Aulas AII A1 V0 Automação e Instrumentação Industrial

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08/08/2017 1
Automação e Instrumentação 
Industrial
Prof. Paulo Eugenio
UNIP – Sorocaba
Aula A1
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Plano de Ensino
Ementa:
Aplicação da conceituação de automação e 
instrumentação industrial visando o conhecimento 
dos principais transdutores, especificações, 
controle utilizações para a aplicação no 
desenvolvimento de projetos em processos 
industriais.
Objetivos:
Fornecer conhecimentos teóricos de sistemas de 
controle aplicados a processos físicos 
(mecânicos, elétricos, químicos).
Fornecer subsídios da tecnologia de controle de 
processos utilizada no meio industrial.
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Plano de Ensino (Cont.)
Conteúdo programático:
• Conceitos básicos, Termos e simbologias, Conceitos matemáticos, 
Variáveis de Processo, Teoria e Propagação de Erros.
• Pressão, Vazão, Nível, Densidade, PH, Temperatura.
• Conceitos de Controle. Malha de Controle, Modos de Controle, 
Sintonia de Controladores.
• Válvulas de Controle, Sistemas Eletrônicos Microprocessados; 
Tipos, Usos e Aplicações; Evolução dos Sistemas de Controle; 
Single-Loop.
• Aplicação Pratica de Teoria de Controle Clássico: Controladores 
Proporcional, Derivativo, Integral; Sintonia de Controladores: 
Métodos Ziegler-Nichols; Ultimate Gain, Root-Locus, Cohen-Coon, 
Auto Tuning; Projeto de Sistemas Dinâmicos com Variáveis de 
Estado.
• Conceitos e aplicações de Controladores Lógicos Programáveis
• Programação Ladder Digital.
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Plano de Ensino (Cont.)
Bibliografia - Básica
• FIALHO, A. B.: Instrumentação Industrial: 
Conceitos, Aplicações e Análises. São 
Paulo, Editora Érica, 6ª. Ed., 2010.
• THOMAZINI, D.: Sensores Industriais: 
Fundamentos e Aplicações. 3ª ed. Col. 1. 
São Paulo: Editora Érica, 2007.
• ROSARIO, J. M.: Automação industrial, 1ª 
ed., São Paulo, Editora Baraúna, 2009, 
515p.
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Plano de Ensino (Cont.)
Bibliografia - Complementar
• BEGA, E. A.: Instrumentação Industrial, Editora 
Interciência, 2ª ed., 2006.
• OGATA, K.: Engenharia de Controle Moderno, 5ª 
ed., Brasil, Editora Pearson Brasil, 2011, 824p.
• GROOVER, M. P.: Automação Industrial e 
Sistemas de Manufatura, 3ª. ed., São Paulo, 
Editora Pearson Brasil, 2011, 581p.
• ROSÁRIO, J. M.: Princípios de Mecatrônica, 
1ªed., Brasil, Editora Pearson Brasil, 2005, 368p.
• RIBEIRO, M. A.: Controle de Processo, 7ª. ed., 
Salvador, 2001.
• .
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Critério de Avaliação
• 1.o Bimestre:
– Prova 100% 
• 2.o Bimestre:
– Prova 100%
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INSTRUMENTAÇÃO
Ciência que aplica e desenvolve técnicas de
medição, indicação, registro e controle de
processos de fabricação, visando a otimização
na eficiência de processos industriais.
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A utilização de instrumentos nos permite:
a) Incrementar e controlar a qualidade do
produto;
b) Aumentar a produção e o rendimento;
c) Obter e fornecer dados seguros da matéria
prima e da quantidade produzida, além de
ter em mãos dado relativos a economia dos
processos.
INSTRUMENTAÇÃO
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5
Nas indústrias de processos, a
instrumentação é responsável pelo rendimento
máximo de um processo, fazendo com que
toda energia cedida, seja transformada em
trabalho na elaboração do produto desejado.
Variáveis de Processo
As grandezas que traduzem
transferências de energia num processo são
denominadas
VARIÁVEIS DE PROCESSO
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As indústrias estão optando cada vez
mais pela automatização dos seus
processos/plantas, a partir da implementação
de:
Realidade Atual
Softwares Supervisórios.
