INSTRUMENTACAO INDUSTRIAL

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CURSO TÉCNICO EM PROCESSOS DE 
GERAÇÃO DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 
 
 
Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina 
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
Departamento Regional de Santa Catarina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tubarão - 2003 
É autorizada a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou 
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Equipe Técnica: 
 
Organizadores: 
 
Vanderlei Baldessar 
Nelson de Souza 
Dinorzete Henrique Nunes 
Júlio Cesar Fernandes 
 
 
Coordenador: 
 
Nelson de Souza 
Julio Cesar Fernandes 
 
 
Digitadores: 
 
Ramon de Souza Martins 
Michel Borges Rodrigues 
 
Professor Responsável: 
 
Nelson de Souza 
 
 
Revisão Técnica: 
 
Engenheiro Dinorzete Henrique Nunes 
 
 
 
 
 
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
Departamento Regional de Santa Catarina 
SENAI – Centro de Educação e Tecnologia de Tubarão 
www.senaidetubarao.com.br 
 
Avenida Marcolino Martins Cabral, 184 – Centro 
CEP 88701-000 – Tubarão – SC 
Fone: (48) 621-5600 
Fax: (48) 621-5601 
 
 
Sumário 
 
 
1. Aspectos Gerais da Área de Instrumentação ..................................................................... 1 
1.1. Histórico .................................................................................................................... 1 
1.2. Terminologia ............................................................................................................. 2 
1.2.1. Faixa de Medida (range)..................................................................................... 2 
1.2.2. Alcance (span).................................................................................................... 2 
1.2.3. Erro ..................................................................................................................... 3 
1.2.4. Exatidão.............................................................................................................. 3 
1.2.5. Rangeabilidade (largura de faixa)....................................................................... 3 
1.2.6. Zona Morta ......................................................................................................... 3 
1.2.7. Sensibilidade........................................................................................................ 4 
1.2.8. Histerese .............................................................................................................. 4 
1.2.9. Repetibilidade..................................................................................................... 4 
1.2.10. Linearidade ........................................................................................................ 4 
1.3. Funções de Instrumentos ........................................................................................... 4 
1.4. Identificação de Instrumentos..................................................................................... 6 
1.5. Principais Sistemas de Medida ................................................................................ 10 
1.5.1. Sistema Métrico Decimal ................................................................................. 10 
1.5.2. Sistema Físico ou Cegesimal............................................................................. 10 
1.5.3. Sistema Industrial Francês................................................................................ 10 
1.5.4. Sistema Inglês................................................................................................... 10 
1.6. Telemetria................................................................................................................. 10 
1.6.1. Transmissores .................................................................................................... 11 
2. Pressão ............................................................................................................................ 13 
2.1. Conceitos Fundamentais.......................................................................................... 13 
2.1.1. Pressão Atmosférica .......................................................................................... 14 
2.1.2. Pressão Relativa................................................................................................ 14 
2.1.3. Pressão Absoluta .............................................................................................. 14 
2.1.4. Pressão Negativa ou Vácuo .............................................................................. 14 
2.1.5. Pressão Diferencial ............................................................................................ 15 
2.1.6. Pressão Estática ................................................................................................ 15 
2.1.7. Pressão Dinâmica ou Cinética ........................................................................... 15 
2.2. Medição de Pressão .................................................................................................. 15 
2.2.1. Unidades de Pressão .......................................................................................... 15 
2.2.2. Dispositivos para Medição de Pressão .............................................................. 16 
2.2.3. Tipos de Elementos Sensíveis ........................................................................... 16 
3. Temperatura..................................................................................................................... 24 
3.1. Conceitos Fundamentais........................................................................................... 24 
3.1.1. Transmissão de Calor ........................................................................................ 24 
3.1.2. Medição de Temperatura ................................................................................... 25 
3.1.3. Escalas de Temperatura ..................................................................................... 26 
3.2. Medidores de Temperatura...................................................................................... 28 
3.2.1. Líquido ............................................................................................................. 28 
3.2.2. Termômetros a Pressão de Gás......................................................................... 32 
3.2.3. Termômetro a Pressão de Vapor ...................................................................... 33 
3.2.4. Termômetro à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) .................... 34 
3.2.5. Medição de Temperatura com Termopar ......................................................... 36 
3.2.6. Associação de Termopares ............................................................................... 44
3.2.7. Termopares e Acessórios.................................................................................. 45 
3.2.8. Medição de Temperatura por Termômetro de Resistência............................... 47 
3.2.9. Medição de Temperatura por Radiação............................................................ 51 
3.2.10. Medição de Temperatura Superficial ............................................................. 56 
4. VAZÃO .......................................................................................................................... 57 
4.1. Medição de Vazão ...................................................................................................57 
4.2. Tipos de Medidores de Vazão ................................................................................. 57 
4.2.1. Medidores de Quantidade................................................................................. 57 
4.2.2. Medidores Volumétricos .................................................................................. 58 
4.2.3. Medidores de Vazão por ∆P Constante (área variável).................................... 75 
4.2.4. Medidores Especiais de Vazão ......................................................................... 77 
5. NÍVEL ............................................................................................................................. 85 
5.1. Introdução................................................................................................................. 85 
5.2. Métodos de Medição de Nível.................................................................................. 85 
5.2.1. Medição de Nível Direta.................................................................................... 85 
5.2.2. Medição de Nível Indireta ................................................................................. 89 
6. Medição Analítica............................................................................................................ 98 
6.1. Introdução................................................................................................................. 98 
6.2. Analisadores de Gases de Combustão ...................................................................... 98 
6.2.1. Analisadores Químicos...................................................................................... 98 
6.2.2. Analisadores Termocondutivímetros............................................................... 100 
6.2.3. Analisadores por Combustão Catalítica .......................................................... 103 
6.2.4. Analisadores Termomagnéticos ...................................................................... 104 
6.2.5. Analisador Eletroquímico de Oxigênio ........................................................... 106 
6.2.6. Analisadores de Oxigênio Dissolvido ............................................................. 107 
6.2.7. Analisadores de Hidrogênio Dissolvido.......................................................... 109 
6.2.8. Sistemas de Amostragem de Gás .................................................................... 110 
6.2.9. Medidores de Ph .............................................................................................. 111 
6.2.10. Medição de Condutividade Elétrica .............................................................. 113 
7. Instrumentos para Supervisão........................................................................................ 114 
7.1. Introdução............................................................................................................... 115 
7.2. Medidores de Rotação ............................................................................................ 115 
7.3. Detectores de vibração............................................................................................ 115 
7.4. Detectores de Expansão Diferencial....................................................................... 116 
7.5. Detectores de Excentricidade ................................................................................. 117 
8. Elemento Final de Controle........................................................................................... 118 
8.1.Tipos de Válvula de Controle.................................................................................. 118 
8.1.1. Introdução....................................................................................................... 118 
8.1.2. Tipos de Corpos............................................................................................... 118 
8.1.3. Válvulas de Deslocamento Linear da Haste .................................................... 119 
8.1.4. Válvulas de Deslocamento Rotativo da Haste................................................ 134 
8.2. Atuadores para Válvulas de Controle..................................................................... 140 
8.2.1. Introdução....................................................................................................... 140 
8.2.2. Atuador Pneumático Tipo Mola e Diafragma ................................................ 140 
8.2.3. Atuador Pneumático Tipo Pistão.................................................................... 142 
8.2.4. Atuador Elétrico ............................................................................................. 143 
8.2.5. Atuador Eletro-Hidráulico.............................................................................. 143 
8.2.6. Atuador Hodráulico ........................................................................................ 144 
8.2.7. Posição de Segurança por falha ...................................................................... 144 
8.3. Acessórios de uma Válvula de Controle................................................................. 146
8.3.1. Introdução....................................................................................................... 146 
8.3.2. Posicionador Pneumático ............................................................................... 146 
8.3.3. Posicionador Eletro-Pneumático .................................................................... 150 
8.3.4. Válvulas Solenóides ....................................................................................... 151 
8.3.6. Válvula Fixadora de Ar .................................................................................. 152 
8.3.7. Transmissor de Posição .................................................................................. 152 
8.3.8. Transdutores Eletro-pneumáticos ................................................................... 152 
8.3.9. Conjunto Filtro-Regulador de Ar ................................................................... 152 
8.3.10. Volantes Manuais ......................................................................................... 153 
8.4. Características das Válvulas de Controle ............................................................... 154 
8.4.1. Característica Linear....................................................................................... 154 
8.4.2. Característica de Igual Porcentagem .............................................................. 154 
8.4.3. Característica Parabólica Modificada............................................................. 155 
8.4.4. Característica de Abertura Rápida.................................................................. 156 
8.4.5. Características de Válvulas Borboletas .......................................................... 156 
8.4.6. Coeficiente de Vazão – Cv ............................................................................. 156 
8.5. Outros Tipos de Atuadores .................................................................................... 157 
8.5.1. Válvulas Reguladoras de Pressão Auto-Operadas........................................... 157 
8.5.2. Válvulas de Segurança.................................................................................... 159 
8.5.3. Atuadores de Console..................................................................................... 159 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
1. ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE INSTRUMENTAÇÃO 
1.1. HISTÓRICO 
Os processos industriais exigem controle na fabricação de seus produtos. Estes 
processos são muito variados e abrangem muitos tipos de produtos, como, por exemplo, a 
fabricação dos derivados do petróleo, produtos alimentícios, a indústria de papel e 
celulose, etc. 
Emtodos estes processos é absolutamente necessário controlar e manter constantes 
algumas variáveis, tais como: pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, 
velocidade, umidade, etc. Os instrumentos de medição e controle permitem manter 
constantes as variáveis do processo, objetivando a melhoria em qualidade, o aumento em 
quantidade do produto e a segurança. 
No princípio da era industrial, o operário atingia os objetivos citados através de 
controle manual destas variáveis, utilizando somente instrumentos simples (manômetro, 
termômetro, válvulas manuais, etc.) e isto era suficiente, porque os processos eram 
simples. Com o passar do tempo, estes foram se complicando, exigindo um aumento da 
automação nos processos industriais, através dos instrumentos de medição e controle. 
Enquanto isso, os operadores iam se liberando de sua atuação física direta no processo e, 
ao mesmo tempo, ocorria a centralização das variáveis em uma única sala. 
Devido à centralização das variáveis do processo, podemos fabricar produtos que 
seriam impossíveis através do controle manual. Mas, para atingir o nível que estamos hoje, 
os sistemas de controle sofreram grandes transformações tecnológicas, como: controle 
manual, controle mecânico e hidráulico, controle pneumático, controle elétrico, controle 
eletrônico e atualmente controle digital. 
Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos: processos contínuos e 
processos descontínuos. Em ambos os tipos, deve-se manter as variáveis próximas aos 
valores desejados. 
O sistema de controle que permite fazer isto se define como aquele que compara o 
valor da variável do processo com o valor desejado e toma uma atitude de correção de 
acordo com o desvio existente sem a intervenção do operador. 
Para que se possa fazer esta comparação e conseqüentemente a correção, é necessário 
que se tenha uma unidade de medida, uma unidade de controle e um elemento final de 
controle no processo. 
 
 
 
Figura 1.1 – Malha de Controle Fechada 
 
2 
 
Este conjunto de unidades forma uma malha de controle, que pode aberta ou fechada. 
Na Figura 1.1 vemos uma malha fechada e na Figura 1.2 vemos uma malha de controle 
aberta. 
 
Figura 1.2 – Malha de Controle Aberta 
 
 
1.2. TERMINOLOGIA 
Os instrumentos de controle empregados na indústria de processos (química, 
siderúrgica, papel, etc.) têm sua própria terminologia. Os termos utilizados definem as 
características próprias de medida e controle dos diversos instrumentos: indicadores, 
registradores, controladores, transmissores e válvulas de controle. 
A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os usuários e os 
organismos que intervêm diretamente ou indiretamente no campo do instrumentação 
industrial. 
 
 
1.2.1. Faixa de Medida (range) 
 
Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite 
superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Expressa-se 
determinando os valores extremos. 
 
Exemplo: 100 a 500 m3 0 a 20 psi 
 
 
1.2.2. Alcance (span) 
 
 É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do 
instrumento. 
 
Exemplo: Um instrumento com range de 100 – 500 m3 
 Seu span é de 400 m3. 
 
 
 
 
 
3 
 
1.2.3. Erro 
 
É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor 
real da variável medida. Se tivermos o processo em regime permanente, chamaremos de 
erro estático, que poderá ser positivo ou negativo, dependendo da indicação do 
instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou menos. 
Quando tivermos a variável alterando seu valor ao longo do tempo, teremos um 
atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará 
geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença entre o valor real e 
o valor medido é chamada de erro dinâmico. 
 
 
1.2.4. Exatidão 
 
Podemos definir como sendo a aptidão de um instrumento de medição para dar 
respostas próximas a um valor verdadeiro. 
 
A exatidão pode ser descrita de três maneiras: 
 
- Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.) 
- Percentual do Span (% do span) 
- Percentual do Valor Lido (% do V.L.) 
 
Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250 °C e valor medido 
100°C, determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: 
 
 · Exatidão 1 % do Fundo de Escala 
 Valor real = 100°C ± (0,01 x 250) = 100°C ± 2,5°C 
 
 · Exatidão 1 % do Span 
 Valor real = 100°C ± (0,01 x 200) = 100°C ± 2,0°C 
 
 · Exatidão 1 % do Valor Lido (Instantâneo) 
 Valor real = 100°C ± (0,01 x 100) = 100°C ± 1,0°C 
 
 
1.2.5. Rangeabilidade (largura de faixa) 
 
É a relação entre o valor máximo e o valor mínimo, lidos com a mesma exatidão na 
escala de um instrumento. 
 
Exemplo: Para um sensor de vazão cuja escala é 0 a 300 GPM (galões por minuto), 
com exatidão de 1% do span e rangeabilidade 10:1, a exatidão será respeitada entre 30 e 
300 GPM. 
 
 
1.2.6. Zona Morta 
 
É a máxima variação que a variável pode ter sem que provoque alteração na indicação ou 
sinal de saída de um instrumento. 
 
Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200°C e com zona morta de: 
 
4 
 
1.2.7. Sensibilidade 
 
É a mínima variação que a variável pode ter, provocando alteração na indicação ou 
sinal de saída de um instrumento. 
 
Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 500°C e com sensibilidade de 
 0,05% terá valor de: 
 
 
1.2.8. Histerese 
 
É o erro máximo apresentado 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. 
 
Expressa-se em porcentagem do span do instrumento. 
 
Deve-se destacar que a expressão zona morta está incluída na histerese. 
 
Exemplo: Num instrumento com range de -50°C a 100°C, sendo sua histerese de 
 ± 0,3 %, o erro será 0,3 % de 150°C = ± 0,45°C. 
 
 
1.2.9. Repetibilidade 
 
É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, 
adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em porcentagem do span do 
instrumento. O termo repetibilidade não inclui a histerese. 
 
 
1.2.10. Linearidade 
 
É o desvio máximo da indicação obtida tornando com referência a reta que une os 
pontos referentes a 0% e 100% da escala. 
 
1.3. FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS 
Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação de 
acordo com a função que desempenham no processo. 
 
a) Indicador: Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na 
qual podemos ler o valor da variável. Existem, também, os indicadores digitais que 
mostram a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas. A figura 1.3 
ilustra dois tipos de indicadores. 
Figura 1.3 – Tipos de indicadores analógico e digital 
 
5 
 
b) Registrador: Instrumento que registra a traço contínuo ou pontos em um gráfico. 
Alguns destes registradores podem ser vistos na figura 1.4. 
Figura 1.4 – Alguns tipos de registradores 
 
c) Transmissor: Instrumento que determina o valor de uma variável no processo 
através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou 
eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo. A figura 1.5 
mostra alguns transmissores típicos. 
 
Figura 1.5 – Transmissores de pressão diferencial e de temperatura 
 
d) Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais 
quantidades físicas, modifica, caso necessário,estas informações e fornece um sinal 
de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento 
primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor 
que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados. 
 
Figura 1.6 – Tipos de transdutores 
 
 
6 
 
e) Controlador: Instrumento que compara a variável controlada com um valor 
desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um 
valor específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida 
diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor 
ou transdutor. 
 
Figura 1.7 – Alguns tipos de controladores 
 
f) Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor da 
variável manipulada de uma malha de controle. 
 
Figura 1.8 – Elementos finais de controle 
 
 
 
1.4. IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS 
As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificação para 
identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão ser 
utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação. 
 De acordo com a norma ISA-S5, cada instrumento ou função programada será 
identificada por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de 
algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence. 
Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo. 
O Quadro 1.1 mostra um exemplo de instrumento identificado de acordo com a 
norma estabelecida. 
 
 P RC 001 02 A 
Variável Função Área da 
 Atividade 
No Seqüencial 
 Da Malha 
Identificação Funcional Identificação da Malha 
S 
U 
F 
 I 
X 
O 
Identificação do Instrumento (PRC 001 02 A) 
 
Quadro 1.1 – Identificação de instrumentos de acordo com a norma ISA-S5 
 
7 
 
Onde: 
 P - Variável medida – Pressão 
 R - Função passiva ou de informação – Registrador 
 C - Função ativa ou de saída – Controlador 
 001 - Área de atividade onde o instrumento atua 
02 - Número seqüencial da malha 
A - Sufixo 
 
O Quadro 1.2 mostra a simbologia de sinais utilizados nos fluxogramas de processos. 
 
 
 
 
Suprimento ou Impulso 
 
 
 
Sinal não Definido 
 
 
Sinal Pneumático 
 
 
Sinal Elétrico 
 
 
Sinal Hidráulico 
 
 
 
Tubo Capilar 
 
Sinal Eletromagnético 
 ou Sônico Guiado 
 
 
 
Sinal Eletromagnético 
ou Sônico não Guiado 
 
Ligação por Software 
 
Ligação Mecânica 
 
Sinal Binário 
 Pneumático 
 
 
 
Sinal Binário Elétrico 
 
 
 
 
Quadro 1.2 – Símbolos de sinais de fluxogramas 
 
No Quadro 1.3 podem ser vistos os símbolos de instrumentos utilizados nos 
fluxogramas de processo, com os quais pode-se definir em que local da planta o 
instrumento está localizado. 
 
 
 
Painel Principal 
 Acessível ao Operador 
 
Montado no Campo Painel Auxiliar 
Acessível ao Operador 
Painel Auxiliar não 
 Acessível ao Operador 
 
Instrumentos 
Discretos 
 
 
 
Instrumentos 
Compartilhados 
 
 
 
 
 
Computador de 
Processo 
 
 
Controlador 
Lógico 
Programável 
 
 
 
 
 
 
 
Quadro 1.3 – Símbolos de instrumentos utilizados em fluxogramas 
 
8 
 
Como se percebe no Quadro 1.4, pode-se obter combinações possíveis de acordo com 
o funcionamento dos dispositivos automáticos. 
 
 Exemplo: T - Temperatura R - Registrador P - Pressão 
 I - Indicador F - Vazão V - Válvula 
 L - Nível G - Visor H - Alto 
 
1a LETRA LETRAS SUCESSIVAS 
 Variável Medida Letra de Modificação 
Função de 
Leitura Passiva Função de Saída 
Letra de 
Modificação 
A Analisador Alarme Alarme 
B Queimador (Chama) Botão de Pressão 
C Condutibilidade Elétrica Controlador 
D 
Densidade ou 
Peso Específico Diferencial 
 
E Tensão (FEM) Elemento Primário 
F Vazão Relação 
G Medida Dimensional Visor 
H Comando Manual Entrada Manual Alto 
I Corrente Elétrica 
 Indicação ou 
Indicador 
 
J Potência Varredura 
K Tempo ou Programa 
 Cálculos em 
Sistema Digital 
 
L Nível Lâmpada Piloto Baixo 
M Umidade 
 
Média Médio ou Intermediário 
N Vazão Molar 
O Orifício ou Restrição 
P Pressão Percentual Tomada de Impulso 
Q Quantidade Integração 
R Remoto Registrador 
S Velocidade ou Freqüência Chave de Segurança 
 Interruptor ou 
Chave 
 
T Temperatura 
 Transmissão 
Transmissor 
 
U Multivariável Cálculo feito por Computador Multifunção Multifunção 
V Vibração Válvula 
W Peso ou Força Poço 
Y Escolha do Usuário 
 Solenóide 
Conversor de Sinal 
Relê ou 
Computador 
 
Z Posição ou Deslocamento Elemento Final de Controle 
 
 
Quadro 1.4 – Identificação Funcional dos Instrumentos 
 
 
9 
 
 
 
Figura 1.9 – Exemplos de localização de equipamentos, tipos de sinais de transmissão e 
 funções de equipamentos 
 
 
10 
 
1.5. PRINCIPAIS SISTEMAS DE MEDIDA 
Os sistemas podem ser classificados quanto à natureza de suas unidades 
fundamentais, quanto ao valor dessas unidades e também quanto às relações escolhidas na 
determinação dos derivados. 
 
Os principais sistemas são: 
 
 
1.5.1. Sistema Métrico Decimal 
 
Tem como unidades fundamentais o metro, o quilograma e o segundo (M.K.S). 
 
 
1.5.2. Sistema Físico ou Cegesimal 
 
Tem como unidades fundamentais o centímetro, o grama e o segundo (C.G.S). 
 
 
1.5.3. Sistema Industrial Francês 
 
Tem como unidades fundamentais o metro, a tonelada e o segundo (M.T.S.), 
definidas em função do sistema métrico decimal. 
 
 
1.5.4. Sistema Inglês 
 
Tem como unidades fundamentais o pé (foot), a libra (Pound) e o segundo (second). 
 
 
 
1.6. TELEMETRIA 
Chamamos de telemetria a técnica de transportar medições obtidas no processo a 
distância, em função de um instrumento transmissor. 
A transmissão a distância dos valores medidos está tão intimamente relacionada com 
os processos contínuos, que a necessidade e as vantagens da aplicação da telemetria e do 
processamento contínuo se entrelaçam. 
Um dos fatores que se destacam na utilização da telemetria é a possibilidade de 
centralizar instrumentos e controles de um determinado processo em painéis de controle ou 
em uma sala de controle. 
Teremos, a partir daqui, inúmeras vantagens as quais não são difíceis de imaginar: 
 
• Os instrumentos agrupados podem ser consultados mais facilmente e 
rapidamente, possibilitando à operação uma visão conjunta do desempenho da 
unidade. 
 
