDC de saída e entre 40 e 60 mA de corrente para os 
instrumentos. 
b) Um barramento carregado com o número máximo de instrumentos na velocidade de 31.25 Kb/s não 
deve Ter entre quaisquer dois equipamentos o comprimento maior que 1900 m (incluindo as derivações). 
 
 
151 
 
Obs. : Esta regra não impede o uso de comprimentos maiores, desde que sejam respeitadas as 
características elétricas dos equipamentos. 
c) O número máximo de repetidores para a regeneração da forma de onda entre dois instrumentos não 
pode exceder a 4. 
 
d) Um sistema FIELDBUS deve ser capaz de continuar operando enquanto um instrumento está sendo 
conectado ou desconectado. 
e) As falhas de qualquer elemento de comunicação ou derivação (com exceção de exceção de curto-
circuito ou baixa impedância) não deverá prejudicar a comunicação por mais de 1 ms. 
f) Deve ser respeitada a polaridade em sistemas que utilizem pares trançados. Seus condutores devem ser 
identificados e esta polarização deve ser mantida em todos os pontos de conexão. 
g) Para sistemas com meio físico redundante : 
_ cada canal deve atender as regras de configuração de redes ; 
_ não deve existir um segmento não redundante entre dois segmentos redundantes ; 
_ os repetidores também deverão ser redundantes ; 
 
 
152 
_ os números dos canais deverão ser mantidos no FIELDBUS, isto é, os canais do FIELDBUS devem ter 
os mesmos números dos canais físicos. 
h) os "shield" dos cabos não deverão ser utilizados como condutores de energia. Considerações e 
Limitações Um importante aspecto na concepção de um projeto FIELDBUS é a determinação de como 
serão instalados os equipamentos que farão parte da rede. Dessa forma devem ser consideradas as 
distâncias máximas permitidas entre os equipamentos, ou seja, deve-se Ter em mãos a planta onde será 
efetuado o projeto para a determinação dos melhores pontos para instalação dos equipamentos de forma a 
otimizar ao máximo o comprimento do barramento (trunk) e das derivações (spurs). Além disso, outras 
características também devem ser consideradas, tais como : número máximo de equipamentos ligados a 
uma mesma rede (um fator limitante pode ser a fonte de alimentação, que deve alimentar todos os 
transmissores caso o barramento seja energizado), a topologia utilizada na implementação dos 
equipamentos e os elementos que constituirão a rede fieldbus conjuntamente com os equipamentos 
(dispositivos que permitam facilidade e agilidade quando for solicitados algum tipo de manutenção com 
um determinado equipamento, como por exemplo as caixas de campo). Outro ponto a ser analisado 
refere-se à utilização de barreiras de segurança intrínseca e redundância dos equipamentos. Deve-se fazer 
uma análise preliminar destas características no ambiente de instalação do sistema, visando a maior 
otimização possível no que se refere às instalações dos equipamentos (número de equipamentos e 
comprimento de cada barramento), caso se faça necessário à utilização destes recursos. 
12.6 TOPOLOGIAS 
As topologias mais comumente utilizadas em um sistema FIELDBUS são : 
12.6.1 Topologia de barramento com Spurs 
 Nesta topologia utiliza-se um barramento único onde equipamentos ou barramentos secundários (spurs) 
são conectados diretamente a ele. Pode-se ter ainda vários equipamentos diferentes em cada spur. 
 
 
 
153 
12.6.2 Topologia Ponto a Ponto 
 Nesta topologia tem-se a ligação em série de todos os equipamentos utilizados na aplicação . O cabo 
FIELDBUS é roteado de equipamento para equipamento neste segmento e é interconectado nos terminais 
de cada equipamento FIELDBUS. As instalações que utilizam esta topologia devem usar conectores de 
forma que a desconexão de um simples equipamento não interrompa a continuidade do segmento. 
 
12.6.3 Topologia em Árvore 
A topologia em árvore concentra em acopladores/caixas de campo a ligação de vários equipamentos. 
Devido à sua distribuição, esta topologia é conhecida também como "Pé de Galinha". 
 
 
 
154 
12.6.4 Topologia End to End 
 Esta topologia é utilizada quando se conecta diretamente apenas dois equipamentos. Esta ligação pode 
estar inteiramente no campo (um transmissor e uma válvula sem nenhum outro equipamento conectado) 
ou pode ligar um equipamento de campo (um transmissor) ao Device Host. 
 
12.6.5 Topologia Mista 
 Nesta configuração encontra-se as três topologias mais comumente utilizadas entre si. Deve-se observar 
no entanto, o comprimento máximo do segmento que deve incluir o comprimento dos spurs no 
comprimento total. 
 