Sistemas Fieldbus
CLPs (PLCs)
Controladores Multi-Loop
Transmissores inteligentes
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CLASSIFICAÇÃO DE 
INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
Existem vários métodos de classificação
de instrumentos de medição. Dentre os quais
podemos ter classificação por:
▪ Função
▪ Sinal transmitido ou suprimento
▪ Tipo de sinal
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Classificação por Função
Os instrumentos podem estar interligados entre si para
realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A
associação desses instrumentos chama-se malha e em uma
malha cada instrumento executa uma função. Os instrumentos
que podem compor uma malha são então classificados por
função.
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Classificação por Função
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Classificação de Instrumento por Sinal 
de Transmissão ou Suprimento
• Tipo Pneumático
• Tipo Hidráulico
• Tipo Elétrico
• Tipo Digital
• Via Rádio
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Nesse tipo de instrumento é utilizado um
gás comprimido, cuja pressão é alterada
conforme o valor que se deseja representar.
Nesse caso a variação da pressão do gás é
linearmente manipulada numa faixa específica,
padronizada internacionalmente, para
representar a variação de uma grandeza desde
seu limite inferior até seu limite superior. O
padrão de transmissão ou recepção de
instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2
a 1,0 kgf/cm2 (aproximadamente 3 a 15psi
(pounds per square inch) no Sistema Inglês).
Sinal Tipo Pneumático
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A grande e única vantagem em se
utilizar os instrumentos pneumáticos está
no fato de se poder opera-los com
segurança em áreas onde existe risco de
explosão (centrais de gás, por exemplo).
Sinal Tipo Pneumático
Vantagem
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Sinal Tipo Pneumático
a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para
seu suprimento e funcionamento.
b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor,
filtro, desumidificador, etc ..., para fornecer aos instrumentos ar
seco, e sem partículas sólidas.
c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não
pode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores.
Normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100 m.
d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos
instrumentos são difíceis de serem detectados.
e) Não permite conexão direta aos computadores.
Desvantagens
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Sinal Tipo Hidráulico
Similar ao tipo pneumático e com
desvantagens equivalentes, o tipo
hidráulico utiliza-se da variação de
pressão exercida em óleos hidráulicos
para transmissão de sinal. É
especialmente utilizado em aplicações
onde torque elevado é necessário ou
quando o processo envolve pressões
elevadas.
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a) Podem gerar grandes forças e assim
acionar equipamentos de grande peso e
dimensão.
b) Resposta rápida.
Sinal Tipo Hidráulico
Vantagens
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Sinal Tipo Hidráulico
a) Necessita de tubulações de óleo para transmissão
e suprimento.
b) Necessita de inspeção periódica do nível de óleo
bem como sua troca.
c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como
reservatório, filtros, bombas, etc...
Desvantagens
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Sinal Tipo Elétrico
Face a tecnologia disponível no mercado
em relação a fabricação de instrumentos
eletrônicos microprocessados, hoje, é esse
tipo de transmissão amplamente usado em
todas as indústrias, onde não ocorre risco de
explosão.
Assim como na transmissão pneumática,
o sinal é linearmente modulado em uma faixa
padronizada representando o conjunto de
valores entre o limite mínimo e máximo de uma
variável de um processo qualquer.
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a) Permite transmissão para longas distâncias
sem perdas.
b) A alimentação pode ser feita pelos próprios
fios que conduzem o sinal de transmissão.
c) Necessita de poucos equipamentos auxiliares.
d) Permite fácil conexão aos computadores.
Sinal Tipo Elétrico
Vantagens
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e) Fácil instalação.
f) Permite de forma mais fácil realização de
operações matemáticas.g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja
“lido” por mais de um instrumento, ligando em
série com os instrumentos. Porém, existe um
limite quanto à soma das resistências internas
deste instrumentos, que não deve ultrapassar
o valor estipulado pelo fabricante do
transmissor.