• Podemos reduzir o número de operadores com simultâneo aumento da eficiência 
do trabalho. 
 
 
11 
 
• Cresce, consideravelmente, a utilidade e a eficiência dos instrumentos face às 
possibilidades de pronta consulta, manutenção e inspeção, em situação mais 
acessível, mais protegida e mais confortável. 
 
 
1.6.1. Transmissores 
 
Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a 
transmitem, à distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a 
uma combinação destes. 
Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicose 
eletrônicos. 
 
1.6.1.1. Transmissão Pneumática 
 
Em geral, os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável, 
linear, de 3 a 15 psi (libras força por polegada ao quadrado) para uma faixa de 
medidas de 0 a 100 % da variável. Esta faixa de transmissão foi adotada pela 
SAMA (Scientific Apparatur Makers Association), Associação de Fabricantes de 
Instrumentos, e pela maioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos 
Estados Unidos. Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de 
sinais de transmissão. Por exemplo: de 20 a 100 kPa. 
 
Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, utilizam-se as faixas de 0,2 a 
1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15 psi. 
O alcance do sinal no sistema métrico é, aproximadamente, 5 % menor que o sinal de 
3 a 15 psi. Este é um dos motivos pelos quais devemos calibrar os instrumentos de uma 
malha (transmissor, controlador, elemento final de controle, etc.) sempre utilizando uma 
mesma norma. 
Note que o valor mínimo do sinal pneumático também não é zero, e sim, 3 psi ou 0,2 
kgf/cm2. Deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, comprovando sua 
correta calibração e detectando vazamentos de ar nas linhas de transmissão. 
Percebe-se que, se tivéssemos um transmissor pneumático de temperatura de range 
de 0 a 200°C e o mesmo tivesse com o bulbo a 0°C e um sinal de saída de 1 psi, este 
estaria descalibrado. 
Se o valor mínimo de saída fosse 0 psi, não seria possível fazermos esta comparação 
rapidamente. Para que pudéssemos detectá-lo, teríamos de esperar um aumento de 
temperatura para que tivéssemos um sinal de saída maior que 0 (o qual seria incorreto). 
 
1.6.1.2. Transmissão Eletrônica 
 
Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os 
mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. Temos estas discrepâncias nos 
sinais de saída entre diferentes fabricantes, porque estes instrumentos estão 
preparados para uma fácil mudança do seu sinal de saída. 
 
A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15 psi de 
um sinal pneumático. 
O "zero vivo" utilizado, quando adotamos o valor mínimo de 4 mA, oferece a 
vantagem também de podermos detectar uma avaria (rompimento dos fios, por exemplo), 
que provoca a queda do sinal, quando ele está em seu valor mínimo. 
 
 
12 
 
1.6.1.3. Protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer) 
 
É um sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um 
sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1200 bits/s (BPS) e modulação 
FSK (Frequency Shift Keying). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, 
permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. 
 
As vantagens do protocolo Hart são as seguintes: 
 
· Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital. 
· Usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentação analógica. 
· Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes. 
 
As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão 
das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para 
cada instrumento). 
 
1.6.1.4. Fieldbus 
 
É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interliga equipamentos 
inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos 
localizados na sala de controle, conforme mostra a Figura 1.10. 
 
Este padrão permite comunicação entre uma variedade de equipamentos, tais como: 
transmissores, válvulas, controladores, CLPs, etc. Estes podem ser de fabricantes 
diferentes (Interoperabilidade) e ter controle distribuído (cada instrumento tem a 
capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos para 
correção de uma variável: pressão, vazão, temperatura, etc.). 
Uma grande vantagem é a redução do número de cabos do controlador aos 
instrumentos de campo, ou seja, apenas um par de fios é o suficiente para a interligação de 
uma rede fieldbus. 
 
Figura 1.10 – Sistema Fieldbus 
 
 
 
 
 
 
13 
 
2. PRESSÃO 
2.1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
A medição de pressão é um padrão de medida dos mais importantes, pois as medidas 
de vazão, nível, etc., podem ser feitas utilizando-se esse princípio. 
Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área. 
 
A lei de Pascal resumia-se em: “A pressão exercida em um ponto qualquer de um 
líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais”. 
A figura 2.1 ilustra este preceito, podendo-se afirmar que uma garrafa de vidro pode 
quebrar-se se a rolha for forçada a entrar na câmara cheia: o fluído, praticamente 
incompressível, transmite a força aplicada na rolha à garrafa, resultando disso, uma força 
excessivamente alta numa área maior que a da rolha. 
 
 
Figura 2.1 – Pressão (força por unidade de área), é transmitida em todos os sentidos, 
 através de um líquido confinado 
 
 
 
 
 
14 
 
2.1.1. Pressão Atmosférica 
 
É a força exercida pela atmosfera na superfície terrestre. Esta força equivale ao peso 
dos gases que estão presentes no ar e que compõem atmosfera. 
A pressão atmosférica pode variar de um lugar para o outro, em função da altitude e 
das condições meteorológicas (como a umidade e a densidade do ar). Ao nível do mar, esta 
pressão é de, aproximadamente, 760 mmHg ou 1 atm. Quanto mais alto o local, mais 
rarefeito é o ar e, portanto, menor é a pressão atmosférica. O instrumento que mede a 
pressão atmosférica é barômetro. 
 
 
2.1.2. Pressão Relativa 
 
É determinada tomando-se como referência a pressão atmosférica local. Para medi-la, 
usam-se instrumentos denominados manômetros. Por essa razão, a pressão relativa é 
também chamada de pressão manométrica. 
A maioria dos manômetros é calibrada em zero para a pressão atmosférica local. 
Assim, a leitura do manômetro pode ser positiva (quando indica o valor da pressão acima 
da pressão atmosférica local) ou negativa (quando se tem um vácuo). 
Quando se fala em pressão de uma tubulação, refere-se à pressão relativa ou 
manométrica. 
 
 
2.1.3. Pressão Absoluta 
 
É a soma da pressão relativa e atmosférica. No vácuo absoluto, pressão absoluta é 
zero e, a partir daí, será sempre positiva. 
 
Importante: Ao exprimir-se um valor de pressão, deve-se determinar se a pressão 
é relativa ou absoluta. 
 
Exemplo: 3 kgf/cm2 abs Pressão 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. 
 
 
2.1.4. Pressão Negativa ou Vácuo 
 
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica. 
A figura 2.2 ilustra o comparativo das escalas de pressão. 
 
Figura 2.2 – Diagrama das escalas de pressão 
Pressão Absoluta
Pressão Relativa
Pressão Atmosférica
Vácuo Absoluto
Vácuo
 
15 
 
2.1.5. Pressão Diferencial 
 
É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ∆P (delta P). 
Normalmente é utilizada para medir diferenciais de pressão de filtros, de bombas, vazão, 
nível, etc. 
 
 
2.1.6. Pressão Estática 
 
É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo 
perpendicularmente à tomada de impulso por unidade de área exercida. 
 
 
2.1.7. Pressão Dinâmica ou Cinética 
 
É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a tomada de 
impulso de tal forma que receba o impacto do fluxo. 
 
 
2.2. MEDIÇÃO DE PRESSÃO 
2.2.1. Unidades de Pressão 
 
As unidades de pressão mais usadas são: 
 
· quilograma-força por centímetro quadrado (Kgf/cm2);· atmosfera (atm); 
· libras por polegada quadrada (psi); 
· polegada de coluna de água ("ca); 
· milímetro de coluna de água (mmH20); 
· bar; 
· Pascal (Pa). 
 
Como existem muitas unidades de pressão, é necessário saber correspondência entre 
elas, pois nem sempre na indústria temos instrumentos padrões com todas as unidades, 
sendo necessário saber fazer a conversão. 
A tabela 2.1 apresenta as conversões entre várias unidades de pressão: 
Tabela 2.1 – Fatores de conversão de unidades de pressão 
 
 
 
16 
 
2.2.2. Dispositivos para Medição de Pressão 
 
O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro e que pode ter 
vários elementos sensíveis. A figura 2.3 mostra alguns tipos de manômetros. 
 Para processos U Antivibrantes Industrial 
 
Figura 2.3 – Tipos de manômetros 
 
Vamos, então, ao estudo de alguns tipos de elementos sensíveis. 
 
 
2.2.3. Tipos de Elementos Sensíveis 
 
Os elementos sensíveis usados são: o tubo de Bourdon, (pode-se apresentar nas 
seguintes formas: tipo C, espiral e helicoidal), membrana ou diafragma, fole, coluna de 
líquido e os com princípios elétricos. 
 
2.2.3.1. Tubo Bourdon 
 
O princípio de funcionamento de um dispositivo de medição, baseado neste 
elemento sensível, é bastante simples e idêntico a um brinquedo muito conhecido: a 
"língua de sogra", que pode ser vista na Figura 2.4. Quando soprada, a "língua de 
sogra" enche-se de ar e desenrola-se, por causa da pressão exercida pelo ar. No caso 
do manômetro, esse desenrolar gera um movimento que é transmitido ao ponteiro e 
que vai indicar a medida de pressão. 
 
Figura 2.4 – Língua de Sogra 
 
 
17 
 
O tubo de Bourdon pode-se apresentar nas seguintes formas: tipo C, espiral e 
helicoidal, os quais podem ser observados na figura 2.5. 
 C Espiral Helicoidal 
 
Figura 2.5 – Tipos de tubos de Bourdon 
 
 
A figura 2.6 mostra os detalhes de um manômetro com Bourdon tipo “C”. 
 
 
Figura 2.6 – Manômetro com Bourdon tipo “C” 
 
2.2.3.2. 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. 
 
A figura 2.7 ilustra alguns tipos de diafragma utilizados na fabricação de 
manômetros. 
Figura 2.7 – Tipos de diafragmas 
 
O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva. 
 
18 
 
2.2.3.3. Fole 
 
É também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro 
metálico, corrugado ou sanfonado. 
 
 A figura 2.8 ilustra, esquematicamente, a medição de pressão com um tipo de fole. 
 
Figura 2.8 – Tipo fole 
 
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. 
 
2.2.3.4. Coluna de Líquido 
 
Os instrumentos de medição de pressão do tipo coluna são utilizados na indústria 
como medidores locais. O mais comum constituísse de um tubo de vidro com seção 
transversal uniforme, dobrado em forma de “U”. O diâmetro interno não deve ser 
inferior a 8mm para que o efeito de capilaridade não introduza erros nas indicações 
obtidas. A coluna “U” é um instrumento simples e preciso. Pode ser usado para 
medição de pressão, vácuo ou pressão diferencial. 
 
As colunas podem ser basicamente de três tipos: em forma de “U” (figura 2.9), 
coluna reta vertical (figura 2.10) e reta inclinada (figura 2.11). 
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 à pressão aplicada. 
Figura 2.9 – Manômetro de tubo em “U” 
 
19 
 
Quando o manômetro está separado da linha de fluído, os dois lados do manômetro 
estão com o nível de água no zero da escala. Isso acontece porque os dois lados do 
manômetro estão sujeitos à pressão atmosférica. Com um lado do manômetro ligado à 
tubulação de distribuição de fluído (para medir a pressão do fluído) e o outro lado ainda 
sujeito à pressão atmosférica local, a coluna de água será forçada para baixo no lado 
pressurizado e elevada no lado sob ação da atmosfera. A pressão do fluído na tubulação é 
medida pelo deslocamento total da coluna de água e seu valor é dado em milímetros de 
coluna de água (mmca). 
O deslocamento total da coluna de água (DT) é dado pela soma da elevação (E) no 
lado atmosférico e do abaixamento (A) no lado pressurizado. O abaixamento (A) no lado 
pressurizado é igual à elevação (E) no lado atmosférico. Por isso, o deslocamento total 
(DT) pode ser medido multiplicando-se o abaixamento (A) ou a elevação (E) por 2. Isso 
pode ser escrito em uma fórmula simples para a leitura da pressão no manômetro: 
 
 DT = A + E ou DT = 2 x A ou DT = 2 x E 
 
 
Figura 2.10 – Manômetro de coluna reta vertical 
 
 
Figura 2.11 – Manômetro de tubo inclinado 
 
Quando o produto usado tiver dr (densidade relativa) diferente de 1, a pressão será 
calculada pela seguinte expressão matemática. 
 
 DT = h ∆∆∆∆P = h . dr 
 
 
20 
 
2.2.3.5. 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 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. Este inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis à 
temperatura montados junto 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. Neste caso, faz-se necessário 
uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico. 
 
 
Figura 2.12 – Sensor capacitivo 
 
 A figura 2.12 mostra um sensor capacitivo típico e a figura 2.13 mostra o desenho 
esquemático de uma célula capacitiva composta de dois capacitores variáveis. 
 
 
Figura 2.13 – Esquema de um sensor capacitivo 
 
21 
 
O elemento elástico, geralmente um diafragma metálico de aço inoxidável, sofre uma 
deformação que é proporcional à pressão diferencial aplicada. As capacitâncias da célula 
são medidas através de uma ponte capacitiva alimentada por uma tensão alternada de alta 
freqüência (10KHz, por exemplo). A tensão de desequilíbrio da ponte (tensão de saída) é 
função das variações das capacitâncias, que é proporcional à deflexão do diafragma. 
 
2.2.3.6. Tipo Strain Gauge 
 
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: 
 
 Onde 
 
 R : Resistência do condutor 
 ρρρρ : Resistividade do material 
 L : Comprimento do condutor 
 S : Área da seção transversal 
 
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 2.14: 
 
Figura 2.14 – Sensor tipo Strain Gauge 
 
Observa-se que o fio (figura 2.15), apesar de solidamente ligado a lâmina de base, 
 
 
Figura 2.15 – Sensor tipo Strain Gauge 
 
22 
 
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. 
Da física tradicional, sabemos que um material, ao sofrer uma flexão, tem suas fibras 
internas submetidas a dois tipos de deformação: tração e compressão. 
Notamos que a ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras extensiométricas 
é o circuito em ponte de Wheatstone (como mostrado na figura 2.16), que tem a vantagem 
adicional de compensar as variações de temperatura ambiente, pois todos os elementos 
estão montados em um único bloco. 
Figura 2.16 – Ponte de Wheatstone com sensor Strain Gauge 
 
2.2.3.7. Sensor por Silício Ressonante 
 
O sensor consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em um 
diafragma, utilizando-se do diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor 
intensidade, a fim de que essa freqüência seja proporcional à pressão aplicada. 
 
A figura 2.17 ilustra, esquematicamente, formas de montagem de sensores de silício 
ressonante. 
 
Figura 2.17 – Sensor de silício ressonante 
 
A figura 2.18 exibe com maiores detalhes os componentes de uma célula de pressão de 
silício ressonante, propiciando uma boa noção da sua construção. 
 
 
 
23 
 
 
Figura 2.18 – Célula de pressão de silício ressonante 
 
2.2.3.8. Tipo Piezelétrico 
 
Os elementos piezelétricos são cristais (como o quartzo, a turmalina e o titanato) 
que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando 
sofrem uma deformação física por ação de uma pressão. São elementos pequenos 
e de construção robusta, seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão e 
são capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências de milhões de ciclos por 
segundo. 
 
O efeito piezelétrico é um fenômeno reversível. Se for conectado a um potencial 
elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina. Este efeito é 
altamente estável e exato e por isso é utilizado em relógios de precisão. 
A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma vez que o 
quartzo é um elemento transmissor ativo. Esta carga é conectada à entrada de um 
amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de saída para tratamento posterior. 
 A figura 2.19 ilustra, esquematicamente, um sensor tipo piezelétrico. 
 
Figura 2.19 – Sensor piezelétrico 
 
 
 
24 
 
3. TEMPERATURA 
3.1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas (moléculas) que se 
encontram em contínuo movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais 
quente se apresenta o corpo; quanto mais lento o movimento das moléculas, mais frio se 
apresenta o corpo. Então, define-se temperatura como o grau de agitação térmica das 
moléculas. 
Na prática, a temperatura é representada em uma escala numérica, na qual quanto 
maior o seu valor, maior é a agitação das moléculas do corpo em questão. 
O instrumento usado para medir temperatura é o termômetro. Por exemplo, usamos o 
termômetro para saber se uma pessoa está com febre, porque, com a medida do 
termômetro, sabemos se o corpo da pessoa está mais quente do que normal. Também com 
o termômetro, podemos verificar qual é a temperatura do ambiente: quanto mais fria uma 
noite, menor a temperatura mostrada pelo termômetro. 
Um conceito que se confunde às vezes com o de temperatura é o de calor. Entretanto, 
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. 
 
 
3.1.1. Transmissão de Calor 
 
A literatura geralmente reconhece três meios distintos de transmissão de calor: 
condução, irradiação e convecção. 
 
3.1.1.1. 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. 
 
3.1.1.2. Irradiação 
 
É o processo de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas (ondas de 
calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, 
através do espaço que os separa. 
 
Sendo uma transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas, a radiação não 
exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, a radiação ocorre no vácuo e 
também em meios materiais. Entretanto, não são todos os meios materiais que permitem a 
propagação das ondas de calor através deles. 
Toda energia radiante (transportada por onda de rádio, infravermelha, ultravioleta, 
luz visível, raios x, raio gama, etc.) pode converter-se em energia térmica por absorção. 
Porém, só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor. 
 
3.1.1.3. Convecção 
 
Consideremos uma sala na qual liga-se um aquecedor elétrico em sua parte 
inferior. O ar em torno do aquecedor se aquece, tornando-se menos denso que o 
restante, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe e o ar frio que 
 
25 
 
desce. A esse movimento de massas de fluido chamamos convecção, e as 
correntes de ar formadas são correntes de convecção. Outros exemplos de 
convecção são os fluxos das chaminés, o funcionamento dos radiadores e as 
correntes atmosféricas. Portanto, convecção é um movimento de massas de 
fluido, trocando de posição entre si. Notemos que não tem significado falar em 
convecção no vácuo ou em um sólido, isto é, convecção só ocorre nos fluidos. 
 
 
3.1.2. Medição de Temperatura 
 
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 (químico, petroquímico, siderúrgico, cerâmico, 
papel e celulose, farmacêutico, vidreiro, alimentício, hidrelétrico, nuclear entre outros) 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. 
 
A diferença entre a temperatura de dois corpos determina a capacidade de troca de 
calor entre eles. Dois corpos distintos trocarão calor até que estejam em equilíbrio térmico, 
ou seja, até que se igualem as suas temperaturas. Este é o princípio básico da maioria dos 
medidores de temperatura. 
Ao se modificar a temperatura de um corpo, são modificadas várias de suas 
propriedades físicas. Para se fabricar um medidor de temperatura, é necessário escolher 
uma dessas propriedades que caracterizam o estado térmico do corpo. O elemento de 
medição, ou elemento sensível, basear-se-á na variação dessa propriedade. Ao ser imerso 
no meio cuja temperatura quer-se determinar, o elemento de medição entrará em equilíbrio 
térmico com o meio. Será determinado, então, o valor do parâmetro físico escolhido, o que 
fornecerá, indiretamente, a temperatura do elementosensível e, por extensão, a do meio em 
que ele se encontra. 
Entretanto, a escolha desse parâmetro físico não é fácil, pois ele deve variar somente 
por influência da temperatura, não dependendo de outros fatores e ainda possibilitar a 
medição através de métodos relativamente simples e cômodos. Na realidade, não existe 
nenhuma propriedade termométrica que satisfaça plenamente esses requisitos em toda a 
gama de temperaturas. As dificuldades básicas na medição de temperatura são, portanto, a 
influência de fatores externos sobre os dispositivos de medida e também a inércia térmica 
do sistema (que provoca atraso na resposta). 
 
 
 
 
26 
 
3.1.3. Escalas de Temperatura 
 
Desde o início da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de 
termômetros sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada à 
temperatura por meio de escalas reproduzíveis, como existia na época para peso, distância 
e tempo. 
As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e 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 de uma substância continuamente, 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 e as escalas absolutas atualmente em uso são: 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 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 → 0 K e Rankine → 0 R (sem o símbolo de grau "°"). 
A escala Fahrenheit é usada principalmente na Inglaterra e nos Estados Unidos da 
América, porém seu uso tem declinado em 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 praticamente em desuso. Esta escala adota como zero o ponto de 
fusão do gelo e 80 como o ponto de ebulição da água. O intervalo é dividido em oitenta 
partes iguais. (representação - °Re). 
 
3.1.3.1. Conversão de Escalas 
 
A figura 3.1 relaciona as principais escalas de temperatura. 
 
 
 
 
 
27 
 
 
Figura 3.1 – Principais escalas de temperatura 
 
Desta comparação, podemos retirar algumas relações básicas entre as escalas: 
 
Outras relações podem ser obtidas combinando, as apresentadas, entre si. 
 
Exemplo: O ponto de ebulição do oxigênio é -182,86°C. Exprimir esta temperatura 
em: 
 
 
As conversões de temperatura de uma escala para outra também podem ser feitas de 
acordo com as seguintes fórmulas: 
 
 °F = 1,8 x °C + 32 
 
 °C = (°F - 32) 
 1,8 
 
 K = °C + 273,16 
 
 R = °F + 459,67 
 
 
 
 
 
28 
 
3.2. MEDIDORES DE TEMPERATURA 
Os medidores de temperatura podem ser divididos em dois grupos: 
 
• Os que se baseiam nas alterações físicas dos materiais, tais como volume, pressão 
etc. Exemplos: termômetros de líquido, termômetros bimetálicos, termômetros a 
pressão de vapor ou de gás. 
 
• Os que se baseiam nas propriedades termoelétricas, como diferença de potencial, 
resistividade, etc. Exemplos: termopares, termômetros de resistência. 
 
Alguns instrumentos, como os pirômetros óticos, utilizam a radiação emitida por um 
corpo quente como propriedade termométrica. Nesse caso, o elemento de medição não 
entra em equilíbrio térmico com o corpo sujeito à determinação de temperatura. 
 
 
3.2.1. Líquido 
 
3.2.1.1. Características 
 
Os termômetros de dilatação de líquidos baseiam-se na lei de expansão 
volumétrica de um líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado. 
 