Tempo de Supervisão Um importante aspecto quando se trabalha com sistemas FIELDBUS é o tempo 
gasto para que todos os devices na linha possam publicar parâmetros úteis na supervisão de um processo. 
Este tempo deve ser minimizado tanto quanto possível, pois pode-se comprometer o tempo de atualização 
dos links entre os blocos funcionais que operam na malha de controle. A atualização dos links é feita a 
 
 
155 
cada Macro Cycle (MC) e este tempo pode variar dependendo do tipo de instrumento e seus parâmetros 
para publicação. Num projeto deve-se verificar o tempo do MC para comparar com o tempo crítico do 
processo e verificar se o MC definido não compromete a dinâmica do processo. 
	Objetivo
	Pressão
	Conceitos Básicos
	Unidades
	Manômetro
	Acessórios
	Classificação dos Manômetros
	Fole
	Coluna de Líquido
	Transmissores de Pressão
	Tipo Capacitivo
	Tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
	Sensor por Silício Ressonante
	Medição de Vazão
	Conceitos Básicos
	Tipos de Medidores de Vazão:
	Medição de Vazão por Pressão Diferencial
	Vantagens / Desvantagens
	Tipos de Orifícios
	Medidor Eletromagnético de Vazão
	Principio de Funcionamento
	Instalação do medidor magnético
	Medidor Vortex
	Principio de medição
	Instalação
	Temperatura
	Introdução
	Escalas de Temperatura
	Escala Internacional de Temperatura
	Normas
	Termômetros à dilatação de sólido bimetálico
	Termômetros à par termoelétrico
	Termômetro a dilatação de líquido
	Características dos elementos básicos:
	Termômetros a Pressão de Gás
	Termômetro à Pressão de Vapor
	Termopares
	Efeitos Termoelétricos
	Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura
	Tipos e Características dos Termopares
	Tipos de Termopares : Tipo T - Termopares de Cobre Constantan
	Tipos de Termopares : Tipo J - Termopares de FerroConstantan
	Tipos de Termopares : Tipo E - Termopares de Cromel Constantan
	Tipos de Termopares : Tipo K - Termopares de Chromel Alumel
	Tipos de Termopares : Tipo N - Termopares de Nicrosil - Nisil
	Tipos de Termopares : Tipo S/R - Termopares de Ródio - Platina
	Tipos de Termopares : Tipo B - Termopares de Platina- Ródio / Platina - Ródio
	Correção da Junta de Referência
	Fiosde Compensação e Extensão
	Erros De Ligação
	Termopar de Isolação Mineral
	Associação de Termopares
	Termoresistências
	Princípio de Funcionamento
	Construção Física do Sensor
	Características da Termoresistência de Platina
	Vantagens / Desvantagens:
	Princípio de Medição
	Medição de Temperatura por Radiação
	Radiação Eletromagnética - Hipótese de Maxwell
	Espectro eletromagnético
	Teoria da Medição de Radiação
	Pirômetros Ópticos
	Radiômetro ou Pirômetros de Radiação
	Nível
	Introdução
	Métodos de Medição de Nível de Líquido
	Medição Direta
	Medição de Nível Indireta
	Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial)
	Medição por Pressão Diferencial em Tanques Pressurizados.
	Medição de Nível com Borbulhador
	Medição de Nível por Empuxo
	Medição de Nível por Radiação
	Medição de Nível por Capacitância
	Medição de Nível por Ultra Som
	Medição de Nível por Radar
	Medição de Nível por Pressão Hidrostática
	Medição de Nível Descontínua
	Medição de Nível de Sólidos
	Inversores
	Conceitos Básicos
	Formas de Operação
	Vantagens do Controle de Velocidade por AFD
	Motor AC
	Torque - Escorregamento - Velocidade
	Partidas de Motores
	Torque
	AFD (Adjustable Frequency Driver)
	Circuito de Potência:
	Circuito RL
	Aplicação
	CPU e Softwraes
	Hardware
	Drivers
	Troubleshooting
	Encoders
	Controle
	Conceitos Básicos
	Elementos de controle
	Sensores e transmissores
	Válvulas de controle
	Elementos de painel
	Conceitos de Controle
	Documentação
	Controladores
	Ações de Controle:
	Controle proporcional:
	Controle Integral:
	Controle proporcional e integral:
	Controle proporcional e derivativo:
	Controle proporcional, integral e derivativo:
	Algoritmo de Controle
	Desempenho de controladores
	Sintonia
	Variações de Controles
	Controles de Caldeiras
	Economia na Geração de Vapor
	Operando um Sistema de Queima
	Ar Estequiométrico (Oxigênio Teórico)
	Composição Aproximada do Ar Atmosférico
	Qual o Valor Ideal do Co2 na Queima ?
	Interpretação das Medições de Co2
	Temperatura dos gases na Base da Chaminé
	Fuligem nos Gases
	Causas Prováveis da Fuligem Excessiva :
	Controle de Combustão
	Pressão de Vapor
	Atomização
	Temperatura do Óleo
	Nível do Tubulão
	Excesso de Ar
	Conclusão
	Controle de Descarga de Fundo de Caldeira
	Objetivo:
	Válvula de Descarga de Fundo
	Requisitos Técnicos para uma Válvula de Descarga
	Válvulas Comuns
	Válvulas Especiais
	Comparação da Eficiência entre as Válvulas Especiais e Comuns
	Comparação de Custos
	Sistema Digital de Controle Distribuído
	Conceito:
	Estação de Controle
	Console de Operação
	Alarmes
	Telas
	Segurança
	Relatórios
	Armazenamento de Dados
	Estação de Engenharia
	Redes de Comunicação
	Conceitos Básicos
	Classificação das Redes de Comunicação
	Rede de Informação
	Rede de Controle
	Rede de Campo
	Foundation Fieldbus
	Introdução
	O que é uma rede Fieldbus ?
	Aplicações
	Configurações
	Níveis de Protocolo :
	Níveis de Software:
	Nível de Enlace
	Nível de Aplicação
	Nível do Usuário
	Nível Físico
	Topologias
	Topologia de barramento com Spurs
	Topologia Ponto a Ponto
	Topologia em Árvore
	Topologia End to End
	Topologia Mista