Sinal Tipo Elétrico
Vantagens
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Sinal Tipo Elétrico
a) Necessita de técnico especializado para sua
instalação e manutenção.
b) Exige utilização de instrumentos e cuidados
especiais em instalações localizadas em áreas de
riscos
c) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra
ruídos elétricos.
d) Exige cuidados especiais na escolha do
encaminhamento de cabos ou fios de sinais.
Desvantagens
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Transmissores Eletrônicos 
Analógicos
Apresentam princípio de funcionamento
baseado na conversão do sinal de pressão
detectado em sinal elétrico padronizado de 4 a
20 mAdc.
Existem vários princípios físicos
relacionados com a variações de pressão que
podem ser utilizados como elemento de
transferência.
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Transmissores Eletrônicos 
Analógicos
Os mais utilizados nos transmissores mais recentes são:
Fita Extensiométrica (Strain Gauge)
Dispositivo que mede a deformação elástica 
sofrida pelos sólidos quando estes são 
submetidos ao esforço de tração ou 
compressão
Sensor Piezoelétrico
Se baseia no fato dos cristais assimétricos 
ao sofrerem uma deformação elástica ao 
longo do seu eixo axial, produzirem 
internamente um potencial elétrico 
causando um fluxo de carga elétrica em 
um circuito externo.
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Transmissores Eletrônicos 
Analógicos
Sensor Capacitivo (Célula Capacitiva)
Neste sensor, um diafragma de
medição se move entre dois
diafragmas fixos. Entre os diafragmas
fixos e o móvel, existe um líquido de
enchimento que funciona como um
dielétrico. Como um capacitor de
placas paralelas é constituídos por
duas placas paralelas separadas por
um meio dielétrico, ao sofrer o esforço
de pressão, o diafragma móvel (que
vem a ser uma das placas do
capacitor) tem sua distância em
relação ao diafragma modificada. Isso
provoca modificação na capacitância
de um circuito de medição, e então
tem-se a medição de pressão.
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Nesse tipo de sinal, “pacotes de
informações” sobre a variável medida
são enviados para uma estação
receptora, através de sinais digitais
modulados e padronizados. Para que a
comunicação entre o elemento
transmissor receptor seja realizada com
êxito é utilizada uma “linguagem”
padrão chamado protocolo de
comunicação.
Sinal Tipo Digital
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a) Não necessita ligação ponto a ponto por
instrumento.
b) Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica
para transmissão dos dados.
c) É imune a ruídos externos.
d) Permite configuração, diagnósticos de falha e
ajuste em qualquer ponto da malha.
e) Menor custo final.
Sinal Tipo Digital
Vantagens
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a) Existência de vários protocolos no
mercado, o que dificulta a comunicação
entre equipamentos de marcas diferentes.
b) Caso ocorra rompimento no cabo de
comunicação pode-se perder a informação
e/ou controle de várias malha.
Desvantagens
Sinal Tipo Digital
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Sinal Tipo Rádio
Neste tipo de sinal, o sinal ou
um pacote de sinais medidos são
enviados à sua estação receptora
via ondas de rádio em uma faixa de
freqüência específica.
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a)Não necessita de cabos de sinal.
b) Pode-se enviar sinais de medição e
controle de máquinas em
movimento.
Vantagens
Sinal Tipo Rádio
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Sinal Tipo Rádio
a) Alto custo inicial.
b) Necessidade de técnicos
altamente especializados.
Desvantagens
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Sinal Tipo Modem
A transmissão dos sinais é
feita através de utilização de linhas
telefônicas pela modulação do
sinal em freqüência, fase ou
amplitude.
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a) Baixo custo de instalação.
b) Pode-se transmitir dados a
longas distâncias.
Sinal Tipo Modem
Vantagens
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Sinal Tipo Modem
a) Necessita de profissionais
especializados.
b) Baixa velocidade na transmissão de
dados.
c) Sujeito a interferências externas,
inclusive violação de informações.
Desvantagens
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Pressostato
É um instrumento de medição de
pressão utilizado como componente do
sistema de proteção de equipamento ou
processos industriais.
Sua função básica é de proteger a
integridade de equipamentos contra
sobrepressão ou subpressão aplicada aos
mesmos durante o seu funcionamento.