Os tipos podem variar conforme sua construção: 
 
 · recipiente de vidro transparente; 
 · recipiente metálico. 
 
3.2.1.2. Termômetros de Dilatação de Líquido em Recipiente de Vidro 
 
É constituído de um reservatório, cujo tamanho depende da sensibilidade desejada, 
soldada a um tubo capilar de seção, mais uniforme possível, fechado na parte 
superior. 
 
O reservatório e a parte do capilar são preenchidos por um líquido. Na parte superior 
do capilar, existe um alargamento que protege o termômetro no caso da temperatura 
ultrapassar 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. A tabela 3.1 mostra 
as características de alguns deles. 
 
Líquido Ponto de Solidificação 
(°C) 
Ponto de Ebulição 
(°C) 
Faixa de Uso 
(°C) 
Mercúrio -39 + 357 -38 a 550 
Álcool Etílico -115 + 78 -100 a 70 
Tolueno -92 + 110 -80 a 100 
 
Tabela 3.1 - Líquidos mais usados na construção de termômetros de vidro 
 
29 
 
Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço metálico e o 
tubo capilar por um invólucro metálico. 
No termômetro de mercúrio, pode-se elevar o limite máximo até 550°C, injetando-se 
gás inerte sob pressão, evitando a vaporização do mercúrio. 
Por ser frágil e impossível registrar sua indicação ou transmití-la à distância, o uso 
deste termômetro é mais comum em laboratórios ou em indústrias, com a utilização de 
uma proteção metálica. 
A figura 3.2 ilustra alguns tipos de termômetros de dilatação de líquido em recipiente 
de vidro e formas de utilização com suas respectivas proteções. 
 
Figura 3.2 – Tipos de termômetros de dilatação de líquido 
 
3.2.1.3. 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, dilata-se, deformando um elemento extensível (sensor 
volumétrico). Isto pode ser observado através da figura 3.3. 
 
Figura 3.3 – Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico 
 
30 
 
Características dos elementos básicos deste termômetro: 
 
• Bulbo 
 
Suas dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e, principalmente, com a 
sensibilidade desejada. 
 
LÍQUIDO FAIXA DE UTILIZAÇÃO (°C) 
Mercúrio -35 à +550 
Xileno -40 à +400 
Tolueno -80 à +100 
Álcool 50 à +150 
 
Tabela 3.2 - Líquidos mais usados e sua faixa de utilização 
 
• Capilar 
 
Suas dimensões são variáveis, sendo que o diâmetro interno deveser o menor possível, a 
fim de evitar a influência da temperatura ambiente, porém não deve oferecer resistência à 
passagem do líquido em expansão. 
 
• Elemento de medição 
 
O elemento usado é o tubo de Bourdon, podendo ser: tipo C, tipo espiral e o tipo 
helicoidal, ilustrados na figura 3.4. 
 
 
Figura 3.4 – Tipos de elementos de medição 
 
31 
 
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 deformável (elemento sensor) e o bulbo ser considerável, as variações na 
temperatura ambiente afetam o líquido do capilar e o elemento deformável (elemento 
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 lâmina bimetálica 
(figura 3.5). 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. 
 
Figura 3.5 – Compensador bimetálico (Classe 1B) 
 
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 (figura 3.6). 
 
Figura 3.6 – Compensação total (Classe 1A) 
 
 
32 
 
Aplica-se estes termômetros, em geral, na indústria para indicação e registro, pois 
permite leituras remotas e é 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. 
Recomenda-se não dobrar o capilar com curvatura acentuada para que não se formem 
restrições que prejudiquem o movimento do líquido em seu interior, causando problemas 
de medição. 
 
 
3.2.2. Termômetros a Pressão de Gás 
 
3.2.2.1. Princípio de Funcionamento 
 
Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, 
elemento de medição e capilar de ligação entre estes dois elementos, conforme 
pode ser observado na figura 3.7. 
 
Figura 3.7 – Termômetro a pressão de gás 
 
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: 
 
Observa-se que as variações de pressão são linearmente dependentes da temperatura, 
sendo o volume constante. 
 
33 
 
3.2.2.2. Características 
 
O gás mais utilizado é o N2, geralmente a uma pressão de 20 a 50 atm, na 
temperatura mínima a medir. Sua faixa de medição vai de -100 a 600 °C, sendo o 
limite inferior devido à própria temperatura crítica do gás, e o superior devido ao 
recipiente apresentar maior permeabilidade ao gás nesta temperatura, o que 
acarretaria sua perda, inutilizando o termômetro. 
 
GÁS TEMPERATURA CRÍTICA 
Hélio (He) -267,8 °C 
Hidrogênio (H2) -239,9 °C 
Nitrogênio (N2) -147,1 °C 
Dióxido de Carbono (CO2) -31,1 °C 
 
Tabela 3.2 - Tipos de gás de enchimento 
 
 
3.2.3. Termômetro a Pressão de Vapor 
 
3.2.3.1. Principio de Funcionamento 
 
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 consequência 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: 
 
 
onde: 
 
• P1 e P 2 = Pressões absolutas relativa às temperaturas 
 
• T1 e T2 = Temperaturas absolutas 
 
• H e = Representa o calor latente de evaporação do líquido em questão 
 
 A figura 3.8 ilustra esquematicamente termômetros a pressão de vapor e um 
exemplo típico de termômetro utilizado na indústria. 
 
34 
 
 
Figura 3.8 – Termômetro a pressão de vapor 
 
LÍQUIDO PONTO DE FUSÃO (°C) PONTO DE EBULIÇÃO (°C) 
Cloreto de Metila -139 -24 
Butano -135 -0,5 
Éter Etílico -119 34 
Tolueno -95 110 
Dióxido de Enxofre -73 -10 
Propano -190 -42 
 
Tabela 3.2 – Líquidos mais utilizados e seus pontos de fusão e ebulição 
 
 
3.2.4. Termômetro à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) 
 
3.2.4.1. Princípio de Funcionamento 
 
Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura (uma 
boa noção pode ser observada nas ilustrações da figura 3.9). 
 
35 
 
Figura 3.9 – Princípio de funcionamento do termômetro bimetálico 
 
3.2.4.2. Características de Construção 
 
O termômetro bimetálico consiste em duas laminas de metal, com coeficientes de 
dilatação diferentes, sobrepostas, formando uma só peça. Variando-se a 
temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional à 
temperatura. Na prática, a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou 
hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade (figura 3.10). 
 
Figura 3.10 – Características de construção do termômetro bimetálico 
 
O termômetro mais usado é o de lâmina helicoidal (figura 3.11), 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 escala. Normalmente, utiliza-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 é de -50 a 800°C, aproximadamente, 
sendo sua escala bastante linear. Possui exatidão na ordem de +/- 1 %. 
Figura 3.11 – Termômetro bimetálico de lâmina helicoidal 
 
36 
 
 
3.2.5. Medição de Temperatura com Termopar 
 
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. A figura 3.12 mostra um desenho esquemático e 
os componentes de uma ligação para medição de temperatura por termopar. 
Figura 3.12 – Esquemático de ligação de um termopar 
 
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 3.13. 
 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 Thomson e o efeito Volta. 
 
3.2.5.1. Efeito Termoelétrico de Seebeck 
 
Para medição de temperatura o efeito de interesse é o 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 circulaçãode corrente enquanto existir uma 
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”. 
 
Figura 3.13 – Efeito termoelétrico de Seebeck 
 
37 
 
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 os elétrons livres de um metal diferem de um 
condutor para outro e dependem 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. 
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. 
 
 3.2.5.2. Leis Termoelétricas 
 
Da descoberta dos efeitos termoelétricos, partiu-se, através da aplicação dos 
princípios da termodinâmica, à enunciação das três leis que constituem a base da 
teoria termoelétrica nas medições de temperatura com 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 (figura 3.14). 
Figura 3.14 – Lei do circuito homogênio 
 
Um exemplo de aplicação prática desta lei é o fato de podermos ter uma grande 
variação de temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, sem que 
esta influencie 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". 
 
 
 
 
38 
 
Deduz-se daí que em 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 (figura 3.15). 
 
Figura 3.15 – Lei dos metais intermediários 
 
Onde se conclui que: 
 
 
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 às temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma algébrica 
da f.e.m. deste circuito com as junções às temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo 
circuito com as junções às temperaturas T2 e T3”. 
 
Figura 3.16 – Lei das temperaturas intermediárias 
 
Um exemplo prático da aplicação desta lei é a compensação ou correção da 
temperatura ambiente pelo instrumento receptor de milivoltagem. 
 
3.2.5.3. 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. Portanto, 
podemos construir uma tabela de correlação entre temperatura e a f.e.m. Por uma questão 
 
39 
 
prática, padronizou-se a levantamento destas curvas com a junta de referência à 
temperatura de 0°C. 
 Figura 3.17 - Correlação da f.e.m. versus temperatura para os termopares 
 
TIPO POSITIVO NEGATIVO TEMP. MIN. 
(°C) 
TEMP. 
MAX. (°C) 
T Cobre Constantan -200 +350 
J Ferro Constantan 0 +750 
 *E Chromel Constantan -200 +900 
K Chromel Alumel -200 +1250 
R Platina – Ródio 13% Platina 0 +1450 
S Platina – Ródio 10% Platina 0 +1450 
 *B Platina – Ródio 30% Platina – Ródio 6% +800 +1700 
 * Pouco usados 
Tabela 3.3 – Composição e limites de temperatura para termopares 
 
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 3.17, onde 
está relacionada a milivoltagem gerada em função da temperatura para os termopares, 
segundo a norma ANSI, com a junta de referência a 0°C. A tabela 3.3 mostra a composição 
dos termopares, polarização dos elementos e os limites de temperatura para utilização para 
cada um dos tipos. Fatores como local de instalação, custo, linearidade e f.e.m. por °C na 
temperatura de operação, devem ser considerados. 
 
 
40 
 
 3.2.5.4. 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 obter-se uma alta potência termoelétrica, 
aliando-se ainda as melhores características, como homogeneidade dos fios e resistência à 
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. 
 
3.2.5.5. 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, a junta de referência é 
considerada nos terminais do instrumento receptor e esta encontra-se à 
temperatura ambiente (normalmente diferente de 0°C e variável com o tempo), 
tornando, assim, necessário que se faça uma correção (automática ou manual) da 
junta de referência. 
 
Os instrumentos utilizados para medição de temperatura com termopares costumam 
fazer a correção da junta de referência automaticamente. Um dos métodos utilizados é a 
medição da temperatura nos terminais do instrumento através de circuito eletrônico, sendo 
que este circuito adiciona à milivoltagem que chega aos terminais uma milivoltagem 
correspondente à diferença de temperatura entre 0°C e a 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 maior quanto maior for a 
diferença entre a temperatura ambiente e o valor fixo. 
É importante não esquecer que o termopar mede realmente a diferença entre as 
temperaturas das junções. Então, para medirmos a temperaturado ponto desejado, 
precisamos manter a temperatura da junção de referência invariável. Para exemplificar, 
considere a Figura 3.18 com termopar tipo K. 
Figura 3.18 – Correção da junta de referência com termopar tipo K 
 
41 
 
 
 
Esta temperatura obtida pelo cálculo está errada, pois o valor da temperatura correta 
que o termômetro deve medir é de 50°C. 
 
 
A leitura agora está correta, pois 2,023 mV corresponde a 50°C, que é a temperatura 
do processo. 
Hoje em dia a maioria dos instrumentos faz 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 à temperatura ambiente e acrescenta-se o valor 
de mV lido por um milivoltímetro. 
 
 3.2.5.6. 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 àquela do termopar, afim de que no instrumento possa ser 
efetuada a correção na junta de referência. 
 
Definições: 
 
• 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. 
 
• 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 que a temperatura ambiente esteja até um limite máximo de 200°C. 
Outro fator importante é ter o cuidado de saber a norma técnica que o cabo utiliza, pois isto 
determina a cor da isolação e o seu tipo conseqüentemente, para que possamos aplicá-lo 
corretamente. 
 
 
42 
 
3.2.5.7. 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 problemas, desde que o cabeçote, onde estão os 
terminais do termopar e o registrador, esteja na mesma temperatura de medição. 
Vejamos o que acontece (figura 3.19) quando esta norma não é obedecida. 
 
Figura 3.19 – Erro de medição no uso de fio de cobre 
 
Uma solução simples, normalmente usada na prática, é 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 f.e.m., 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 3.20 mostra de que maneira se processa a instalação. 
Figura 3.20 – Medição usando fio compensado 
 
43 
 
Como no caso acima, a f.e.m. efetiva no cabeçote é de 20,735 mV. Do cabeçote até o 
registrador, são utilizados fios de extensão ou compensados, os quais adicionam uma 
parcela igual a 0,570 mV à f.e.m., fazendo assim com que chegue ao registrador uma f.e.m. 
efetiva de 22,265 mV. Este valor corresponderá à temperatura real dentro do forno 
(538°C). A vantagem desta técnica provém do fato de que os fios de extensão ou 
compensação, além de terem custo menor que os fios do termopar propriamente dito, 
também são mais resistentes. 
 
• Inversão simples 
 
Conforme mostra a figura 3.21, os fios de compensação foram invertidos. 
Figura 3.21 – Medição usando fio compensado com inversão simples 
 
 
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 f.e.m. 
de 0,570 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 f.e.m. produzida ao longo do 
circuito se oponha àquela do circuito de compensação automática do registrador, 
ocasionando que o registrador indique uma temperatura negativa. 
 
• Inversão Dupla 
 
A seguir (figura 3.22), consideramos o caso da existência de uma dupla inversão. Isto 
acontece com freqüência, pois, 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. 
Figura 3.22 – Medição usando fio compensado com dupla inversão 
 
44 
 
3.2.6. Associação de Termopares 
 
• Associação série 
 
Podemos ligar os termopares em série simples (figura 3.23) 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. 
 
Figura 3.23 – Associação série de termopares 
 
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. 
 
• Associação série-oposta 
 
Para medir a diferença de temperatura entre 2 pontos, ligamos os termopares em série 
oposta (figura 3.24). O que mede maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento. 
Os termopares sempre são do mesmo tipo. Exemplo: Os termopares estão medindo 56°C e 
50°C respectivamente, e a diferença será medida pelo milivoltímetro. 
 
 
Figura 3.24 – Associação série oposta de termopares 
 
Não é necessário compensar a temperatura ambiente, desde que as juntas de 
referência estejam à mesma temperatura. 
 
45 
 
• Associação em paralelo 
 
Ligando 2 ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento (figura 3.25), 
teremos a média das mV geradas nos diversos termopares, se as resistências internas forem 
iguais. 
 
Figura 3.25 – Associação paralela de termopares 
 
 
3.2.7. Termopares e Acessórios 
 
As figuras 3.26 à 3.28 ilustram termopares convencionais, em sua montagem, com e 
sem isoladores, cabeçote típico em conjunto com bloco de ligação e proteção de 
termopares. 
 
Figura 3.26 – Termopares convencionais 
 
Figura 3.27 – Cabeçote e bloco de ligação 
 
46 
 
Figura 3.28 – Poços de proteção para termopares 
 
Os termopares são, geralmente, montados dentro de tubos de proteção metálicos para 
torná-los resistentes a eventuais choques mecânicos e corrosão ou abrasão do fluído. 
 
• 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, detalhado pela figura 3.29. Devido a esta construção, os 
condutores do par termoelétrico ficam totalmente protegidos contra a atmosfera exterior. 
Conseqüentemente, a durabilidade do termopar depende da resistência à corrosão da sua 
bainha e não da resistência à corrosão dos condutores. Em função desta característica, a 
escolha do material da bainha é fator importante na especificação destes. 
 
 
Figura 3.29 – Termoparde isolação mineral 
Como vantagens dos termopares de isolação mineral pode-se citar: 
 
 
47 
 
• Estabilidade na força eletromotriz 
A estabilidade da f.e.m. 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 f.e.m. gerada. 
 
• Resistência mecânica 
O pó muito bem compactado, contido dentro da bainha metálica, mantém os 
condutores uniformemente posicionados, permitindo que o cabo seja dobrado ou 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 à água, óleo e gás 
A bainha metálica assegura a impermeabilidade do termopar à água, óleo e gás. 
 
• Facilidade de instalação 
A maleabilidade do cabo, a sua pequena dimensão, longo comprimento e 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 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 se selecionadas 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. 
 
 
3.2.8. Medição de Temperatura por Termômetro de Resistência 
 
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. 
 
48 
 
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. 
 
3.2.8.1. 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: 
• Alta resistividade, permitindo 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. 
 
3.2.8.2. Construção Física do Sensor 
 
O bulbo de resistência compõe-se de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou 
Ni, com diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização. 
 
Os termômetros de resistência 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 
funcionamento como termômetros de resistência, 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 e 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 do corpo de proteção. A separação é feita por isoladores, espaçadores de mica, 
conforme desenho abaixo. Esta montagem não tem problemas relativos à dilatação, porém 
é extremamente frágil. 
 
Figura 3.30 – Construção física do sensor 
 
Os medidores parcialmente apoiados têm seus fios introduzidos numa peça de 
alumina de alta pureza com fixador vítreo (figura 3.30). 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. 
 
 
 
 
49 
 
3.2.8.3. Características do Termômetro de Resistência de Platina 
 
Os termômetros de resistência Pt-100 (100Ω à 0°C) são as mais utilizadas 
industrialmente, devido a sua grande estabilidade, larga faixa de utilização e alta 
precisão. Devido à alta estabilidade dos termômetros de resistência 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, devido a 
capacidade do sensor manter e reproduzir suas características (resistência versus 
temperatura) dentro da faixa especificada de operação. 
 
Outro fator importante num sensor Pt 100 é a repetibilidade, que é a característica de 
confiabilidade do termômetro de resistência. Repetibilidade deve ser medida com leitura de 
temperaturas consecutivas, verificando-se a variação encontrada quando da 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 sujeita 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. 
Na montagem tipo isolação mineral, tem-se o sensor montado em um tubo metálico 
com uma extremidade fechada, e preenchidos 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 níquel 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 
(figura 3.31). 
 
 
Figura 3.31 – Encapsulamento de um termômetro de resistência de platina 
 
Vantagens: 
 • Possuem 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 protegidos, permite utilização em qualquer ambiente; 
• Têm boas características de reprodutibilidade; 
• Em alguns casos, substitui o termopar com grande vantagem. 
 
Desvantagens: 
• São mais caros do que os sensores utilizados nessa mesma faixa; 
• Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na 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.50 
 
3.2.8.4. Princípio de Medição 
 
Os termômetros de resistência 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 . RI 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 (figura 3.32). 
 
 
Figura 3.32 – Circuito de medição tipo ponte de Wheatstone 
 
Para utilização deste circuito como instrumento de medida do termômetro de 
resistência, teremos as seguintes configurações: 
 
• Ligação a 2 fios 
 
Como se vê na figura 3.33, dois condutores de resistência relativamente baixa RL1 e 
RL2 são usados para ligar o sensor Pt100 (R4) à ponte do instrumento de medição. 
Nesta disposição, a resistência R4 compreende a resistência da Pt100 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. 
Figura 3.33 – Ponte de Wheatstone com ligação a dois fios 
 
51 
 
Tal disposição resultará em erro na leitura da temperatura, a menos que haja 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 instalados, 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 a 
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. 
 
• Ligação a 3 fios 
 
Este é o método mais utilizado para termômetros de resistência na indústria. Neste 
circuito, a configuração 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 e na ligação a 3 fios, elas estão separadas (figura 3.34). 
Figura 3.34 - Ponte de Wheatstone com ligação a três fios 
 
Nesta situação, tem-se a tensão EAB, variando linearmente em função da temperatura 
da Pt100 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. 
 
 
3.2.9. 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 elevada. À medida que se aquece um corpo, a partir de 
 
52 
 
temperaturas da ordem de 500°C, este começa a ficar visível, porque começa a emitir 
radiações que têm 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. 
 
3.2.9.1. Pirômetros 
 
• Princípio de funcionamento 
 
A energia calorífica irradiada por um corpo é expressa tomando-se como referência um 
corpo irradiante ideal denominado corpo negro. Este corpo ideal absorve toda a energia 
que incide e irradia mais energia calorífica do que qualquer outro objeto com a mesma 
área e temperatura. 
 
Outro conceito importante no estudo da emissão calorífica é o comprimento de onda da 
radiação. Esta grandeza determina a cor de um feixe luminoso visível. A unidade adotada 
para o comprimento de onda é o micrometro (µm) que representa a milionésima parte do 
metro. 
 
A figura 3.35 mostra todo o espectro de radiações conhecidas em função das freqüências e 
comprimentos de onda. Observe que o espectro de luz visível representa somente uma 
pequena faixa do total (comprimento de onda de 0,38µm a 0,78µm). 
 
Figura 3.35 – Espectro de radiações 
 
 
3.2.9.2. 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 
 
53 
 
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 feita 
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. 
Figura 3.36 – Esquemático do pirômetro óptico 
 
Ao considerar-se uma aplicação, deve-se levar em conta 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%. 
• Visto que a medida de temperatura é 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, diminui a precisão da 
medição. 
 
 
 
54 
 
3.2.9.3. Pirômetros de Radiação 
 
São instrumentos que 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 de 
termopares vista na figura 3.37) 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. 
 
Figura 3.37 – Esquema de uma termopilha 
 
Como não possuem mecanismo de varredura próprio, o deslocamento do campo de 
visão instantâneo é realizado pela movimentação do instrumento como um todo. Ospirômetros de radiação 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, os resultados das medições podem ser 
memorizados para o cálculo de temperaturas e seleção de valores. 
A figura 3.38 ilustra, esquematicamente, um pirômetro de radiação. O espelho 
côncavo B é de vidro recoberto com alumínio. O espelho D é similar ao B, mas com uma 
distância focal muito menor. As radiações emitidas pelo corpo entram no pirômetro através 
do vidro plano A. O espelho B forma uma imagem reduzida, porém definida, do corpo 
sobre o diafragma J. As radiações de uma área definida do corpo passam através da 
abertura C em sentido contrário às radiações incidentes e atingem o espelho D. O espelho 
D focaliza as radiações sobre a termopilha E que está localizada exatamente na distância 
focal de D. A imagem do corpo é focalizada observando-se a imagem formada no 
diafragma J através da lente H. 
 
55 
 
Figura 3.38 – Desenho esquemático de um pirômetro de radiação 
 
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 pirômetros de radiação são diretamente conectados com unidades 
de controle ou registradores através de interface analógica/digital. 
Os pirômetros de radiação 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; 
• 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; 
• Sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do 
sistema óptico esteja preenchido totalmente pelo mesmo; 
• 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 pirômetros de radiação operam numa faixa entre -30°C a 4000°C, respondendo 
em 0,1 ou 0,2 segundos a 98% da mudança de temperatura com precisão de ± 1% da faixa 
medida. 
 
 
 
56 
 
3.2.10. Medição de Temperatura Superficial 
 
A medição de temperatura superficial é muito utilizada em usinas termoelétricas a 
fim de proteger equipamentos como o tambor, coletores e tubos dos superaquecedores da 
caldeira e a turbina. 
A instalação do sensor (geralmente termopar) requer cuidados especiais para não 
alterar a distribuição das temperaturas na superfície metálica em análise. Caso contrário a 
temperatura medida será diferente da temperatura real da superfície. 
Os principais fatores que afetam a precisão da medida são: 
 
• Transferência de calor entre o transmissor e a superfície devido a condutividade térmica 
do sensor; 
• Transferência de calor para o meio ambiente; 
• Modo de instalação do sensor. 
 
A figura 3.39 mostra três modos de instalação, para medição de temperatura 
superficial. O modo mais desfavorável é aquele mostrado em (a), pois existe uma grande 
dissipação de calor na superfície do tubo. Para reduzir a influência dessa dissipação de 
calor, pode-se aumentar a superfície de contato com o sensor através de uma placa 
metálica fina com elevado coeficiente de condutividade térmica. Essa placa deverá ser 
soldada a superfície (b). A quantidade de calor cedida é a mesma do modo anterior, mas o 
calor transferido por cada ponto da superfície de contato diminui devido a maior área. Em 
(c) está representada a melhor situação pois o calor transfere-se para uma extensão maior 
do sensor, diminuindo a perda de calor na junção do termopar. 
Recomenda-se que o comprimento do sensor em contato com a superfície seja de 150 
a 200 vezes o seu diâmetro. 
 
 
Figura 3.39 – Modos de instalação de transmissores de temperatura superficial 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
57 
 
4. VAZÃO 
4.1. MEDIÇÃO DE VAZÃO 
A medição de vazão é definida, no seu sentido mais amplo, como a determinação da 
quantidade de líquido, gás ou sólido que passa em um determinado local por unidade de 
tempo. Pode também ser definida como a quantidade total de fluido movimentado. 
A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (litros, 
mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa (g, kg, toneladas, libras). A 
vazão instantânea é dada por uma das unidades acima, dividida por uma unidade de tempo 
(litros/min, m3/hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a vazão instantânea pode ser 
expressa em kg/h ou em m3/h. Quando se mede a vazão em unidades de volume, devem ser 
especificadas as "condições-base" 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 Nm3/h (normais 
metros cúbicos por hora, ou seja, à temperatura de 0°C e à pressão atmosférica) ou em 
SCFM (pés cúbicos standard por minuto - temperatura 60°F e 14,696 psia de pressão 
atmosférica). 
 
Vale dizer que: 
 
 1 m3 = 1000 litros 1 galão (americano) = 3,785 litros 
 1 pé cúbico = 0,0283168 m3 1 libra = 0,4536 kg 
 
 
4.2. TIPOS DE MEDIDORES DE VAZÃO 
Existem dois tipos de medidores de vazão: os medidores de quantidade e os 
medidores volumétricos. 
 
4.2.1. Medidores de Quantidade 
 
São aqueles que, a qualquer instante, permitem saber que quantidade de fluxo 
passou, mas não a vazão do fluxo que está passando. Exemplo: bombas de gasolina, 
hidrômetros, balanças industriais, etc. 
 
Os medidores de quantidade podem ser classificados em: medidores de quantidade 
por pesagem e medidores de quantidade volumétrica. 
Os medidores de quantidade por pesagem são utilizados para medição de sólidos, 
como as balanças industriais. 
Os de quantidade volumétrica são aqueles que o fluido, passando em quantidades 
sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o mecanismo de 
indicação. Estes medidores são utilizados como os elementos primários das bombas de 
gasolina e dos hidrômetros. Exemplos: disco mutante, tipo pistão, tipo pás giratórias, tipo 
nódulos rotativo, etc, ilustrados pela figura 4.1. 
 
58 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 – Tipos de medidores de quantidade 
 
 
4.2.2. Medidores Volumétricos 
 
São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo. 
 
 4.2.2.1. Medição de Vazão por Pressão Diferencial 
 
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários 
colocados na tubulação de forma tal que o fluido passe através deles. A sua 
função é aumentar a velocidade do fluido diminuindo a área da seção em um 
pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode, então, ser 
medida a partir desta queda (Figura 4.2). 
 
Figura 4.2 – Medição de vazão por pressão diferencial 
 
59 
 
Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por ∆P é que os mesmos podem 
ser aplicados a uma grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e 
líquidos, inclusive fluidos com sólidos em suspensão, bem como fluidos viscosos, em uma 
faixa de temperatura epressão bastante ampla. Um inconveniente deste tipo de medidor é a 
perda de carga que este causa ao processo, sendo a placa de orifício o dispositivo que 
provoca a maior perda de carga "irrecuperável" (de 40 a 80% do ∆P gerado). 
 
4.2.2.2. Conceitos Básicos 
 
• Regimes de escoamento de fluidos em tubulações 
 
O escoamento de um fluido numa tubulação pode ser caracterizado por um dos 
seguintes regimes: o laminar e o turbulento. 
A corrente laminar se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou 
concêntricas, dependendo da forma do canal ou do tubo, sem passagem das partículas do 
fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para determinada vazão. 
A corrente turbulenta, ao contrário, é caracterizada por uma mistura intensa do 
líquido e oscilações de velocidades e pressões. O movimento das partículas é desordenado 
e suas trajetórias têm geralmente formas complicadas. 
 
• Número de Reynolds 
 
É o coeficiente que determina a não laminaridade do escoamento do fluído. Tal 
coeficiente é expresso pela relação: 
 
Onde: V = velocidade do fluído 
 D = diâmetro da tubulação 
 υυυυ = coeficiente de viscosidade cinética 
 
• Distribuição de velocidades 
 
Nas medições de vazões na indústria, o regime de escoamento é turbulento na maioria dos 
casos. O regime turbulento é caracterizado por um perfil de velocidades mais uniforme que 
e perfil correspondente ao regime laminar. 
 
• Viscosidade 
 
A viscosidade é uma das mais importantes características dos fluidos, já que interfere 
diretamente no regime de escoamento do mesmo. 
 
• Equação da continuidade 
 
Supondo um fluxo em regime permanente em uma tubulação, não haverá acumulação 
de massa no volume compreendido entre as seções 1 e 2 (Figura 4.3 a seguir), pois, neste 
caso, pelo menos a massa específica variaria, deixando de ser regime permanente. 
 
• Principio de Bernoulli 
 
Supondo um fluido perfeito (ideal), que não possui viscosidade, seu deslocamento 
ocorre sem atrito e, portanto, sem perdas de energia, no entanto, a diferença de pressão 
 
60 
 
entre seções irá depender do peso específico e da diferença de altura entre seções 
(inclinação da tubulação). 
 
Figura 4.3 – Princípio de Bernoulli 
 
O enunciado de Bernoulli é o seguinte: 
 
“A pressão total de um fluído incompressível em regime permanente de escoamento sem 
perdas, mantém-se constante ao longo da tubulação”. 
 
A representação matemática do teorema é dada a seguir: 
 
 
Aplicando-se o teorema de Bernoulli às seções 1 e 2 da figura 4.3 e considerando a 
tubulação horizontal tem-se: 
 
 
Z1 = Z2 
P1, P2 = pressões estáticas medida medidas nas seções 1 e 2, em Pa. 
δ = peso específico do fluído no trecho considerado, em N/m3. 
g = aceleração da gravidade, em m/S2. 
ϑ1, ϑ2 = velocidades médias do fluído nas seções 1 e 2, em m/s. 
 
 
 
 
 
 
 
 
61 
 
4.2.2.3 Instalação e Método de Medição de Vazão por ∆∆∆∆p 
 
Na indústria, o método mais utilizado para medir vazão pelo princípio da pressão 
diferencial variável é através da placa de orifício. Uma instalação típica de medição 
por placa de orifício pode ser observada na figura 4.4. 
Figura 4.4 – Método de medição de vazão por ∆p para gases 
 
Podemos representar esquematicamente esta malha de medição através do 
fluxograma mostrado pela figura 4.5: 
 
 
Figura 4.5 – Fluxograma de uma malha de medição de vazão 
 
Partindo-se da Equação Geral de Bernoulli, conclui-se que a vazão só irá variar em 
função de , pois todos os outros parâmetros são constantes. Desta forma, podemos 
simplificar a expressão da vazão por: 
 
62 
 
 
Onde 
 
 Q = Vazão 
 k = Constante que depende de fatores como: 
 - Relação entre orifício e tubulação 
 - Características do fluido 
 ∆P = Diferença entre as pressões a montante a jusante da placa de orifício. 
 
É importante observar que o ∆P varia quadraticamente em função da vazão Q, 
conforme ilustrado pela figura 4.6 e a tabela 4.1. 
Figura 4.6 – Diferença quadrática entre ∆P e a vazão 
 
 
Vazão ∆∆∆∆P 
0,0 0,0 
50,0 25,0 
70,7 50,0 
86,6 75,0 
100,0 100,0 
 
Tabela 4.1 – Comparação de valores entre ∆P e a vazão 
 
63 
 
Supondo o fluxograma mostrado na Figura 4.7, sabe-se que esta malha possui como 
características: Vazão máxima de 10 m3/h e o ∆P produzido com esta vazão é de 2500 
mmH20. Como saber o sinal de saída do transmissor (FT) calibrado de 3 a 15 psi, quando a 
vazão for 8 m3/h ? 
 
Figura 4.7 – Fluxograma de uma malha de vazão sem extração de raiz quadrada 
 
Determinação do k: 
 
Para vazão máxima: 
 
 
Portanto: 
 
Então: 
 
 
 
 
 
 
64 
 
Outro método de trabalho baseia-se no cálculo em porcentagem adotando-se k 
= 10. 
 
Então: 
 
 8 m3/h equivale a 80% da vazão. 
 
Portanto: 
 
 
O sinal de saída de um transmissor de vazão por pressão diferencial variável altera-se 
linearmente em função do ∆P e quadraticamente em função da vazão. Portanto, quando é 
acoplado um indicador para fazer a leitura de vazão vinda do transmissor, sua escala deve 
ser quadrática para termos leitura direta. Para linearizar o sinal de saída do transmissor em 
função de vazão, faz-se necessário o uso de um extrator de raiz quadrada, conforme 
mostrado no fluxograma da figura 4.8. 
 
Figura 4.8 – Fluxograma de uma malha de vazão com extrator de raiz quadrada 
 
A pressão de entrada no extrator (EFY) é linearmente proporcional ao ∆P e a pressão 
de saída do extrator (SFY), é linearmente proporcional à vazão Q. A tabela 4.2 mostra esta 
relação. 
 
Q (%) SFY (psi) EFY (psi) ∆∆∆∆P (%) 
0 3 3 0 
50 9 6 25 
..... ..... ..... ..... 
100 15 15 100 
 
Tabela 4.2 – Relação da vazão x ∆P com o extrator de raiz quadrada 
 
65 
 
Portanto: 
 
Supondo que na entrada do extrator a pressão seja 10,68 psi, qual a pressão em sua saída? 
 
4.2.2.4. Placa de Orifício 
 
Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão 
diferencial, o mais simples e mais comum é a placa de orifício. Consiste em uma 
placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da 
tubulação. A figura 4.9, ilustra, com um detalhe em corte, uma placa de orifício 
montada entre os flanges. 
 
 
Figura 4.9 – Placa de orifício montada entre flanges 
 
66 
 
É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas, porque se ficarem 
imprecisas ou corroídas pelo fluido, a precisão da medição será comprometida. 
Costumeiramente, é fabricada em aço inox, monel, latão, etc., dependendo do fluido. 
 
 VANTAGENS DESVANTAGENS 
 
 Instalação fácil Alta perda de carga 
 Econômica Baixa Rangeabilidade 
 Construção simples 
 Manutenção e troca simples 
 
4.2.2.4.1. Tipos de Orifícios 
 
Pode-se observar na figura 4.10, alguns tipos de placas de orifício. 
 
 
Figura 4.10 – Tipos de orifícios 
 
• Orifício concêntrico 
 
Este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos 
em suspensão. 
 
• Orifício excêntrico 
 
Utilizado quando o fluido possue 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 fluidos laminados e com alta porcentagem de sólidos em 
suspensão 
 
4.2.2.4.2. Tipos de Bordo 
 
• Bordo quadrado (aresta viva) 
 
Usado em tubulações normalmente maiores que 6" e não usado em fluxo com baixo 
Número de Reynolds (Re). Este tipo de orifício é ilustrado pela figura 4.11a. 
 a b 
 
67 
 
Figura 4.11 – Orifício bordo quadrado e arredondado 
 
• Bordo arredondado (quadrante Edge ou quarto de círculo) 
 
Usado em fluidos altamente viscosos, onde o "Re" inferior está em torno de 250 
(figura 4.11b). 
 
• Bordo com entrada cônica 
 
Usado em aplicações, onde o "Re" inferior é 25 e em condições severas de 
viscosidade (figura 4.12). 
 
 
Figura 4.11 – Orifício bordo com entrada cônica 
 
 
 
68 
 
4.2.2.4.3. Tipos de Tomada de Impulso 
 
A tabela 4.3 mostra a relação entre tomadas de impulso para medição de vazão com 
placas de orifício. 
 
Nome 
em 
inglês 
Sugestão 
em 
Português 
Distância da 
Tomada face 
montante 
(K1) 
Distância da 
Tomada face 
Jusante 
 (K2) 
 
 
 
 
 
 
Flange 
Taps 
 
Tomadas 
em 
flanges 
 
 
1” 
 
 
1” 
 
 
 
Radius 
Taps 
 
Tomadas 
a D e D 
2 
 
 
1D 
 
 
D 
2 
 
 
Vena 
Contracta 
Taps 
 
Tomadas 
de vena 
contracta 
 
D a 2D 
 2 
 
Depende 
 de β 
 
 
 
 
Córner 
Taps 
 
 
Tomadas 
de 
canto 
 
 
 
Junto 
 
 
 
Junto 
 
 
Pipe 
Taps 
 
Tomadas a 
2 1 D e 8D 
 2 
 
 
2 1 D 
 2 
 
 
8D 
 
 
 
Tabela 4.3 - Relação entre tomadas de impulso para medição de vazão. 
 
• Tomadas em flange: são as mais populares, onde os furos das tomadas já são feitos no 
próprio flange. 
 
• Tomadas na vena contracta: utiliza flanges comuns, sendo o centro da tomada de alta 
pressão entre D/2 e 2D (em geral 1D) e o centro da tomada de baixa estará no ponto de 
pressão mínima conforme gráfico da figura 4.12, dependendo do β. 
 
69 
 
 
Figura 4.12 – Diferentes betas (β) 
 
• Tomadas na vena contracta (D e D/2): usadas em tubulações de 2" a 30" com Ne entre 
8000 e 400000 para β entre 0,15 e 0,75. 
 
• Tomadas de canto: são construídas no próprio flange e seu uso principal é em tubulações 
menores que 2", tendo como desvantagem a grande possibilidade de entupimento. 
 
• Tomadas de tubulação: possuem o menor diferencial de pressão entre todas tomadas e 
perdem muita precisão devido à rugosidade do tubo. 
 
4.2.2.5. Tubo Venturi 
 
O tubo Venturi combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta 
estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges 
numa tubulação. 
Figura 4.13 – Tubo de Venturi 
 
70 
 
O propósito do tubo de Venturi é acelerar o fluido e temporariamente baixar sua 
pressão estática. A recuperação de pressão é bastante eficiente, como pode ser visto na 
Figura 4.13, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de 
pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um 
diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua 
garganta. 
Em geral, utilizam-se quatro furos espaçados de 90° em torno do tubo para fazer a 
tomada de pressão. Eles são interligados por meio de um anel, chamado anel piezométrico, 
que é destinado a obter a média das pressões em torno do ponto de medição. Na figura 4.14 
podem ser vistos detalhes de construção de um tubo de Venturi. 
 
 
 
Figura 4.14 – Detalhes de construção de um dispositivo Venturi 
 
Onde: 
 
 D = Diâmetro interno da tubulação 
 d = diâmetro da garganta 
 a = Localização da tomada de impulso de alta pressão. 
 0,25D a 0,75D para 4" < D < 6" 
 0,25D a 0,50D para 6" < D < 32" 
 b = Localização da tomada de baixa pressão = "d"/2 
 c = comprimento da garganta igual a "d" 
 δ = Diâmetro interno da tomada de impulso 3/16 a 1/2" 
 r1 = 0 a 1,375D 
 r2 = 3,5 a 3,75D 
 α1=21°f2° 
 α2 = 5° a 15° 
 
 
71 
 
4.2.2.6. Bocal 
 
O bocal de vazão (Flow nozzle) é, em muitos aspectos, um meio termo entre 
a placa de orificio e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua 
aplicação em serviços onde o fluido é abrasivo e corrosivo. O perfil de entrada é 
projetado de forma a guiar a veia fluida até atingir a seção mais estrangulada do 
elemento de medição, seguindo uma curva elíptica (projeto ASME) ou 
pseudoelíptica (projeto ISA). Seu principal uso é em medição de vapor com alta 
velocidade, recomendado para tubulações com diâmetro maior que 50 mm. 
 
 
Figura 4.15 – Bocal de vazão 
 
As tomadas de pressão são, normalmente, localizadas a 1D (à montante) e 1/2D (à 
jusante) da face anterior ao bocal, como ilustrada na figura 4.15. 
A perda permanente de pressão do bocal é levemente inferior a da placa de orifício. 
A precisão depende de suas dimensões físicas, características de construção e da 
instalação completa. Considerando somente o bocal, a precisão pode variar na faixa de 
0,5% a 1,5%, dependendo do diâmetro (a precisão diminui com a diminuição do diâmetro). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
72 
 
4.2.2.7. Tubo Pitot 
 
É um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um 
ponto da tubulação. O tubo de Pitot é um tubo com duas aberturas em sua 
extremidade, isoladas entre si, sendo que uma está colocada na direção da corrente 
fluida de um duto e a outra normalmente em oposição (90° ou 180°). A diferença da 
pressão total e a pressão estática da linha nos dá a pressão dinâmica (figura 4.16), a 
qual é proporcional ao quadrado da velocidade. 
 
 
Figura 4.16 – Tubo de Pitot 
 
 
Onde: 
 
 Pd = pressão total - pressão estática 
 γ = peso específico do fluido 
 V = velocidade do fluido no ponto de medição 
 g = aceleração da gravidade 
 
Ao se determinar a velocidade de um fluido em um duto, sabe-se que, ao centro 
deste, a velocidade é máxima e, para saber a velocidade média, é necessário usar um fator 
"k", o qual é determinado em função do N° de Reynolds e rugosidade da tubulação. Então: 
 
 
73 
 
Na prática o fator "k" é descoberto, mantendo-se a vazão constante e medindo-se a 
velocidade em 10 pontos e, em seguida, calcula-se a média das 10 velocidades e divide-se 
pela velocidade máxima. 
4.2.2.8. Medidor Tipo Annubar 
 
O Annubar é um dispositivo de produção de pressão diferencial que ocupa todo o 
diâmetro do tubo (figura 4.17) e é projetado para medir a vazão total, de forma 
diferente dos dispositivos tradicionais de pressão diferencial. 
 
Figura 4.17 – Medidor tipo Annubar 
 
A parte de alta pressão do sinal de ∆P é produzida pelo impacto do fluido nos furos 
do sensor (figura 4.18). O fluido, então, separa-se em torno do sensor Annubar, e uma zona 
de baixa pressão (abaixo da pressão estática no tubo) é criada devido ao formato do sensor. 
O lado de baixa pressão do sinal de ∆P é sentido pelos furos à jusante do Annubar e é 
medido na câmara da jusante. 
 
74 
 
 
Figura 4.18 – Câmaras de pressão do medidor tipo Annubar 
 
A diferença de pressão é proporcional à raiz quadrada da vazão, assim como os medidores 
anteriores. 
 
4.2.2.9. Compensação da Pressão e da Temperatura 
 
Quando se medem gases e vapores, a densidade do fluidovariará dependendo da 
pressão e da temperatura. Por isso, é preciso efetuar a correção com compensação 
para essa variação. 
 
 A equação para efetuar a correção se escreve na seguinte forma: 
 
 
Onde: 
 
 Q = vazão 
 k = constante 
 PA = pressão absoluta, bar 
 TA = temperatura absoluta, Kelvin 
 ∆P = pressão diferencial, bar 
 
A Figura 81 mostra um exemplo de malha para este tipo de aplicação. 
 
75 
 
 
 
Figura 4.19 – Malha de vazão com compensação de temperatura e pressão 
 
 
4.2.3. Medidores de Vazão por ∆∆∆∆P Constante (área variável) 
 
Os dispositivos de pressão diferencial até agora considerados têm por base 
restrições de dimensão fixa, e a pressão diferencial criada através deles modifica-se 
com a vazão. Existem, contudo, dispositivos nos quais a área da restrição pode ser 
modificada para manter constante o diferencial de pressão enquanto muda a vazão. 
Um exemplo deste tipo de medidor é o rotâmetro. 
 
4.2.3.1. Rotâmetros 
 
Rotâmetros são medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador varia 
sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. 
Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes: 
 
• Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em 
que passará o fluido cuja vazão queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico 
ficará voltada para cima. 
• No interior do tubo cônico, teremos um flutuador que se moverá verticalmente em função 
da vazão medida. 
 
76 
 
A figura 4.20 mostra detalhes de um rotâmetro típico. 
 