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Pressostato
Aspectos construtivos
É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste
de set-point e uma chave de duas posições (aberto ou fechado).
➢Como ELEMENTO SENSOR, pode-se utilizar qualquer um dos
tipos já mencionado, sendo o mais utilizado nas diversas
aplicações o diafragma.
➢Como MECANISMO DE AJUSTE DE SET-POINT utiliza-se na
maioria das aplicações uma mola com faixa de ajuste selecionada
conforme pressão de trabalho e ajuste, e em oposição à pressão
aplicada.
➢O MECANISMO DE MUDANÇA DE ESTADO mais utilizado é o
micro interruptor, podendo ser utilizado também ampola de vidro
com mercúrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo
normal aberto ou normal fechado.
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Pressostato
Aspectos construtivos
Tipos de Pressostato
a) Diferencial fixo ou ajustável
b)Por Contatos relê SPDT ou DPDT
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Tipos de Pressostato
Quanto ao intervalo entre atuação e desarme os
pressostatos podem ser fornecidos com diferencial
fixo e diferencial ajustável.
1. O tipo fixo só oferece um ponto de ajuste, o de set-
point, sendo o intervalo entre o ponto de atuação e
desarme fixo.
2. O tipo ajustável permite ajuste de set-point e
também alteração do intervalo entre o ponto de
atuação e desarme do pressostato.
Diferencial fixo ou ajustável
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Função do Pressostato
A função do pressostato é outro fator determinante na
seleção. Três tipos de pressostatos, baseados em sua função, são
descritos abaixo:
a) Pressostato de 1 contato - atua sobre uma única variação de
pressão, abrindo ou fechando um único circuito elétrico, por meio
da ação reversível do micro-interruptor.
b) Pressostato diferencial - atua sobre a variação entre 2 pressões
numa mesma linha controladas pelo mesmo instrumento.
c) Pressostato de 2 contatos - atua independentemente sobre dois
limites de uma mesma fonte de pressão, abrindo ou fechando dois
circuitos elétricos independentes por meio da ação reversível de
dois interruptores.
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INSTRUMENTOS CONVERSORES DE SINAIS
Os conversores tem como função básica
modificar a natureza ou amplitude de um sinal
para permitir a interligação de instrumento que
trabalham com sinais diferentes.
Existem diversas situações para justificar
sua aplicação, dentre elas as conversões de
sinais de termopares para corrente ou tensão
padrão de transmissão ( 4 a 20 mA e 1 a 5 VDC
respectivamente), as conversões
eletropneumáticas, e etc...
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CONVERSORES ELETRO-PNEUMÁTICOS E 
PNEUMÁTICOS-ELÉTRICOS
Esses conversores, também conhecidos
como I/P e P/I, tem como função interfacear a
instrumentação pneumática com a elétrica, bem
como permitir a utilização de atuadores
pneumáticos na instrumentação eletrônica
analógica ou digital.
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CONVERSORES ELETRO-PNEUMÁTICOS (I/P)
Este instrumento recebe um sinal de 4 a 20 mA DC que é aplicado a uma unidade
magnética (bobina) criando um campo magnéticoproporcional a intensidade de
corrente que a excitou. Esse campo proporciona deflexão em uma barra fletora que
atua como anteparo em relação a um bico de passagem de ar para exaustão. A
aproximação desta barra, conhecida como palheta, ao bico cria uma contra-pressão
que é amplificada através de uma unidade denominada relé piloto para um sinal
pneumático proporcional à entrada. A pressão de saída é realimentada através do fole
para permitir o equilíbrio do sistema.
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▪ No Brasil a Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT), por meio de sua norma NBR 8190
apresenta e sugere o uso de símbolos gráficos para
representação dos diversos instrumentos e suas
funções ocupadas nas malhas de instrumentação.
Simbologia de Instrumentação
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▪ No entanto, como é dada a liberdade para cada
empresa estabelecer/escolher a norma a ser
seguida na elaboração dos seus diversos
documentos de projeto de instrumentação outras
são utilizadas.
▪ Assim, devido a sua maior abrangência e
atualização, uma das normas mais utilizadas em
projetos industriais no Brasil é a estabelecida pela
ISA (Instrumentation Society of America).