Figura 4.20 - Rotâmetro 
 
4.2.3.2. Princípio de Funcionamento 
 
O fluido passa através do tubo, da base para o topo. Quando não há vazão, o 
flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente 
selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tubo, quase que 
completamente. Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo 
torna o flutuador mais leve, porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a 
do fluido, o empuxo não é suficiente para levantar o flutuador. 
 
A área de passagem oferece resistência à vazão e a queda de pressão do fluido 
começa a aumentar. Quando a pressão diferencial, somada ao efeito de empuxo do líquido, 
excede a pressão devido ao peso do flutuador, o flutuador sobe e flutua na corrente fluida. 
Com o movimento ascendente do flutuador em direção à parte mais larga do tubo, a 
área anular, entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador, aumenta. Como a 
área aumenta, o diferencial de pressão, devido ao flutuador, decresce. O flutuador ficará 
em equilíbrio dinâmico quando a pressão diferencial, através do flutuador somada ao efeito 
do empuxo, contrabalançar o peso do flutuador. 
Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a parte superior do tubo de 
vidro e a diminuição causa uma queda a um nível mais baixo. Cada posição do flutuador 
corresponde a um valor determinado de vazão e somente um. É necessário colocar uma 
escala calibrada na parte externa do tubo, e a vazão poderá ser determinada pela 
observação direta da posição do flutuador. 
Mantendo-se a temperatura e viscosidade constantes, conclui-se que a vazão varia 
linearmente com a área de passagem e, assim, teremos uma escala de leitura também 
linear. 
 
4.2.3.3. Tipos de Flutuadores 
 
Os Flutuadores podem ter vários perfis de construção. Na Figura 4.21, podem ser 
vistos os tipos mais utilizados: 
 
77 
 
 
• Esférico (1) - Para baixas vazões e muita incerteza; sofre uma influência considerável da 
viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Plano (2) - Para vazões médias e elevadas; Sofre uma influência 
média da viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo (3) - Sofre menor 
influência da viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Saliente contra o Fluxo (4) - Sofre a mínima influência da 
viscosidade do fluido. 
Figura 4.21 – Tipos de flutuadores 
 
4.2.3.4. Material do Flutuador 
 
O material mais empregado nos flutuadores é o aço inox 316. Na indústria, no entanto, 
para satisfazer outras exigências como resistência à corrosão, abrasão e outras, utilizam-se 
outros tipos de materiais. A tabela 4.4 a seguir apresenta diversos materiais empregados 
em flutuadores. 
 
MATERIAIS 
Inox 316 Alumínio Bronze 
Durimet Hastelloy B Hastelloy C 
Monel Níquel Tântalo 
Teflon Inox 303 Titânio 
 
Tabela 4.4 – Materiais mais empregados nos flutuadores 
 
Obs: Os rotâmetros são montados verticalmente na tubulação do fluido cuja vazão se quer 
medir, de maneira que o fluido seja dirigido de baixo para cima. 
 
4.2.4. Medidores Especiais de Vazão 
 
Os principais medidores especiais de vazão são: medidores magnéticos de vazão 
com eletrodos, tipo turbina, tipo Coriolis, Vortex e Ultra-sônico. 
 
4.2.4.1. 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 
 
78 
 
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, portanto, 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 fluido tem que 
ser eletricamente condutivo. Tem, ainda, como limitação, o fato de fluidos com 
propriedades magnéticas adicionarem um certo erro de medição. 
 
4.2.4.1.1. Aplicação 
 
O medidor eletromagnético é um elemento primário de vazão volumétrica, 
independente da densidade e das propriedades do fluido. Este medidor não 
possui obstrução, portanto, apresenta uma perda de carga equivalente a um 
trecho reto de tubulação. Para medição de líquidos limpos com baixa 
viscosidade, o medidor eletromagnético é uma opção. Se o líquido de medição 
tiver partículas sólidas e abrasivas, como polpa de mineração ou papel, ele é 
praticamente a única alternativa. 
 
Já que o mesmo possui como partes úmidas apenas os eletrodos e o revestimento, é 
possível, através de uma seleção cuidadosa destes elementos, medir fluidos altamente 
corrosivos como ácidos e bases. É possível, por exemplo, a medição de ácido fluorídrico 
selecionando-se eletrodos de platina e revestimento de teflon. Outro fluido, particularmente 
adequado para medição por essa técnica, é o da indústria alimentícia. Como o sistema de 
vedação dos eletrodos não possui reentrâncias, as aprovações para uso sanitário são 
facilmente obtidas. 
 
4.2.4.1.2. Princípio de Funcionamento 
 
O princípio de funcionamento dos medidores magnéticos baseia-se na lei de 
indução eletromagnética (lei de Faraday). A lei enuncia que a força eletromotriz 
(fem) induzida em um condutor de comprimento L, movimentando-se em um 
campo magnético H ortogonal à direção do movimento, é proporcional à 
velocidade V do condutor. 
 
Matematicamente, a lei pode ser representada pela seguinte fórmula: 
 
k = constante de proporcionalidade que depende das unidades utilizadas. 
 
Como visto, o medidor eletromagnético de vazão é uma relação entre a direção do 
campo magnético, movimento do fluido e f.e.m. induzida. No caso do medidor 
eletromagnético, o corpo móvel é o fluido que flui através do tubo detector. Desta forma, a 
direção do campo magnético, a vazão, e a f.e.m. estão posicionadas uma em relação à outra 
em um ângulo de 90 graus. A figura 4.22 ilustra, esquematicamente, o funcionamento do 
medidor.79 
 
 
Figura 4.22 – Medidor eletromagnético de vazão 
 
A figura 4.23 mostra detalhes de construção de um medidor magnético de vazão. 
 
 
Figura 4.23 – Detalhes construtivos do medidor magnético de vazão 
 
4.2.4.1.3. Estrutura do Detector 
 
• Revestimento 
 
Para se conseguir retirar um sinal elétrico proporcional à vazão, é necessário que o 
interior do tubo seja isolado eletricamente. Se isto não for feito, a f.e.m. será curto-
circuitada e, dessa forma, não estará presente nos eletrodos. Se o tubo fosse de material 
isolante, não haveria problema, mas, geralmente, o tubo é feito de material condutor. Para 
evitar que a f.e.m. seja curto-circuitada pela parede condutiva do tubo, utiliza-se um 
isolante tal como teflon, borracha de poliuretano ou cerâmica. A escolha do material 
isolante é feita em função do tipo de fluido. 
 
• Eletrodo 
 
 
80 
 
Eletrodos são dois condutores instalados na parede do tubo para receber a tensão 
induzida no fluido. Existem vários materiais de fabricação, tais como: aço inox, monel, 
hastelloy, platina e outros que dependem do tipo de fluido a ser medido. 
 
• Tubo detector 
 
O tubo do medidor não pode ser de material ferromagnético, tal como aço ou níquel, 
pois os mesmos causam distúrbios no campo eletromagnético. Na prática, o aço inox é o 
mais usado. 
 
• Influência da condutividade 
 
A influência da condutividade nos medidores de vazão deve ser sempre considerada, 
pois ela depende de determinadas combinações entre o elemento primário e o secundário. 
Não há problema de influência de condutividade do fluido sobre a precisão da medição, 
desde que seja superior aos limites recomendados, porém, se decai do valor de projeto, 
ocasiona um erro considerável na indicação. 
 
4.2.4.2. Medidor Tipo Turbina 
 
O medidor é constituído basicamente por um rotor montado axialmente na 
tubulação. O rotor é provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido 
na tubulação do processo. Uma bobina captadora com um imã permanente é 
montada externamente fora da trajetória do fluido. 
 
Quando este se movimenta através do tubo, o rotor gira a uma velocidade 
determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. À medida que 
cada lâmina passa diante da bobina e do imã, ocorre uma variação da relutância do circuito 
magnético e no fluxo magnético total a que está submetida a bobina. Verifica-se, então, a 
indução de um ciclo de tensão alternada (figura 4.24). 
 
Figura 4.24 – Medidor de vazão tipo turbina 
A freqüência dos pulsos gerados desta maneira é proporcional à velocidade do fluido, 
e a vazão pode ser determinada pela medição/totalização de pulsos. 
 
4.2.4.2.1. Influência da Viscosidade 
 
 
81 
 
Como visto acima, a freqüência de saída do sensor é proporcional à vazão, de 
forma que é possível, para cada turbina, fazer o levantamento do coeficiente de 
vazão k, que é o parâmetro de calibração da turbina, expresso em ciclos 
(pulsos) por unidade de volume. 
 
Numa turbina ideal, este valor k seria uma constante independente da viscosidade do 
fluido medido. Observa-se, entretanto, que, à medida que a viscosidade aumenta, o fator k 
deixa de ser uma constante e passa a ser uma função da viscosidade e da freqüência de 
saída da turbina. Abaixo de 2 cSt (centi Stokes) de viscosidade, o coeficiente k é 
aproximadamente constante para freqüências de saída acima de 50 Hz . 
 
4.2.4.3. Medidor por Efeito Coriolis 
 
É um instrumento de sucesso no momento, pois tem grande aplicabilidade nas 
indústrias alimentícia, farmacêutica, química, papel, petróleo etc., e sua medição 
independe das variáveis de processo - densidade, viscosidade, condutibilidade, 
pressão, temperatura, perfil do fluido. 
 
Resumidamente, um medidor Coriolis possui dois componentes: tubos de sensores de 
medição e transmissor (como ilustrado pela figura 4.25). Os tubos de medição são 
submetidos a uma oscilação e ficam vibrando na sua própria freqüência natural à baixa 
amplitude, quase imperceptível a olho nu. Quando um fluido qualquer é introduzido no 
tubo em vibração, o efeito do Coriolis se manifesta, causando uma deformação, isto é, uma 
torção que é captada por meio de sensores magnéticos que geram uma tensão em formato 
de ondas senoidais. 
 
Figura 4.25 – Medidor por efeito Coriolis 
 
As forças geradas pelos tubos criam uma certa oposição á passagem do fluido na sua 
região de entrada (região da bobina 1 – figura 4.26) e, em oposição, auxiliam o fluido na 
região de saída dos tubos. 
O atraso entre os dois lados é diretamente proporcional à vazão mássica. Um RTD 
(Termômetro de Resistência) é montado no tubo, monitorando a temperatura deste, a fim 
de compensar as vibrações das deformações elásticas sofridas com a oscilação da 
temperatura. 
O transmissor é composto de um circuito eletrônico que gera um sinal para os tubos 
de vazão, alimenta e recebe o sinal de medida, propiciando saídas analógicas de 4 a 20 
mA, de freqüência (0 a 10 KHz) e até digital RS 232 e/ou RS 485. Estas saídas são 
enviadas para instrumentos receptores que controlam bateladas, indicam vazão instantânea 
e totalizada ou para PLCs, SDCDs, etc. 
 
82 
 
 
 
Figura 4.26 – Instrumentos receptores que controlam bateladas 
 
4.2.4.4. Medidor de Vazão Tipo Vortex 
 
 4.2.4.4.1. Princípio de Funcionamento 
 
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, os quais se desprendem alternadamente de cada lado do anteparo, 
como mostrado na figura 4.27. Este é um fenômeno muito conhecido e 
demonstrado em todos os livros de mecânica dos fluidos. 
 
 
 Figura 4.27 – Medidor de vazão tipo vortex 
 
Os vórtices também podem ser observados em nosso dia a dia, como por exemplo: 
 
• 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 expostos ao vento. 
 
4.2.4.4.2. Método de Detecção dos Vórtices 
 
 
83 
 
As duas maiores questões referentes ao desenvolvimento prático de um medidor de 
vazão, baseado no princípio vortex, são: 
 
• A criação de um obstáculo gerador de vótices (vortex shedder) que possa gerar vórtices 
regulares e de parâmetros totalmente estabilizados (Isto determinará a precisão do 
medidor). 
• O projeto de um sensor e respectivo sistema eletrônico para detectar e medir a freqüência 
dos vórtices (Isto determinará os limites para as condições de operação do medidor). 
• Vortex shedder – numerosos tipos de vortex shedder, com diferentes formas, foram 
sistematicamente testados e comparados em diversos fabricantes e centros de pesquisa 
(Um shedder com formato trapezoidal foi o que obteve um desempenho considerado 
ótimo). 
 
4.2.4.5. Medidores Ultra-Sônicos 
 
Os medidores de vazão que usam a velocidade do som como meio auxiliar de 
medição podem ser divididos em dois tipos principais: 
 
• Medidores a efeito Doppler 
 
O efeito Doppler é a aparente variação de freqüência produzida pelo movimento 
relativo de um emissor e de um receptor de freqüência. No caso, esta variação de 
freqüência ocorre quando as ondas são refletidas pelas partículas móveis do fluido. 
Nos medidores baseados neste princípio (ver figura 4.28), os transdutores-emissores 
projetam um feixe contínuo de ultra-som na faixa das centenas de kHz. Os ultra-sons 
refletidos por partículas veiculadas pelo fluido têm sua freqüência alterada 
proporcionalmente à componente da velocidade das partículas na direção do feixe. 
Estes instrumentos são, conseqüentemente, adequados para medir vazão de fluidos 
que contêm partículas capazes de refletir ondas acústicas.Figura 4.28 – Tipos de transdutores de efeito Doppler 
• Medidores de tempo de trânsito 
 
 
84 
 
Ao contrário dos instrumentos anteriores, estes instrumentos não são adequados para 
medir vazão de fluidos que contém partículas. Para que a medição seja possível, os 
medidores de tempo de trânsito devem medir vazão de fluidos relativamente limpos. 
Nestes medidores (Figura 4.29), um transdutor-emissor-receptor de ultra-sons é 
fixado à parede externa do tubo, ao longo de duas geratrizes diametralmente opostas. 
O eixo que reúne os emissores-receptores formam com o eixo da tubulação um 
ângulo α. 
 
Os transdutores transmitem e recebem alternadamente um trem de ondas ultra-
sônicas de duração pequena, ou seja, os pulsos saem de ambos os transdutores ao mesmo 
tempo, mas podem chegar com um tempo diferente caso haja vazão. 
 
Figura 4.29 – Medidores de tempo de trânsito 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
85 
 
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 
 
A medição de nível de um material em um reservatório pode ser feita de três modos: 
 
• Direto 
• Indireto 
• Descontínuo 
 
5.2.1. Medição de Nível Direta 
 
É a medição que tomamos como referência à posição do plano superior da substância 
medida. Neste tipo de medição podemos utilizar réguas ou gabaritos, visores de nível, 
bóia ou flutuador. 
 
5.2.1.1. Régua ou Gabarito 
 
Consiste em uma régua graduada (Figura 5.1), a qual tem um comprimento 
conveniente para ser introduzida dentro do reservatório a ser medido. 
 
 
Figura 5.1 – medição de nível por réguas graduadas 
 
86 
 
A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento 
molhado na régua pelo líquido. 
 
5.2.1.2. 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. 
O princípio dos vasos comunicantes exige que as densidades dos fluídos no interior 
do reservatório e no visor sejam iguais. Esta medição pode ser feita em tanques abertos e 
tanques fechados. A figura 5.2 mostra detalhes de visores de nível. 
 
 
Figura 5.2 – Visor de nível 
 
Em caldeiras se utilizam visores mais robustos capazes de suportar condições de 
pressão e temperatura elevadas. O princípio de funcionamento dos visores de caldeira é o 
equilíbrio dinâmico das colunas liquidas no interior do tambor e no visor. Existe uma 
circulação de condensado do visor para o tambor e de vapor do tambor para o visor. Como 
a temperatura média no interior do visor é inferior à temperatura do tambor (devido as 
perdas de calor presentes) o nível do visor geral mente é menor que o real. 
Por exemplo, uma caldeira operando a 110 bar (318°C) apresenta um erro de 50mm 
quando a temperatura de água no visor é de 150°C. o nível real estará acima do indicado no 
visor, pois a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura. 
A minimização do erro pode ser obtida instalando-se o visor o mais próximo possível 
do tambor, isolando termicamente as conexões, tubulações e válvulas do lado condensado. 
 
 
Figura 5.3 – Visor de nível em tanque fechado 
 
87 
 
Os visores de caldeira compõem-se de várias seções, cada uma contendo como 
elemento visível em vidro temperado com formato cilíndrico. 
A figura 5.3 ilustra um visor de nível em tanque fechado. 
 
5.2.1.3. Bóia ou Flutuador com Escala 
 
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 (Figura 5.4). 
 
Figura 5.4 – Medidor de nível tipo bóia 
 
5.2.1.4. Tipo Bóia com Medição Pontual 
 
A detecção pode ser pontual ou continua. A figura 5.5 mostra uma chave de nível 
utilizando uma bóia como elemento sensor e acoplamento magnético para acionar a 
ampola de mercúrio. O sinal elétrico resultante pode ser usado como alarme ou 
acionamento de motores ou outro dispositivo qualquer. Observe que esse sistema detecta 
somente um determinado valor de nível do liquido no interior do reservatório. 
Figura 5.5 – Medidor de nível pontual com bóia 
 
 
88 
 
5.2.1.5. Tipo Bóia com Medição Contínua 
 
A bóia pode ser usada para medir continuamente o nível do líquido. A figura 5.6 
mostra um medidor contínuo de nível. A bóia está acoplada a um imã permanente que, 
através do acoplamento magnético, aciona o ponteiro do indicador de nível. 
Figura 5.6 – Medidor de nível contínuo com bóia 
 
A bóia e a haste devem ser dimensionadas para suportar as condições e características 
do líquido. 
 
5.2.1.6. Sensores de Nível por Condutividade Elétrica 
 
Os sensores de nível por condutividade elétrica são instrumentos simples e baratos 
adequados às aplicações de detecção de nível de colunas de água. Contudo, geralmente não 
são recomendados em aplicações em processos químicos devido à possibilidade de 
faiscamento. A figura 5.7 ilustra uma configuração para detecção de níveis alto e baixo em 
um tanque. O eletrodo da esquerda (nível alto) não está em contato com o liquido do 
tanque, portanto o circuito elétrico formado permanece aberto. O eletrodo da direita está 
em contato com o líquido e, portanto, uma corrente elétrica flui através do eletrodo-
líquido-parede do reservatório. O circuito amplificador fecha o contato de nível baixo. 
 
Figura 5.7 – Detector de nível por condutividade elétrica 
 
89 
 
5.2.2. 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. 
 
5.2.2.1. Medição de Nível com Manômetros 
 
A medição de nível de um tanque aberto contendo liquido poderá ser efetuada 
medindo-se a pressão exercida pela coluna líquida através de um manômetro de baixa 
pressão. A figura 5.8 mostra uma configuração típica. 
 
 
Figura 5.8 – Medição de nível com manômetro 
 
 A unidade usada comumente é o metro de H20. Sendo L (metro) a altura do líquido 
no reservatório e G a densidade especifica do líquido em relação a água a 20°C, a pressão 
exercida no manômetro será: 
 
O valor de G é definido como a relação entre a massa específica do líquido na temperatura 
de serviço e a massa específica da água a 20°C. 
 
5.2.2.2. Medição por Pressão Diferencial 
 
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 líquido. A figura 5.9 ilustra a instalação típica para a 
medição de nível do tambor de uma caldeira. 
 
 
Figura 5.9 – Medição de nível em tanque pressurizado 
 
90 
 
A pressão diferencial medida é uma indicação correta do nível do líquido no interior 
do tanque, somente se a densidadedo fluido do processo permanecer constante. 
Nas caldeiras modernas de elevada capacidade com tambor, a informação do medidor 
de pressão diferencial é corrigida por um sinal proporcional a massa específica dos fluidos 
no interior do tambor. Esse fator de correção é normalmente derivado de um medidor de 
pressão do tambor. 
 
• 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 e se o problema não for contornado, o transmissor indicaria um nível 
superior ao real. A figura 5.10 ilustra este tipo de montagem. 
 
 
 
Figura 5.10 – Medição de nível com supressão de zero 
 
• Elevação de Zero 
 
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. 
A figura 5.11 apresenta um sistema de medição de nível com selagem, no qual deve 
ser feita a elevação de zero, que consiste em anular-se a pressão da coluna líquida na 
tubulação de impulso da câmara de baixa pressão do transmissor de nível. 
 
 
91 
 
 
Figura 5.11 – Medição de nível com elevação de zero 
 
5.2.2.3. 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 equivalente a pressão devido ao 
peso da coluna líquida. Nota-se que teremos condições de instalar o medidor à distância. 
 
Figura 5.11 – Medição de nível com borbulhador 
 
 
92 
 
5.2.2.4. 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. 
Onde: 
 E = empuxo 
 V = volume deslocado 
 δ = densidade ou peso específico do líquido 
 
Baseado no princípio de Arquimedes usa-se um deslocador que sofre o empuxo do 
nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo 
de torque. 
Os medidores com deslocador, apesar de ser do tipo indireto, têm funcionamento 
similar ao tipo bóia. A única diferença é que o deslocador, por ser mais pesado, fica imerso 
no líquido. O nível somente altera a força ascendente produzida pelo empuxo, que é 
proporcional ao volume imerso do deslocador. Conseqüentemente, o movimento do 
flutuador é bem inferior ao deslocamento sofrido pela bóia, sendo necessário uma 
adequada amplificação. 
O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível 
estamos medindo, pois o empuxo varia com a densidade. 
A figura 5.12 ilustra um medidor do tipo empuxo. Observa-se que a mola suporta o 
peso do deslocador. O nível do líquido altera somente o empuxo provocado no deslocador. 
O movimento do deslocador é transmitido para o exterior através de um acoplamento 
magnético. Um sistema bico-palheta (ou a variação de resistência de um resistor variável) 
permite a amplificação e transmissão pneumática (ou eletrônica) do sinal obtido. 
Figura 5.12 – Medidor de nível tipo empuxo 
 
 
93 
 
 
5.2.2.5. 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, 
dispensam sondas ou outras técnicas que mantém contato com sólidos ou líquidos tornando 
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: corrosivos, abrasivos, muito 
quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade. 
O sistema de medição por raios gamas consiste em uma emissão de raios gamas 
montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado do tanque teremos um câmara de 
ionização que transforma a radiação Gama recebida em um sinal elétrico de corrente 
contínua (ver figura 5.13). Como a transmissão dos raios é inversamente 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. 
A seleção do tipo de material radioativo a ser usado depende de análise técnica-
econômica. Como regra geral, pode-se dizer que o rádio deve ser usado quando a fonte 
radioativa necessária for pequena. Para fontes maiores, deve-se utilizar o césio 137 por 
apresentar um custo muito menor que o rádio. O cobalto 60 deve ser utilizado quando um 
elevado poder de penetração for requerido. 
Uma outra consideração é que os materiais radioativos perdem a potência com o 
tempo. A conseqüência natural dessa propriedade é que as fontes radioativas devem ser 
recalibradas periodicamente. 
Devido aos efeitos maléficos provocados pelas radiações gama no corpo humano 
(câncer, esterilidade, etc.), qualquer instalação de sondas radioativas para detecção de nível 
deverá ser precedida de um estudo para se determinar a dosagem de radiação a que ficará 
sujeito o pessoal trabalhando próximo a instalação. 
 
 
Figura 5.13 – Medidor de nível por radiação 
 
94 
 
5.2.2.6. Medição de Nível por Capacitância 
 
A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre 2 superfícies condutoras 
isoladas entre si. 
Um capacitor consiste de dois condutores isolados por um material isolante. Os 
condutores são denominados placas, enquanto o material isolante é o dielétrico. Um 
capacitor pode armazenar cargas elétricas. Se um capacitor for conectado a uma pilha 
(Figura 5.14), os elétrons da placa 2 são atraídos para o pólo positivo da pilha, enquanto 
que os elétrons são repelidos para a placa 1 devido ao pólo negativo da pilha. O fluxo de 
elétrons permanece até que a voltagem entre as placas do capacitor iguale a voltagem da 
pilha. Quanto maior for o capacitor, maior será o fluxo de elétrons.necessário para carregá-
lo. Se ao invés de uma pilha for aplicada uma fonte de corrente alternada, o fluxo de 
corrente através do capacitor será diretamente proporcional ao seu tamanho. 
 
 
Figura 5.14 – Fluxo de corrente de um capacitor conectado a uma pilha 
 
O medidor de nível capacitivo mede as capacidades do capacitor formado pelo 
eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque. A capacidade doconjunto depende do nível do líquido. 
O elemento sensor, geralmente é uma haste ou cabo flexível de metal. Em líquidos 
não condutores emprega-se um eletrodo normal e 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 (Ver figura 5.15). 
 
 
 
Figura 5.15 – Medidor de nível capacitivo 
 
95 
 
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. 
O tamanho de um capacitor é determinado pela sua capacitância em farads (F). Um 
capacitor de 1F armazena uma carga de 1 coulomb quando submetido a uma pilha de 1 
volt. A capacitância está relacionada às dimensões físicas do capacitor bem como a seu 
dielétrico. O dielétrico é definido pela constante dielétrica do material que o compõe: 
 Vácuo = 1 Água = 40 
 Teflon = 2 Iodo = 118 
 
A figura 5.16 mostra uma sonda capacitiva de proximidade; a medição é feita sem 
contato com o material de processo. A variação de nível altera a capacitância entre a placa 
sensora e a superfície do material. O instrumento pode agir como uma chave de nível ou 
um medidor contínuo. 
 
 
 
Figura 5.16 – Sonda capacitiva de proximidade 
 
Os medidores de nível capacitivos podem ser usados para sólidos ou líquidos 
(condutores ou não). A aplicação em gases não é aconselhada pois suas constantes 
dielétricas estão por volta de 1,0. 
 
 
96 
 
5.2.2.7. 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 (20 a 50Khz). 
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 a 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. 
Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados, tanto na detecção contínua de 
nível, como na descontínua. A figura 5.17 mostra várias alternativas de instalação de 
medidores descontínuos de nível por ultra-som. 
 
Figura 5.17 – Instalação de medidores de nível descontínuos por ultra-som 
 
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. A figura 5.18 mostra os vários tipos de instalações para medição contínua de 
nível por ultra-som. 
 
97 
 
 
Figura 5.18 - Instalação de medidores de nível contínuos por ultra-som 
 
5.2.2.8. Medidores de Nível por Fotocélula 
 
Este método usa uma fonte de luz e uma fotocélula. A variação de nível afeta o 
caminho percorrido pelos raios luminosos, alterando o sinal da fotocélula. Este sistema 
poderá ser usado para detecção de nível de sólidos. Contudo, apresenta o inconveniente de 
ser susceptível a poeira, fumaça, etc. A figura 5.19 mostra a detecção do nível de líquidos 
em um visor de vidro. 
 
Figura 5.19 – Detecção de nível por fotocélula 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
98 
 
6. MEDIÇÃO ANALÍTICA 
6.1. INTRODUÇÃO 
Os instrumentos de medição analítica determinam a composição quantitativa de um 
determinado componente dentro de uma substância multicomponente. Serão discutidos a 
seguir alguns tipos de analisadores comumente utilizados em plantas industriais. 
 
 
6.2. ANALISADORES DE GASES DE COMBUSTÃO 
Esses analisadores são usados em grande escala para controlar processos de 
combustão em caldeiras. A eficiência de um processo de combustão (reação química 
oxidante) depende das quantidades de ar e combustível aplicadas a caldeira. Uma 
deficiência de ar provoca a combustão incompleta do combustível. A quantidade excessiva 
de ar assegura a combustão completa, mas requer um aumento no consumo de combustível 
para aquecer o volume complementar de ar. Em quaisquer dos casos, o rendimento término 
da caldeira diminui. A relação adequada de ar/combustível depende de diversos fatores 
sendo o tipo de combustível o mais importante. Nas caldeiras de usinas termelétricas, a 
supervisão contínua da combustão é efetuada através de analisadores de oxigênio nos gases 
da combustão. Para evitar a presença de combustão incompleta é também conveniente 
controlar o conteúdo de combustíveis nos gases de combustão. Para caldeiras que queimam 
carvão pulverizado, o combustível mais comumente encontrado é o monóxido de carbono 
(CO). Nos analisadores de gases de combustão, o conteúdo é normalmente determinado em 
porcentagem de volume. Esse tipo de determinação de conteúdo é particularmente 
adequada, haja vista que a proporção de cada componente no volume total se mantém 
constante mesmo ao variar a pressão e temperatura da mistura gasosa. 
 
6.2.1. Analisadores Químicos 
 
Os analisadores químicos se baseiam na medição da redução de volume da mistura 
gasosa após eliminação do componente a ser determinado. Por exemplo, o dióxido de 
carbono (C02) de uma mistura gasosa pode ser absorvido por uma solução de potassa 
cáustica (KOH) em água, conforme a reação a seguir: 
 
 2KOH + C02 →→→→ K2C03 + H20 
 
O resíduo de gás não absorvido passa por um dispositivo destinado a medir a redução 
de volume devido à absorção do C02. 
Esse método é empregado nos aparelhos manuais denominados Orsat. A figura 
6.1 mostra o esquema de um aparelho Orsat destinado a determinar os conteúdos de C02, 
02 e CO nos gases de combustão. 
A bureta 1 mede o volume inicial e os intermediários correspondentes às absorções 
dos componentes analisados. Os três vasos de absorção 2 contêm os reagentes adequados a 
absorção do C02, 02 e CO presentes na amostra dos gases: 
 
• C02: solução de potassa cáustica (KOH) em água. Para obter essa solução pode-se 
dissolver 100g de KOH em 200 ml de água destilada. Cada ml desta solução pode 
absorver até 40ml de C02. 
• 02: solução alcalina de ácido pirogálico, obtido da seguinte maneira: dissolver 40g de 
pirogalol C6H3(OH)3 em 60ml de água destilada. Misturar essa solução com 140ml 
 
99 
 
de KOH a 50%. Cada ml desta solução pode absorver até 2,3ml de 02. Observa-se 
que essa solução também absorve C02. 
 
• CÓ: solução alcalina de cloreto cuproso. Essa solução também absorve 02. 
 
 
Figura 6.1 - Analisador tipo Orsat 
 
O coletor 3 distribui a amostra gasosa à bureta de medição 1 e aos vasos de absorção 
2 através das válvulas 7, 8 e 9. Os extremos inferiores dos vasos de absorção estão 
interligadoscom a esfera de borracha 4 a fim de evitar o contato dos reagentes com o ar 
atmosférico. Para aumentar a sensibilidade da medição, a parte inferior da bureta 1 (abaixo 
de 20%) tem um diâmetro menor. A bureta 1 é colocada dentro do cilindro de vidro 5 
preenchido com água para reduzir a influência da variação da temperatura ambiente. 
Dentro dos vasos de absorção 2 são instalados diversos tubos de vidro a fim de 
aumentar a superfície de contato entre o reagente e a amostra de gás. 
O filtro 10 dotado de lã de vidro serve para remover os resíduos sólidos presentes no 
gás de amostra. 
A seqüência de operações necessárias a determinação dos conteúdos de C02, 02 e Co 
com um aparelho Orsat pode ser a seguinte: 
 
• Verificar a estanqueidade do coletor, válvulas e demais componentes do instrumento. 
 
• Purgar a linha de gás e o coletor distribuidor através da pêra de borracha 11. O gás 
acumulado na bureta 1 é expulso para a atmosfera através da válvula de 3 posições 12. 
 
• Verificar os níveis dos reagentes nos vasos de absorção 2 e o nível superior de líquido na 
bureta 1. 
• Baixar o frasco 6 lentamente para criar uma depressão na bureta 1 - Abrir a válvula de 3 
posições 12 para obter a amostra de gás, através do filtro 10. 
 
 
100 
 
• Baixar o frasco 6 além da marca zero da escala. A pressão no interior da bureta 1 é 
equalizada com a pressão atmosférica. O nível do líquido na bureta 1 estabiliza abaixo da 
marca zero da escala. 
 
• Fechar a válvula de 3 posições 12. Esperar um determinado tempo até que o gás de 
amostra esfrie no interior da bureta 1. 
 
• Elevar um pouco o frasco 6 até que o nível do líquido no interior da bureta 1 estabilize 
na marca zero da escala. Se for necessário, abrir momentaneamente a válvula de 3 
posições 12 para expulsar o excesso de gás de amostra. 
 
• Fechar a válvula de 3 posições 12. 
 
• Determinar o conteúdo de C02: Abrir a válvula 7 do vaso de absorção e levantar 
lentamente o frasco 6 até que o nível do líquido da bureta 1 alcance a marca superior de 
final de escala traçada no tubo capilar. 
 
- Baixar o frasco 6 até que o reagente do vaso de absorção alcance a marca de 
controle traçada abaixo da válvula 7. 
 
- Repetir as 2 últimas operações cerca de 4 a 5 vezes. 
 
- Baixar o frasco 6 até que o reagente alcance a marca de controle. Fechar o válvula 
7. 
 
- Deslocar verticalmente o frasco 6 até que o nível do seu líquido iguale com o 
nível do líquido no interior da bureta 1. 
 
- Ler na escala da bureta 1 a redução de volume correspondente a absorção do 
reagente. Essa redução corresponde ao conteúdo de C02 na amostra gasosa 
original. 
 
- Repetir as mesmas operações com relação ao vaso de absorção de oxigênio 
(válvula 8). A reação de absorção do ácido pirogálico é lenta e por isso, é 
necessário repetir a operação de absorção no vaso de 6 a 7 vezes. 
 
• Para determinar o conteúdo de CO as operações acima deverão ser repetidas. É 
necessário salientar que o reagente absorvedor de CO se satura rapidamente e, às vezes, 
os resultados obtidos não são corretos. 
 
 
6.2.2. Analisadores Termocondutivímetros 
 
Os analisadores deste tipo utilizam a variação da condutividade térmica da mistura 
gasosa em função dos conteúdos de seus componentes. É comum a aplicação desses 
analisadores na determinação do grau de pureza do hidrogênio de refrigeração dos 
alternadores. Contudo, podem ser aplicados na determinação do conteúdo de qualquer gás 
cuja condutividade térmica pode se distinguir claramente da condutividade dos demais 
gases presentes na mistura. Na análise de condutividade térmica de uma mistura gasosa, 
pode-se considerar que todos os componentes, salvo aquele submetido a análise, tenham a 
mesma condutividade térmica. 
A tabela 1 a seguir mostra os valores da condutividade térmica λ em função da 
temperatura, os coeficientes de condutividade térmica β e a relação λ100 de condutividades 
térmicas em relação ao ar para diversos gases, considerando a temperatura de 100°C. 
 
 
 
101 
 
 
λλλλ . 104 em W. m . K-1 
Temperatura em °C 
 
Gás 
0 100 200 300 400 500 600 
 
λλλλ100 
 
ββββ . 104 
k-1 
Ar 244 321 393 461 521 574 623 1,0 29 
Nitrogênio (N2) 243 315 385 449 506 558 603 0,98 28 
Hidrogênio (H2) 1721 2197 2640 3070 3477 3873 4268 6,84 27 
Bióxido de Carbono (CO2) 146 228 309 391 472 549 621 0,71 48 
Bióxido de Enxofre (SO2) 84 123 166 212 258 306 358 0,38 - 
Oxigênio (O2) 247 329 407 480 550 615 674 1,02 28 
Metano (CH4) 307 465 635 823 1020 1221 1442 1,45 48 
Óxido de Carbono (CO) 233 301 365 426 485 531 597 0,94 28 
Vapor de Água (H2O) 170 250 333 424 546 667 818 0,78 - 
Argônio (Ar) 165 212 257 299 340 379 394 0.66 30 
Hélio (He) 1431 1791 2128 2442 2756 3047 3326 5,56 18 
Cloro (Cl2) 79 - - - - - - - - 
 
Tabela 1 – Características de condutividade térmica de alguns gases 
 
Conforme visto na tabela 1, a condutividade térmica de diversos gases se aproximam 
da condutividade térmica do ar para temperaturas elevadas. Por exemplo, a 600°C as 
condutividades térmicas do ar e CO2 são aproximadamente iguais (623 e 621 
respectivamente). Portanto, é importante a escolha da temperatura da amostra gasosa a ser 
introduzida no analisador. 
Os produtos da combustão, em geral, contém N2, 02, C0, CO2, CH4, H2, SO2 e vapor 
d'água. As condutividades térmicas do N2, CO e O2 são praticamente iguais para 
temperaturas próximas a 100°C. Conseqüentemente, a determinação do conteúdo de C02 
através de analisadores termocondutivímetros produz resultados bastante precisos. A 
quantidade de metano CH4 é insignificante nos gases de combustão e não introduz 
problemas na medição. Contudo, a presença de hidrogênio conduz a uma redução 
considerável no resultado obtido devido a sua elevada condutividade térmica. Por isso, ao 
determinar o conteúdo de C02 nos produtos da combustão que contém hidrogênio, é 
necessário preliminarmente eliminá-lo queimando em um forno especial. Neste caso, o 
resultado do conteúdo de C02 será exagerado devido a queima do C0. O gás sulforoso (S02) 
deve também ser eliminado, pois influência o resultado da análise. O vapor d'água pode ser 
eliminado passando-se a mistura gasosa através de um refrigerador. 
A figura 6.2 mostra o circuito elétrico de um analisador termocondutivimétrico 
destinado a determinar o conteúdo de C02 ou H2. 
 
 
Figura 6.2 - Circuito elétrico de um medidor termoeondutivimétrico 
 
 
102 
 
O filamento sensível sujeito à ação da mistura gasosa é R2, geralmente fabricado com 
fio de platina e com uma resistência elétrica de cerca de 10Ω. Este filamento é montado 
dentro da câmara de medição sujeita a mistura gasosa. O outro filamento R3 denominado 
de comparação, é fabricado também com fio de platina e tem a mesma resistência ôhmica 
de R2. Não está sujeito a mistura gasosa, pois é instalado dentro de câmaras 
hermeticamente seladas e preenchidas com o gás de referência. Para a determinação do 
conteúdo de C02, o gás de referência é o próprio ar. Os filamentos R1 e R4 são fabricados 
com fio cuja resistência ôhmica praticamente independe da temperatura (manganina, por 
exemplo) e completa o outro braço do circuito. Suas resistências ôhmicas tem os mesmos 
valores de R2 e R3. 
O circuito é alimentado pela fonte de alimentação estabilizada (FAE). Os resistores 
Rad e R0 permitem efetuar a calibração do analisador. 
Quando o filamento sensível R2 é atravessado pela mistura gasosa, as condições da 
transferência de calor do filamento sensível R2 para as paredes da câmara de medição 
diminuem devido a menor condutividade térmica do C02 presente na mistura gasosa, com 
relação ao gás de referência (ar). Conseqüentemente, sobe a temperatura do filamento 
sensível R2 aumentando o valor de sua resistência ôhmica. A variação deR2 faz surgir 
entre os extremos do circuito uma tensão (mV) que será função da resistência ôhmica de 
R2 e, por conseguinte, do conteúdo, em volume, do C02 na mistura gasosa. 
Limite da faixa de medição: a alteração da indicação é de ± 25% para 10°C de 
variação na temperatura ambiente (5 a 50°C). 
Se o mesmo analisador for destinado a medir o conteúdo de H2 no gás de refrigeração 
de um alternador com uma escala de 80 - 100% de H2 no ar, o filamento de referência R3 
deverá estar selado com uma mistura gasosa de 80% de H2 e 20% de ar. A transferência de 
calor do filamento sensível R2 para as paredes da câmara de medição melhorará com o 
aumento do conteúdo de H2, diminuindo a resistência do filamento. 
O bloco do analisador onde estão instaladas as câmaras de medição é fabricado em 
estrutura metálica maciça com material de elevada condutividade térmica (latão, aço 
inoxidável, etc). As paredes das câmara.s de medição e comparação devem estar a mesma 
temperatura. 
Normalmente, os filamentos sensíveis são instalados dentro de ampolas de vidro 
abertas. Os filamentos de comparação são montados dentro de ampolas de vidro seladas 
preenchidas com o gás de referência. 
Todos os filamentos são montados nas câmaras de medição na direção vertical. O gás 
de amostra passa por um canal horizontal ortogonal a câmara de medição. O filamento 
sensível e banhado pelo gás de amostra através de difusão para que as indicações obtidas 
sejam relativamente independentes do fluxo do gás de amostra. A figura 6.3 ilustra a 
instalação do filamento em uma câmara de medição. 
 
 
Figura 6.3 - Câmara de medição 
 
 
103 
 
A figura 6.4 mostra dois tipos modernos de analisadores de gás termocondutivimétricos. 
 
 (1) (2) 
 
Figura 6.4 - (1) Analisadores de CO2 em argônio e (2) O2 em argônio 
 
 
6.2.3. Analisadores por Combustão Catalítica 
 
Os analisadores por oxidação catalítica baseiam-se também na medição das 
propriedades térmicas de um determinado componente da mistura gasosa. Contudo, o 
princípio de funcionamento é a medição do efeito térmico útil da reação de combustão 
catalítica do componente da mistura gasosa cujo conteúdo se deseja determinar. Há dois 
tipos desses analisadores também denominados termoquímicos: 
 
• Analisadores em que a oxidação catalítica do componente da mistura gasosa ocorre na 
presença de um catalizador sólido granulado que se mistura ao gás de amostra. 
 
• Analisadores em que a reação de combustão catalítica do componente da mistura gasosa 
se desenvolve na superfície de um filamento aquecido ativo catalíticamente (platina, por 
exemplo). O filamento é aquecido a 200-400°C dependendo do seu material e do tipo de 
gás analisado. 
 
O analisador descrito a seguir é um analisador termoquímico fabricado pela Bailey 
(do segundo tipo citado anteriormente). 
O princípio básico para os analisadores de %02 por combustão catalítica Bailey é o 
seguinte: quando um filamento de metal nobre (platina p. ex.) é aquecido e atravessado por 
uma mistura inflamável, a combustão é induzida em temperaturas consideravelmente 
inferiores a temperatura normal de ignição da mistura. 
A figura 6.5 mostra o bloco analisador de gases Bailey. Um fluxo contínuo do gás de 
amostra é fornecido ao analisador pelo sistema de amostragem. As válvulas reguladoras de 
pressão controlam a pressão na entrada do orifício calibrado. A função do orifício 
calibrado é manter constante a vazão do gás de amostra. Sómente 1% do gás de amostra 
fornecido pelo sistema de amostragem é analisado. O resto é exaurido para a atmosfera 
através das válvulas reguladoras de pressão. Após o orifício calibrado, o gás de amostra é 
 
104 
 
misturado com uma vazão constante de hidrogênio para formar uma mistura inflamável. 
Essa mistura entra na câmara de medição onde existem dois filamentos: o da medição que 
fica exposto á mistura e o filamento de referência onde a mistura entra através de um 
pequeno orifício. Em ambos os filamentos ocorre a combustão da mistura, mas a 
intensidade é maior no filamento de medição pois este está sujeito a uma vazão muito 
maior de gás. Quanto maior for a concentração de oxigênio na mistura, maior será a 
intensidade da combustão e conseqüentemente maior a temperatura do filamento de 
medição. A variação da temperatura do filamento pode ser detectada através de um circuito 
em ponte, fornecendo uma medição do percentual de oxigênio na mistura. O filamento de 
referência tem a função de compensar as variações de grandezas físicas que ocorrerem no 
gás de amostra como: condutividade térmica, calor específico, etc. Após a combustão, os 
gases resultantes são exauridos para a atmosfera através de um tubo de descarga. Para 
evitar que a temperatura da amostra possa influenciar a medição obtida, o bloco do 
analisador é mantido a uma temperatura constante através de um conjunto resistor--
termostato. 
 
 
Figura 6.5 – Esquemático de um analisador de % O2 por combustão catalítica 
 
 
6.2.4. Analisadores Termomagnéticos 
 
O oxigênio tem uma grande afinidade ao campo magnético, isto é, é atraído por ele. 
Um material que é atraído por um campo magnético é denominado paramagnético ao 
contrário de uma substância repelida pelo campo que é denominada diamagnética. Quase 
todos os gases encontrados na natureza são diamagnéticos. Somente o oxigênio e óxido 
nítrico apresentam uma acentuada característica paramagnética. Afortunadamente, o óxido 
nítrico não é normalmente encontrado durante análises de oxigênio. 
 