Simbologia de Instrumentação
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2.1 Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190)
❖ Tipos de Conexões
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Símbolo de Linhas de Instrumentos
A linha de suprimento ou impulso representa a conexão do 
processo, elo mecânico ou alimentação do instrumento.
Sugerimos as seguintes abreviaturas para denotar os tipos 
de alimentação. Essas designações podem ser também 
aplicadas para suprimento de fluidos.
AS - suprimento de ar
Opções: IA - ar do instrumento
PA - ar da planta
ES - alimentação elétrica
GS - alimentação de gás
HS - suprimento hidráulico
NS - suprimento de nitrogênio
SS - suprimento de vapor
WS - suprimento de água
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❖ Simbologia de Identificação de Instrumentos de Campo e 
Painel
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❖ Código de Identificação de Instrumentos (quadro 1)
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❖ Código de Identificação de Instrumentos (quadro 2)
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❖Exemplo de Aplicação
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Círculo ou Balão do Instrumento
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❖ A identificação é feita da seguinte maneira: 
1.o Grupo de letras: 
▪ Identifica a variável medida ou iniciadora.
1.a Letra: variável medida:
Letras mais usadas: P – pressão; T – temperatura; 
F – vazão; L – nível.
2.a Letra: modificadora:
Letras mais usadas: D – diferencial; Q – totalização;
S – segurança.
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2.o Grupo de letras: 
▪ Identifica a função:
1.a Letra: função passiva ou de informação
Letras mais usadas: A – alarme; E – elemento primário; 
G – visão direta ; I – indicador , R – registrador.
2.a Letra: função ativa de saída
Letras mais usadas: C – controlador; S – chave; 
T – transmissor; V – válvula ou damper; Y – relé.
3.a Letra: modificadora
Letras mais usadas: H – alto; L – baixo. 
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▪ PIC
- Controlador Indicador de Pressão;
▪ TIC
-Controlador Indicador de Temperatura;
▪ LIC 
-Controlador Indicador de Nível;
▪ PT
-Transmissor de Pressão;
▪ TT
- Transmissor de Temperatura;
Simbologia - Exemplos
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31
▪ LT
- Transmissor de Nível;
▪ FQI
-Totalizador Indicador de Vazão;
▪ LSH
-Chave de Nível Alto;
▪ LSLL
-Chave de Nível muito Baixo;
▪ PSV
- Válvula de Segurança de Pressão;
Simbologia - Exemplos
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▪ PSHH
- Chave de Pressão muito Alta;
▪ LSHH
- Chave de Nível muito Alta;
▪ PSLL
-Chave de Pressão muito Baixa;
▪ LSLL
-Chave de Nível muito Baixo;
▪ LV
- Válvula de Nível;
Simbologia - Exemplos
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32
Simbologia - Exemplos
PI = Indicador de pressão
“P" é a variável medida (Pressão)
“I“ é a função de informação ou passiva.
Neste caso pode-se ter vários tipos de instrumentos. Desde um 
manômetro mecânico à instrumentos eletrônicos sofisticados.
Note que ao indicar PI em um fluxograma a intenção é descrever 
que naquele determinado ponto deseja-se somente indicar a 
pressão, independentemente do tipo de instrumento utilizado.
• TI = Indicador de Temperatura
• LI = Indicador de Nível
• SI = Indicador de Velocidade
• RI = Indicador de Radioatividade
• MI = Indicador de Umidade
• AI = Indicador de Condutividade, ou pH, ou 02 etc.
• VI = Indicador de Viscosidade
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Simbologia - Exemplos
PIC = Indicador Controlador de Pressão
Neste caso a função final é o controle de uma malha, 
portanto, a letra "C" da coluna “função final". A letra "I” é 
somente uma função passiva mencionando que o 
instrumento também esta indicando de alguma forma a 
variável "P" pressão.