105 
 
O efeito paramagnético do oxigênio diminui com o aumento da temperatura do gás. 
A figura 6.6 ilustra a célula de medição de um analisador da Hartman & Braun. 
A célula é subdividida em duas câmaras: de medição e de referência. Um filamento 
espiralado com a forma circular é montado horizontalmente em cada câmara. Os pólos de 
um imã permanente produzem um forte campo magnético não-uniforme somente sobre a 
câmara de medição. O oxigênio contido no gás de amostra entra na câmara de medição e é 
atraído pelo campo magnético do imã. Ao se aproximar do filamento aquecido, o gás eleva 
sua temperatura e, conseqüentemente, diminui a sua característica paramagnética. Portanto, 
há uma diminuição da força de atração nas moléculas de oxigênio vizinhas ao filamento de 
medição em relação as moléculas mais frias distantes. 
O campo magnético tende a atrair as moléculas frias de oxigênio para a área 
adjacente ao filamento enquanto que as moléculas já aquecidas são repelidas para longe. 
Assim, um fluxo contínuo de moléculas de O2 em direção ao filamento de medição é 
estabelecido. Esse fluxo, gerado por forças magnéticas, é definido como "vento 
magnético". A velocidade das moléculas é proporcional a porcentagem de oxigênio no gás 
de amostra. O vento magnético tende a esfriar o filamento de medição devido ao 
movimento das moléculas frias de oxigênio e a sua temperatura depende da velocidade (ou 
porcentual de O2 no gás) das moléculas. A alteração da temperatura do filamento de 
medição produz a variação da sua resistência que pode ser medida através de um circuito 
em ponte. 
 
 
Figura 6.6 - Célula de medição de um analisador termomagnético da Hartman & Braun. 
 
 
106 
 
Um segundo filamento, denominado de referência, é montado em outra câmara 
adjacente a câmara de medição. Como a câmara de referência não é dotada de imã 
permanente, o movimento das moléculas do gás em direção ao filamento de referência é 
resultante somente da difusão e convecção térmica. O analisador termomagnético sofre a 
influência das seguintes variáveis: 
 
• Temperatura ambiente: a temperatura do bloco de medição é controlada 
termostaticamente (usualmenteem 50°C). 
 
• Pressão barométrica: o resultado da ponte de medição é afetado pela densidade do 
gás e, portanto, pela pressão absoluta vigente. A característica paramagnética do 
oxigênio varia com o quadrado da pressão absoluta da amostra. 
 
• Composição do gás de amostra. 
 
• Inclinação da célula de medição: uma inclinação de até 10° em relação a horizontal 
não produz efeitos mensuráveis na medição. 
 
 
6.2.5. Analisador Eletroquímico de Oxigênio 
 
Os analisadores eletroquímicos são similares aos de combustão catalítica. A operação 
destes analisadores envolve a ionização do oxigênio a elevadas temperaturas. A 
concentração dos íons é proporcional a pressão parcial do oxigênio no gás de amostra. 
A figura 6.7 mostra, esquematicamente, uma célula de medição utilizada neste 
método de medição. 
 
 
Figura 6.7 - Elemento sensor de zircônio 
 
O elemento sensor cerâmico de óxido de zircônio consiste de um tubo fechado em 
uma das extremidades e que, quando submetido a temperaturas superiores a 650°C, se 
torna um condutor eletrolítico devido aos pontos vazios na rede cristalina que permitem a 
mobilidade dos íons de oxigênio. O aquecedor eleva a temperatura da célula para cerca de 
800°C. 
A superfície externa do tubo cerâmico é submetida a um gás de referência 
(geralmente ar atmosférico) enquanto que a superfície interna é exposta ao gás de amostra. 
Através do eletrólito (tubo cerâmico) é estabelecido então uma diferença de potencial que 
 
107 
 
depende da relação entre as pressões parciais do oxigênio nos dois gases. A pressão parcial 
do oxigênio no gás depende da concentração volumétrica do oxigênio no mesmo gás. 
As superfícies externa e interna do tubo são revestidas com platina e servem de 
eletrodos para a detecção da diferença de potencial produzida. As reações ocorridas nesses 
eletrodos podem ser expressas por: 
 
no anodo: O2 + 4e → 2 (0--) 
 
no catodo: 2(0--) → O2 + 4e 
 
As moléculas de oxigênio no anodo (superfície de maior concentração de oxigênio) 
ganham elétrons e tornam-se íons. Simultaneamente, moléculas de oxigênio são formadas, 
por um processo inverso, no catodo (superfície de menor concentração de oxigênio). Esta 
diferença de potencial resultante é proporcional, também, a temperatura da célula. Esse 
fato exige um controle preciso da temperatura de todo o bloco de medição. 
Devido à elevada temperatura de operação do elemento sensor, qualquer componente 
combustível presente no gás de amostra será oxidado. Conseqüentemente, diminuirá a 
pressão parcial do oxigênio no gás de amostra acarretando um erro na medição. 
 
 
6.2.6. Analisadores de Oxigênio Dissolvido 
 
A presença de oxigênio dissolvido na água de alimentação de caldeiras provoca a 
corrosão do metal das superfícies interiores dos tubos de vapor e água dos geradores de 
vapor. Para reduzir a corrosão é necessário limitar o conteúdo de oxigênio dissolvido na 
água de alimentação até 7-l0mg/kg. 
Dentre os métodos utilizados para determinação do oxigênio dissolvido, o 
condutimétrico é o que será descrito a seguir. O funcionamento dos analisadores 
condutivimétricos baseia-se na utilização do efeito de uma reação irreversível entre o 
oxigênio dissolvido e um reagente qualquer. A reação vem acompanhada de uma variação 
na condutividade elétrica da solução. O reagente escolhido deve reagir rápida e totalmente 
com o oxigênio dissolvido formando um eletrólito forte e não entrar em contato com a 
água ou suas impurezas. O reagente deve ser facilmente encontrado na sua forma pura. O 
tálio metálico e o óxido de nitrogênio são os reagentes que mais se aproximam dessas 
características. O tálio metálico proporciona uma sensibilidade maior ao analisador. 
Contudo, possui uma toxidade e preço elevados. A figura 6.8 mostra o esquema de um 
analisador de oxigênio dissolvido utilizando tálio metálico. 
 
Figura 6.8 - Esquema de um analisador de O2 dissolvido 
A válvula de isolação 1 impede a entrada da.amostra no refrigerador 2. O filtro 3 é 
preenchido com 50% de resinas aniônicas e 50% de resinas catiônicas. A seguir a amostra 
atravessa o refrigerador complementar 4. O condutivímetro de eletrodos 5 mede a 
condutividade inicial da amostra. O cartucho 5 de polietileno aloja o tálio metálico cortado 
 
108 
 
em finas camadas. Neste cartucho o oxigênio dissolvido se combina com o tálio metálico 
formando o hidróxido de tálio monovalente segundo a reação abaixo: 
 
 
O hidróxido de tálio obtido da reação de oxidação se dissolve na água na forma de 
íons de tálio e hidroxila. O Tl(OH) é um eletrólito forte capaz de elevar a condutividade 
elétrica até um valor proporcional ao conteúdo de oxigênio dissolvido na água. A 
condutividade elétrica da solução é medida através da célula de condutividade 7. 
Comparado ao valor medido na célula 4 fornece um sinal proporcional ao conteúdo do 
oxigênio dissolvido na água. O filtro 8 absorve os íons de tálio, eliminando-os da solução. 
O analisador do tipo descrito acima tem uma faixa de medição de 0 a 30mg/l de 
oxigênio. A classe de precisão é de 6%. 
Outro analisador de oxigênio dissolvido em líquidos é o eletroquímico do tipo 
polarográfico. Os analisadores Hartmann & Braun, modelo Oxiflux, pertencem a essa 
categoria. 
A célula de medição consiste de um eletrodo de medição em material nobre (prata), 
um contra-eletrodo fabricado em material resistente (aço inoxidável) que atua como anodo. 
Quando uma tensão de polarização é aplicada entre os eletrodos ocorre a redução do 
oxigênio conforme as reações abaixo: 
 
no catodo (prata): O2 + 2H20 + 4e → 4(OH-) 
no anodo (aço inox): 4(OH-) → O2 + 2H2 + 4e 
 
A corrente elétrica através do eletrólito da célula de medição (água de alimentação 
da caldeira, por exemplo) é proporcional a concentração de oxigênio dissolvido na 
amostra. 
A relação entre a corrente iônica e a concentração de oxigênio é linear somente 
quando o potencial do eletrodo de medição (catodo) é constante. 
A figura 6.9 mostra um desenho esquemático da célula de medição do analisador 
oxiflux. 
 
 
Figura 6.9 - Célula de medição do analisador Oxiflux 
O tubo interno de prata é o eletrodo de medição e está conectado as bucha M. O tubo 
externo é o contra-eletrodo e está conectado à bucha G. A amostra líquida entra na célula 
de medição na extremidade inferior e sai na tampa superior. 
 
109 
 
O eletrodo de referência tem a função de manter constante o potencial do eletrodo de 
medição. Consiste de um eletrodo de talamida que faz contato com a amostra através de 
um diafragma e uma solução de KCI. 
Um sensor de temperatura da amostra compensa a informação da célula para 
variações de temperatura. 
 
 
6.2.7. Analisadores de Hidrogênio Dissolvido 
 
A determinação da velocidade de corrosão das superfícies metálicas interiores das 
tubulações de vapor e água de caldeiras é um parâmetro importante na supervisão do 
gerador de vapor. O hidrogênio dissolvido na água de alimentação ou no vapor é um 
produto inevitável do processo de corrosão e deve ser determinado. 
Os métodos de análises laboratoriais requerem muito tempo e não podem refletir o 
caráter dinâmico dos processos de corrosão, além de não serem precisos. Como a 
velocidade de corrosão do metal depende de um conjunto de fatores como o regime de 
circulação de água e o regime térmico, somente o controle contínuo do conteúdo de 
hidrogênio dissolvido na água e vapor pode possibilitar a escolha do regime de trabalho 
correto do gerador de vapor. 
A solubilidade de um gás qualquer na água depende da pressão parcial desse gás no 
meio gasoso acima da superfície líquida. A solubilidade não depende da composição do 
meio gasoso. Portanto, se água que contém hidrogênio dissolvido é introduzida numaatmosfera de oxigênio, o hidrogênio se desprenderá até estabelecer um estado de equilíbrio 
com o oxigênio. Assim, quanto maior for o conteúdo de hidrogênio dissolvido maior será o 
volume desprendido do líquido. 
O conteúdo de hidrogênio dissolvido pode ser determinado a partir do conteúdo de 
hidrogênio na atmosfera de oxigênio. 
A determinação do conteúdo de hidrogênio é conseguida através de analisadores de 
gases do tipo termocondutivimétrico. A figura 6.10 mostra o desenho esquemático de um 
analisador de hidrogênio dissolvido. 
 
 
Figura 6.10 - Analisador de H2 dissolvido 
A indicação é obtida através de um circuito elétrico em ponte de wheatstone formada 
pelos resistores R1, R2, R3, R4 e R0, a fonte de alimentação estabilizada FAE e o 
instrumento indicador AS. 
 
110 
 
O eletrolizador E1 cheio de potassa cáustica (KOH) é utilizado para obter oxigênio 
puro que é constantemente alimentado à coluna CR. Esta coluna recebe constantemente a 
amostra de condensado proveniente da coluna CP, que mantém uma pressão constante na 
entrada do orifício D. Como a dimensão do orifício D é constante, o fluxo de condensado 
alimentado à coluna CR é também uniforme e constante. 
Na coluna CR o condensado entra em contato com o oxigênio puro e desprende 
hidrogênio até alcançar o estado de equilíbrio. Para melhorar o contato, a coluna CR é 
dotada de um filamento espiral de níquel. 
A mistura gasosa composta de oxigênio e hidrogênio atinge o filamento sensível R4 
fabricado com fio de platina coberto com vidro. O outro filamento de comparação R3 é 
selado em uma ampola de vidro preenchida com oxigênio (o gás de referência) e não fica 
exposta à mistura gasosa. 
Como a condutividade térmica da mistura gasosa, devido ao hidrogênio, é maior que 
o gás de referência (oxigênio), a temperatura do filamento sensível R4 diminui e o mesmo 
acontece com o valor de sua resistência ôhmica. Surge, então, uma tensão de desequilíbrio 
no circuito em ponte, que é proporcional ao conteúdo do hidrogênio na mistura gasosa da 
coluna CR.. 
A faixa de medição do conteúdo de hidrogênio dissolvido dos analisadores descritos 
acima é de 0-20 mg/l e o limite de erro é de ±5%. 
 
 
6.2.8. Sistemas de Amostragem de Gás 
 
A função de qualquer sistema de amostragem é fornecer uma amostra limpa e 
representativa do gás de medição nas condições de pressão, temperatura e vazão requeridas 
pelo analisador. 
Um sistema de amostragem, quando a medição é efetuada com o gás de amostra a 
baixa temperatura (abaixo do ponto de orvalho), compreende os seguintes equipamentos 
principais: 
 
• Tubos de amostra ou sondas 
 
• Sistema ejetor ou bombas de gás - Sistema separador 
 
• Conjunto filtro-aquecedor 
 
O ponto de retirada da amostra (localização dos tubos de amostra) deve ser escolhido 
de modo que a amostra de gás obtida seja representativa, e em quais variações na 
composição do gás sejam rapidamente sentidas. Os tubos de amostra constituem-se de 
tubos metálicos ou cerâmicos adequados as condições do processo. Após a sonda, o gás é 
misturado com água para baixar sua temperatura. O sistema é succionado por um ejetor 
que funciona acoplado a uma bomba hidráulica. O ejetor é dotado também de um tubo 
difusor-desintegrador que tem por finalidade misturar a amostra com água recirculada pela 
bomba. A amostra é descarregada sob pressão para o separador onde o gás de amostra é 
separado das partículas úmidas. O conjunto filtro-aquecedor tem por função separar as 
pequenas partículas de cinza agregadas ao gás de amostra e aquecer o gás resultante a fim 
de vaporizar qualquer umidade restante presente no gás. A figura 6.11 mostra o sistema de 
amostragem utilizado em um analisador de gases da Bailey. 
 
 
 
111 
 
 
Figura 6.11 – Sistema de amostragem de gás para análise 
 
 
6.2.9. Medidores de Ph 
 
A medição de pH permite determinar o grau de acidez ou alcalinidade de uma 
solução. O valor do pH é importante em muitas aplicações industriais como por exemplo: 
para controle da corrosão da água de caldeiras. 
A água apresenta continuamente íons hidrogênio (H+) e íons hidroxila (OH-) 
dissociados: 
 
H2 0 � H+ + OH- 
 
As concentrações de íons hidrogênio e íons hidroxila são iguais a 10-7 (íons-grama/1) a 
25°C. 
 
[H+] = [OH-] = 10-7 
 
O produto das concentrações (denominada constante de dissociação) de H+ e OH-, 
portanto, vale 10-14 a 25°C. Para temperaturas superiores, as concentrações são mais 
elevadas e a constante de dissociação será maior. 
Quando um ácido (fórmula geral HA) é dissolvido em água, as moléculas se 
dissociam liberando íons hidrogênio para a solução: 
 
HA → H+ + A- 
 
Conseqüentemente, aumenta a concentração de (H+) na solução. Estes íons hidrogênio 
adicionais conferem propriedades ácidas a solução. 
Ao se dissolver uma base (fórmula geral BOH) em água, são liberados íons hidroxila 
(OH-) à solução. Conseqüentemente aumenta a concentração de (OH-) e diminui a 
concentração de (H+) pois a constante de dissociação se mantém inalterada para uma 
determinada temperatura: 
 
BOH → B+ + OH- 
 
112 
 
Portanto, para t = 25°C, valem as seguintes relações: 
 
Ácidos: [H+] > 10-7 
 
Água : [H+] = 10-7 
 
Bases : [H+] < 10-7 
 
Para definir a alcalinidade ou acidez de uma solução adotou-se uma escala 
logarítmica da concentração de íons hidrogênio. A escala logarítmica foi denominada de 
pH, ou seja: 
 
pH = colog [H+] = - log [H+]' 
 
Portanto, valem as seguintes relações: 
 
Solução ácida : pH < 7. 
 
 Água neutra : pH = 7 
 
Solução básica: pH > 7 
 
A faixa usual de medição de pH estende-se de 0 a 14, embora soluções concentradas 
de ácidos ou bases fortes podem extrapolar esses limites. 
 
6.2.9.1. Métodos de Medição 
 
Em laboratórios é comum a utilização de papéis que mudam de cor quando imersos 
em soluções com valores variáveis de pH. Para aplicações industriais este método não se 
adapta pois não produz uma informação continua. 
 
• Eletrodo de vidro 
 
O eletrodo de vidro, descoberto em 1909 pelo químico alemão Frits Haber, consiste 
de uma membrana de vidro com forma esférica sensível ao pH da solução. 
Quando este eletrodo é imerso em uma solução, produz uma diferença de potencial 
através da membrana, proporcional a concentração de íons hidrogênio da solução. A 
diferença de potencial pode ser calculada através da fórmula seguinte: 
 
E (mV) = 0,1984 x T x (7 - pH) 
 
onde 
 
T = t + 273 = temperatura absoluta em °K 
 
Para t = 0°C → E = 54,19mV/pH 
 
Para t = 25°C → E = 59,15mV/pH 
 
Para t = 5O°C → E = 64,11mV/pH 
 
Para a medição do potencial resultante é necessário estabelecer contato com as 
superfícies interna e externa da membrana. A conexão à superfície interna é efetuada 
através de um fio de prata, recoberto com cloreto de prata, imerso em uma solução estável 
com pH=7. Observe que esta configuração estabelece uma outra diferença de potencial, 
porém com valor estável e permanente. O contato com a superfície externa da membrana é 
efetuado através da solução de amostra e um eletrodo de referência adjacente. 
A figura 6.12 mostra, à esquerda, o aspecto de um eletrodo de vidro. 
 
 
 
 
113 
 
Figura 6.12 – Medição de pH com eletrodos 
 
• Eletrodo de referência 
 
O eletrodo de referência é utilizado para completar o circuito elétrico. Aparentemente, a 
imersão de um fio na solução resolveria o problema. Contudo, os metais em contato com 
soluções desenvolvem diferenças de potencial que dependem não só do pH, mas também 
das características dos metais e da solução. Portanto, um eletrodo de referência deve ser 
capaz de fornecer uma tensão estável independentedas propriedades da solução. 
A parte direita da figura 6.12 mostra um eletrodo de referéncia do tipo calomelano. 
Consiste de mercúrio em contato com uma pasta de cloreto de mercúrio/cloreto de 
potássio. Este conjunto está em contato com uma solução de cloreto de potássio. O contato 
com a solução de amostra é feito através de uma membrana cerâmica porosa colocada na 
extremidade inferior do eletrodo. 
 
• Termoconpensador 
 
Como visto anteriormente, a d.d.p. produzida pelo eletrodo de vidro é função do pH 
da solução e também da sua temperatura. Portanto, para corrigir essa dependência do 
eletrodo de vidro é necessário prover o sistema de medição com um compensador. A 
compensação de temperatura pode ser feita manualmente ou através de um sensor de 
temperatura da solução. Consiste basicamente de um sensor de temperatura (termoresistor 
ou termistor) que envia sinal ao amplificador do sistema de medição, alterando o seu fator 
de ganho. Note-se que o termocompensador serve para corrigir a indicação obtida somente 
em relação a característica de temperatura do eletrodo de vidro. O pH de uma solução 
depende da temperatura e essa dependência não é eliminada pelo termocompensador. 
 
 
 
6.2.10. Medição de Condutividade Elétrica 
 
 
114 
 
A medição de condutividade elétrica é utilizada para a determinação da concentração 
de soluções aquosas de ácidos, bases ou sais. Ao contrário da medição de pH, que permite 
a medição da concentração de íons hidrogênio somente, a medição da condutividade 
permite determinar também as concentrações de sais. A principal utilização da 
condutividade elétrica é na determinação da concentração de impurezas (sais dissolvidos) 
em soluções aquosas como água de caldeiras e equipamentos para tratamento de água. 
Neste caso, a concentração é também denominada de dureza. 
A capacidade de uma substância em conduzir eletricidade é o inverso da resistência e 
é denominada de condutância. A unidade de medida é o mho ou siemens e 
representa o inverso do ohm. A condutância de qualquer material depende de sua natureza, 
a forma do caminho condutor e sua temperatura. Em instrumentação utiliza-se, mais 
usualmente, o conceito de condutividade que é a condutância de um volume de material 
com comprimento e área transversal unitários. A condutância pode ser definida como: 
 
A unidade de condutividade deve ser então mho/cm ou siemens/cm. A condutância 
de um liquido é medida através de uma célula de condutividade . Consiste de dois 
eletrodos de geometria conhecida espaçados por uma distância fixa. A condutividade da 
solução é, então, medida e pode ser calibrada diretamente em unidades de condutividade, 
pois a geometria da célula é conhecida. A relação comprimento/área é definida como 
constante da célula e é expressa em unidades (cm)-1. Se em uma célula de medição de 
condutividade os eletrodos têm área transversal de 1cm2 e estão espaçados de 1cm, a 
constante da célula é de 1(cm)-1. 
O interesse industrial na medição da condutividade de um líquido surge da relação 
existente entre condutividade e concentração de íons em soluções aquosas. A água 
propriamente dita conduz muito pouca eletricidade. Portanto, a condutividade de uma 
solução aquosa é quase exclusivamente função dos eletrólitos dissolvidos. 
A figura 6.13 mostra uma série de curvas relacionando condutividade e concentração para 
uma série de eletrólitos. 
 
Figura 6.13 – Condutividade x concentração 
 
Observe que para baixas concentrações, a concentração varia linearmente com a 
condutividade. A condutividade depende da temperatura da solução e, em geral, aumenta 
com a temperatura. Portanto, para medições precisas o sistema de medição deve ser dotado 
de correção de temperatura. 
 
7. INSTRUMENTOS PARA SUPERVISÃO 
 
115 
 
7.1. INTRODUÇÃO 
Existe uma variedade imensa de medidores utilizados especificamente para 
supervisão de máquinas industriais. Serão descritos, a seguir, aqueles tipos mais 
comumente utilizados. 
 