• TIC = Indicador Controlador de Temperatura
• LIC = Indicador Controlador de Nível
• FIC = Indicador Controlador de Vazão
• JIC = Indicador Controlador de Potência
• SIC = Indicador Controlador de Velocidade
• BIC = Indicador Controlador de Queima ou Combustão
(queimadores de caldeiras ou fornos ou outros)
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Simbologia - Exemplos
LAH = Alarme de Nível Alto
Neste exemplo a letra "A" define a função de informação, 
indicando que o instrumento está sendo utilizado para um 
alarme. A letra modificadora "H“ complementa esta 
informação indicando o parâmetro do alarme, no caso nível 
alto.
• TAH = Alarme de Temperatura Alta
• SAL = Alarme de Baixa Velocidade
• WAL = Alarme de Peso Baixo
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Simbologia - Exemplos
• HV = Válvula de controle manual
A letra “V“ indica a função final e a letra “H“ indica a 
variável manual.
• LCV = Válvula de controle de nível auto-operada
Neste exemplo a letra “C" pode estar indicando que 
a válvula é auto-operada.
• LV = Válvula de nível
Geralmente esta notação determina que se trata de 
uma válvula de controle proporcional.
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34
Dreno
TQ - 01
RESERVATÓRIO
SUPERIOR
WT
01
LSH
01
LT
02
AQ
01
TQ - 02
RESERVATÓRIO
INFERIOR
LIT
01
TE
01
TIC
01
ICJ
01
TSH
01
FSL
01
FI
01
PSH
01
PIT
01
FIC
01
B - 01
ABASTECIMENTO
TC - 01
M
LV
01
FV
01
WI
01
FAL
01
PAH
01
PIC
01
LI
01
LI
02
I I
XV
01
LIT
03
LI
03
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
TT
01
1/2”
XV
02
Dreno
LSH
02
TI
01
FIT
01
FE
01
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
PI
01
NF
PI
02
LAH
01
LAH
02
TAH
02
PI
01
M
V-1
V-2
V-5
V-3
V-6
V-7
V-4
ATM.
1
3
2
Dreno
TQ - 01
RESERVATÓRIO
SUPERIOR
WT
01
LSH
01
LT
02
AQ
01
TQ - 02
RESERVATÓRIO
INFERIOR
LIT
01
TE
01
TIC
01
ICJ
01
TSH
01
FSL
01
FI
01
PSH
01
PIT
01
FIC
01
B - 01
ABASTECIMENTO
TC - 01
M
LV
01
FV
01
WI
01
FAL
01
PAH
01
PIC
01
LI
01
LI
02
I I
XV
01
LIT
03
LI
03
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
1/2”
TT
01
1/2”
XV
02
Dreno
LSH
02
TI
01
FIT
01
FE
01
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
NF
PI
01
NF
PI
02
LAH
01
LAH
02
TAH
02
PI
01
M
V-1
V-2
V-5
V-3
V-6
V-7
V-4
ATM.
1
3
2
FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO
08/08/2017 70
Exercício de Aplicação
1. Identifique os instrumentos no desenho abaixo:
08/08/2017 71
35
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LI = Indicador de nível
LT = Transmissor de nível
LIT = Indicador e Transmissor de nível
LSH = Chave de nível alto
LAH = Alarme de nível alto
XV = Atuador de Válvula
WT = Transmissão de peso ouforça
WI = Indicador de peso ou força
LV = Válvula de nível
FIT = Indicador e transmissor de vazão
FAL = Alarme de baixa vazão 
FI = Indicador de vazão
FSL = Chave de vazão baixa
FE = Elemento primário (Sensor) de vazão
FIC = Indicador e controlador de vazão
FV = Válvula de nível
PI = Indicador de pressão
PIC = Indicador e controlador de 
pressão
PIT = Indicador e transmissão de 
pressão
PAH = Alarme de pressão alta
PSH = Chave de alarme de pressão
PI = Indicador de pressão
TI = Indicador de Temperatura
TSH = Chave de temperatura alta
TAH = Alarme de temperatura alta
AQ = Analisador e integrador
TIC = Indicador e controlador de 
temperatura
TE = Elemento primário (Sensor) de 
temperatura
CJ = Varredura de condutibilidade
Identificação dos instrumentos no desenho anterior:
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Simbologia - Exemplos
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08/08/2017 74
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