 
7.2. MEDIDORES DE ROTAÇÃO 
Os medidores de rotação mais usuais são pequenos geradores de corrente alternada 
acionados diretamente pelo eixo da máquina. O gerador consiste de um imã permanente no 
rotor e um estator bobinado. A freqüência e amplitude da tensão do enrolamento no estator 
são proporcionais a rotação do rotor. 
Um medidor muito utilizado para detectar rotação é o sensor indutivo de rotação 
mostrado na figura 7.1. 
 
Figura 7.1 – Sensor indutivo de rotação 
 
Consiste de um enrolamento montado ao redor de um imã permanente. O conjunto é 
instalado junto a uma roda dentada fabricada em material magnético e solidária ao eixo 
girante. Cada vez que um dente da roda atravessa o campo magnético é produzido no 
enrolamento um pulso. A freqüência dos pulsos resultantes é dada pela expressão abaixo: 
 
f = freqüência dos pulsos, em Hz 
 
RPM = rotação do eixo, em rpm 
 
N = número de dentes da roda 
 
7.3. DETECTORES DE VIBRAÇÃO 
Os detectores de vibração usualmente encontrados em máquinas girantes de grande 
porte são os detectores de velocidade de vibração. Consistem de um enrolamento suspenso 
através de molas submetido à ação de um campo magnético produzido por um imã 
 
116 
 
permanente. Todo o conjunto suspenso (enrolamento e molas de suspensão) é amortecido e 
possui uma baixa freqüência natural de oscilação (geralmente inferior 15Hz). Quando o 
detector de vibração é submetido a uma oscilação cuja freqüência é superior a sua 
freqüência natural, o conjunto suspenso torna-se estacionário devido ao amortecimento. O 
movimento relativo entre a bobina suspensa e o imã permanente produz uma tensão 
induzida no enrolamento cuja amplitude é proporcional a velocidade da vibração e a 
freqüência é igual à freqüência de vibração do detector. Esse tipo de detector é utilizado 
em equipamentos de supervisão de turbinas. 
 
 
Figura 7.2 - Detector de velocidade de vibração 
 
O detector de vibração descrito e mostrado, esquematicamente, pela figura 7.2, 
produz uma tensão cuja amplitude é proporcional à velocidade de vibração, isto é, à taxa 
de variação da amplitude de vibração em relação ao tempo (unidades: mm/s, m/s). Para se 
obter a amplitude de vibração (unidades: micron ou mil - milésimo de polegada) é 
necessário que a tensão do detector passe por um circuito eletrônico denominado 
integrador. 
 
 
7.4. DETECTORES DE EXPANSÃO DIFERENCIAL 
Nas turbinas a vapor é importante supervisionar as dilatações e contrações do 
conjunto rotor-carcaça. Uma dilatação ou contração excessiva poderá colocar em risco 
todo o equipamento devido à possibilidade de interferência entre as partes girantes e 
estacionárias da máquina. Surge, então, a necessidade da determinação quantitativa da 
dilatação diferencial (ou relação entre o rotor e a carcaça das diversas seções da turbina, 
por exemplo). 
Os medidores indutivos são amplamente utilizados devido, principalmente, a sua 
robustez. Consistem de dois conjuntos de bobinas instaladas paralelamente às faces de um 
anel concêntrico ao eixo da turbina. Cada par de bobinas é rigidamente fixado à carcaça da 
seção da turbina. As bobinas são conectadas em um circuito ponte cuja tensão de 
alimentação tem uma freqüência usualmente de 400Hz. Uma expansão diferencial se 
manifesta através do movimento relativo entre o anel e as bobinas, alterando os respectivos 
entre-ferros. As variações dos entre-ferros alteram as relutâncias dos circuitos magnéticos 
 
117 
 
das bobinas que desequilibram o circuito em ponte fazendo surgir uma tensão alternada 
proporcional à dilatação diferencial entre o rotor e a carcaça. 
 
 
Figura 7.3 - Detector de expansão diferencial 
 
Dependendo do sentido do movimento relativo (G1 > G2 ou G1 < G2 – figura 7.3), pode-
se ter uma dilatação diferencial positivaou negativa, também denominado rotor longo ou 
rotor curto. 
 
 
7.5. DETECTORES DE EXCENTRICIDADE 
Esses detectores determinam a excentricidade do eixo da turbina quando a mesma 
está em operação de giro lento. Consistem de um par de conjuntos de bobinas montadas na 
periferia de um anel do próprio eixo da turbina. Quando o movimento do eixo não é 
excêntrico (centro do eixo permanece estacionário), as relutâncias magnéticas das bobinas 
são idênticas, pois os entre-ferros são iguais. A excentricidade do eixo varia as relutâncias 
magnéticas das bobinas produzindo uma tensão alternada cuja amplitude é proporcional a 
excentricidade do eixo. A figura 7.4 ilustra, esquematicamente, os princípios de 
funcionamento destes dispositivos. 
 
 
Figura 7.4 - Detectores de excentricidade 
 
 
 
 
118 
 
8. ELEMENTO FINAL DE CONTROLE 
8.1.TIPOS DE VÁLVULA DE CONTROLE 
8.1.1. Introdução 
 
Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: o corpo e 
o atuador. 
O corpo é a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou 
menor passagem do fluído no interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto de 
corpo divide-se basicamente nos seguintes subconjuntos: 
 
• Corpo propriamente dito 
• Internos 
• Castelo 
• Flange inferior 
 
Nem todos os tipos de válvulas possuem obrigatoriamente o seu conjunto do corpo 
formados por todos os subcomponentes acima mencionados. Em alguns tipos de válvulas, 
corpo e castelo formam uma só peça denominada de apenas corpo e, em outros, nem existe 
o flange inferior. 
Sendo o conjunto do corpo, a parte da válvula que entra em contato direto com o 
fluído, deve satisfazer os requisitos de pressão, temperatura e corrosão do fluído. Trata-se, 
portanto de um vaso de pressão e como tal deve ser considerado. 
 
8.1.2. Tipos de Corpos 
 
Os tipos de válvulas classificam-se em função dos respectivos tipos de corpos, e, 
portanto, quando, de alguma maneira, se está falando de tipos de válvulas subentende-se 
tipos de corpos. 
Podem ser agrupados os principais tipos de válvulas em dois grupos: 
 
 • Globo convencional 
 • Globo três vias; 
a) De deslocamento linear • Globo gaiola 
 • Diafragma; 
 • Bi-partido; 
 • Guilhotina 
 
 • Borboleta; 
b) De deslocamento rotativo • Esfera; 
 • Obturador Excêntrico. 
 
Define-se por válvula de deslocamento linear, a válvula na qual a peça móvel vedante 
descreve um movimento retilíneo, acionado por uma haste deslizante; enquanto que uma 
válvula de deslocamento rotativo é aquela na qual a peça móvel vedante descreve um 
movimento de rotação acionada por um eixo girante. 
Para cada tipo de processo ou fluído sempre existe, pelo menos, um tipo de válvula 
que satisfaça os requisitos técnicos de processo, independente da consideração econômica. 
Cada um desses tipos de válvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitações 
para este ou aquele processo. 
 
119 
 
No decorrer deste estudo, serão analisados todos esses aspectos, oferecendo assim 
uma sólida base para o usuário poder selecionar a melhor válvula para a aplicação em 
questão. 
 
8.1.3. Válvulas de Deslocamento Linear da Haste 
 
8.1.3.1. Válvula de Controle Tipo Globo Convencional 
 
Este item trata, sem dúvida alguma, de uma das válvulas de controle mais completa e 
versátil. A válvula globo pode ser sede simples (com corpo apenas reversível) e sede dupla. 
 
• Sede Simples 
 
A figura 8.1. mostra várias montagens da denominada válvula globo tipo sede 
simples. É fabricada em diâmetros de ½’’ até 10’’ e com conexões das extremidades 
rosqueadas (até 2’’), flangeadas ou soldadas, nas classes de 150 , 300, 600, 900 e 1500lbs. 
Neste tipo de válvula, o fluído no interior do corpo, passa através de um único 
orifício, conforme podemos notar pela figura 8.1. 
 
 
Figura 8.1 – Válvula globo convencional tipo sede simples 
 
Na figura 8.1a, notamos que o obturador é guiado duplamente, isto é, superior e 
inferiormente, e ainda um fato muito importante é que para a válvula fechar, o obturador 
deve movimentar-se para baixo, ou seja, deve descer. Tal tipo de montagem é denominada 
de desce para fechar ou normalmente aberta. Por outro lado, na figura 8.1b, vemos a 
mesma válvula, só que o obturador está invertido. Neste caso para a válvula abrir, o 
obturador tem que descer. Podemos notar que a única diferença entre essas duas válvulas é 
a posição de aberta e fechada em relação ao mesmo movimento do obturador. Enquanto 
que na primeira o obturador ao descer fecha a válvula, a segunda abre-a em resposta ao 
mesmo movimento do obturador. Esta é, portanto, uma válvula desce para abrir ou mais 
conhecida por normalmente fechada. Uma é inversa da outra quanto ao seu funcionamento. 
Na Figura 8.1c, vemos uma outra sede simples um pouco diferente das anteriores. O 
obturador é guiado apenas superiormente e ao descer a válvula só pode fechar, não 
 
120 
 
existindo a possibilidade de montagem do obturador em posição invertida ou por baixo. 
Essa válvula em relação ao movimento do obturador de cima para baixo, só pode fechar. 
O fato de uma válvula ser normalmente aberta ou normalmente fechada é um fator 
muito importante a ser levado em consideração na escolha da válvula. Isso significa que na 
posição de descanso, ou seja, sem força de atuação, a válvula pode ficar completamente 
aberta ou completamente fechada. Uma válvula normalmente aberta ficará totalmente 
aberta em caso de falta de suprimento de energia para operação do atuador, não podendo 
ser escolhida para aplicações como, por exemplo, dosagem de um determinado produto. 
Nesse caso a escolha certa seria uma válvula normalmente fechada, que ficaria totalmente 
fechada em caso de falha no sistema de suprimento de energia. 
As principais características da válvula globo sede simples são: proporciona uma boa 
vedação e possui obturador estaticamente não balanceado. Assim sendo podemos atingir 
um vazamento, quando a válvula estiver totalmente fechada de, no máximo ate 0,01% da 
sua capacidade de vazão máxima. 
 
• Sede dupla 
 
A figura 8.2 mostra duas montagens diferentes da válvula globo sede dupla, assim 
denominada pelo fato do fluxo passar através de duas passagens ou orifícios. 
 
 
Figura 8.2 – Válvula globo convencional tipo sede dupla 
 
Na figura 8.2a, vê-se uma válvula guiada duplamente e com obturador desce para 
fechar enquanto que na figura 8.2b, a montagem do obturador é por baixo, tipo desce para 
abrir. A válvula sede dupla e, portanto de corpo reversível. 
 
É fabricada normalmente em diâmetros de 3/4” a 14”, e com conexões das 
extremidades rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600, 900 e 
1500lbs. A principal vantagem da válvula sede dupla é o fato dela ser estaticamente quase 
estável sem necessitar, portanto, de uma força de atuação tão grande quanto à válvula sede 
simples, conforme podemos deduzir com o auxilio da figura 8.3. 
 
121 
 
 
 
Figura 8.3 – Atuação das forças dinâmicas provenientes do fluído agindo contra o 
 obturador de uma válvula globo sede dupla 
 
Sendo nula a força resultante da pressão do fluído, o atuador precisaria de força 
apenas suficiente para vencer o peso das partes móveis mais os atritos e forças da mola do 
atuador. Neste caso diríamos que a válvula é totalmente balanceada.Porém, as áreas de 
passagem não são iguais (caso contrário não haveria, possibilidade de executarmos a 
montagem do obturador e anéis da sede), tendo uma diferença de 1/16” a 1/8” no diâmetro. 
É dessa diferença que surge a força resultante do fluxo. 
Como desvantagens, as válvulas sede dupla, apresentam um vazamento, quando 
totalmente fechadas de no máximo 0,5% da sua máxima capacidade de vazão. Em 
principio pode-se pensar que o seu vazamento seria logicamente o dobro do apresentado 
nas válvulas sede simples, ou seja, 0.02%, porém, é bem maior devido a dois fatores a mais 
que devem ser considerados: 
 
• Por ser semi-balanceada, um pequeno esforço é suficiente para deslocar a haste de 
qualquer posição ( nesse caso, tal facilidade pode surgir como desvantagem) 
 
• Devido ao fato de ser impossível fechar os dois orifícios simultaneamente, 
principalmente em casos de fluídos suficientemente quentes para produzir uma 
dilatação volumétrica desigual no obturador, pois, sendo uma parte do obturador 
maior que a outra, aquela dilatará mais que esta. 
 
 
8.1.3.2. Válvula de Controle Globo de Três vias 
 
Trata-se de uma adaptação das válvulas globo convencionais, para utilização em 
aplicações de mistura ou separação de fluidos. Este tipo de válvula é mostrado na figura 
8.4. 
 
122 
 
 
 
Figura 8.4 – Válvula globo de 3 vias 
 
Na válvula tipo convergente, conforme visto pela figura 8.4a, fluidos quaisquer e 
separados entram pelas vias (2) e (3), misturando-se numa determinada e desejada 
proporção, saindo pela via (1) já misturados. A proporção da mistura é determinada pela 
posição do obturador relativa às duas sedes. Um deslocamento do obturador para cima faz 
diminuir a entrada do fluido por (2), aumentando simultaneamente a entrada do fluido por 
(3). É fabricada em diâmetros de 3/4” até 8” e com conexões nas extremidades rosqueadas 
(até 2"), flangeadas ou soldadas. Podemos notar neste tipo de válvula um novo modo de 
guia dupla: superior e no anel da sede. 
Na figura 8.4b vê-se uma válvula de três vias tipo divergente, na qual o fluido entra 
pela via (1) e sai em proporções definidas pelas vias (2) e (3). É fabricada em diâmetros de 
3/4" até 12" com extremidades rosqueadas (até 2"), flangeadas ou soldadas. 
Uma aplicação bastante conhecida da válvula três vias divergente é o de desvio de 
um trocador de calor conforme vemos pelo esquema da figura 8.5. 
Figura 8.5 – Válvula globo de 3 vias tipo divergente utilizada para desvio de um 
 trocador de calor 
As válvulas de 3 vias, devido a sua configuração e utilização, não apresentam 
vedação completa, pois, enquanto fechamos um orifício, o outro fica completamente 
aberto. 
 
 
 
123 
 
8.1.3.3. Válvula Globo Tipo Gaiola 
 
Trata-se de uma válvula de concepção antiga, porém totalmente renovada e 
aperfeiçoada nos últimos anos, fato esse que lhe possibilitou uma contínua e crescente 
utilização na quase totalidade dos processos industriais. A válvula tipo gaiola apresenta 
uma concepção de internos substancialmente diferente da globo convencional. 
O amplo sucesso deste estilo de válvula está totalmente fundamentado nos seguintes 
aspectos: 
 
• Facilidade de remoção das partes internas, pela ausência de roscas o que facilita 
bastante a manutenção na própria instalação; 
• Alta estabilidade de operação proporcionada pelo exclusivo sistema de guia do 
obturador na gaiola, obtendo desta forma uma área de guia da ordem de 30% superior à 
obtida pela guia superior e inferior da válvula globo convencional; 
• Capacidade de vazão da ordem de 20 a 30% maior que o obtido nas válvulas 
globo convencionais; 
• Menor peso das partes internas, resultando assim numa freqüência natural maior 
dessas partes, o que faz com que a válvula fique menos susceptível à vibração horizontal 
do obturador, proporcionando dessa forma menos ruído de origem mecânica do que as 
válvulas globo duplamente guiadas; 
• Não possuindo flange inferior a válvula é algo mais leve que as válvulas tipo 
globo convencionais. 
 
Por não possuir flange inferior, a válvula tipo gaiola não possui corpo reversível, e 
assim a montagem dos seus internos é do tipo entra por cima. A drenagem do fluido, se 
necessária, pode ser realizada através da parte inferior do corpo, por meio de um tampão 
rosqueado. 
Dentro da concepção inerente a estilo da válvula gaiola, e dentre os vários tipos de 
construção que são oferecidos, alguns são apresentados a seguir: 
 
• Válvula Globo tipo Gaiola Sede Simples 
 
Nas figuras 8.5.a e b vê-se dois exemplos deste tipo de válvula. O fluido entra por 
baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas janelas da gaiola. Apresentando 
apenas guia na gaiola, trata-se de uma válvula não balanceada como a globo convencional 
sede simples, pois a força do fluido tendendo abrir à válvula, não é balanceada e por isso 
apresenta o mesmo inconveniente de se precisar de uma grande força de atuação. Pela 
figura 8.5, nota-se também que não sendo uma válvula de corpo reversível, com o 
deslocamento do obturador de cima para baixo a válvula fecha, ou seja, desce para fechar. 
Se quisermos uma ação desce para abrir teríamos que alterar de alguma forma o sentido 
do movimento do obturador. 
Apresenta um vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de vazão, quando 
totalmente fechada. É fabricada em diâmetros de ½” até 6” nas classes de 150, 300 e 
600lbs. 
As conexões das extremidades podem ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou 
soldadas. 
 
 
124 
 
 
Figura 8.5 – Válvula globo tipo gaiola sede simples 
 
• Válvula Globo Tipo Gaiola Balanceada 
 
Esta construção é basicamente similar a anterior, conforme pode ser visto pela figura 
8.6. 
 
Figura 8.6 – Válvula globo tipo gaiola balanceada 
 
 
125 
 
Apenas que, neste caso, o obturador é balanceado dinamicamente (como acontece na 
válvula globo sede dupla) devido ao orifício interno no obturador, que faz com que a 
pressão do fluido comunique-se com ambos os lados do obturador, formando-se assim um 
balanceamento de forças. Precisamos, portanto, de uma menor força de atuação neste caso 
do que no anterior sede simples. O fluido neste tipo de construção entra por cima, 
conforme uma flecha indicativa presa ao corpo da válvula. Porém, da mesma forma que 
acontece com a globo convencional sede dupla, a válvula tipo gaiola balanceada, não 
apresenta boa vedação, permitindo um vazamento de até 0,5% da máxima capacidade de 
vazão da válvula. 
É fabricada em diâmetros de ¾” até 6” nas classes de 150, 300 e 600lbs. As conexões 
podem ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas. 
 
• Válvula Tipo Gaiola com Internos de Baixo Ruído 
 
Existem diversos tipos de válvulas de controle com internos especialmente projetados 
para aplicações onde haja a necessidade de uma considerável redução do nível de ruído 
aerodinâmico (ruído produzido pelo escoamento de gases e vapores a altas velocidades) 
produzido numa válvula de controle. Embora todos esses sistemas de internos para 
atenuação do ruído sejam baseados em princípios físicos diferentes, apresentam, porém, 
um fato em comum: produzem uma distribuição do fluxo do gás ou vapor através de uma 
série de restrições localizadas no sistema de internos. 
 
 
Figura 8.7 – Válvula globo tipo gaiola com internos de baixo ruído 
 
Na figura 8.7a, vê-se um sistema de internos tipo gaiola de baixo ruído. Basicamente 
trata-se de vários anéis circulares e concêntricos formando um conjunto, como pode ser 
notado pela figura 8.7b. O número de anéis utilizados depende das condições de operação e 
da atenuação de ruído requerida. 
Pela figura 8.7c, é possível notar melhor o seu funcionamento. O fluído entra, à 
pressão Pe, através dos orifícios do primeiro elemento, após o que, distribui-sepelo anel de 
estagnação, onde perde velocidade antes de entrar nos orifícios do segundo elemento. 
Repete-se o processo no seguinte anel de estagnação e próximo elemento até que o fluído 
 
126 
 
atinja a saída após o último elemento, a uma pressão, então, de Ps. O número de orifícios, 
em cada elemento, é calculado de forma a manter a velocidade média de escoamento igual 
em todos os elementos. 
 
8.1.3.4. Válvula de Controle Tipo Diafragma 
 
Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de 
controle, é utilizada no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e 
líquidos com sólidos em suspensão. Uma válvula de controle tipo diafragma conforme 
vista na figura 8.8, consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre 
o qual um diafragma móvel, preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o 
fechamento da válvula. 
 
 
Figura 8.8 – Válvula tipo diafrágma 
 
A válvula de controle tipo Diafragma ou Saunders, assim denominada por se tratar 
de uma patente mundial da Saunders (Inglaterra), possui como vantagens um baixo custo, 
total estanqueidade quando fechada, já que o assento é composto, e facilidade de 
manutenção. Entretanto não apresenta uma boa característica de vazão para controle, além 
de uma alta e não uniforme força de atuação que faz com que praticamente este tipo de 
válvula seja limitado em diâmetros de até 6" para efeito de aplicações em controle 
modulado. Fabricada em classes 125 e 150lbs, e com conexões das extremidades 
rosqueadas (até 2") e flangeadas. 
Uma outra desvantagem é que devido ao material do seu obturador (diafragma de 
neoprene ou teflon), a sua utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do 
material do diafragma. Uma particularidade muito importante e notável é que, devido a 
forma interna do seu corpo, é possível o revestimento interno das paredes do corpo com 
materiais, tais como: vidro, ebonite, plástico, chumbo ou teflon, o que possibilita o uso 
deste tipo de válvula mesmo em corpo de ferro fundido, porém revestido, em aplicações 
corrosivas. 
 
127 
 
8.1.3.5. Válvula de Controle Bi-partida 
 
Trata-se de uma válvula desenvolvida para aplicações altamente corrosivas, 
principalmente em plantas de processos químicos, aplicações nas quais torna-se necessária 
uma freqüente inspeção ou substituição dos internos da válvula. 
A válvula de controle de corpo bi-partido conforme vista na figura 8.9, foi desenhada 
para tais situações possibilitando uma fácil manutenção devido à facilidade de acesso aos 
internos. Neste tipo de válvula, o anel da sede é preso (ao contrário da globo convencional 
onde é rosqueado) entre as duas metades do corpo, podendo ser facilmente removido. 
 
 
Figura 8.9 – Válvula tipo bi-partida 
 
Devido a ser uma válvula utilizada em fluidos altamente corrosivos, o material do 
corpo é especial e, portanto caro, padronizando-se a utilização de flanges tipo encaixe, 
soldados ao corpo. Estes flanges podem ser em aço carbono comum mesmo que o corpo 
seja de material superior. A guia do obturador é apenas superior ou superior e no anel da 
sede. 
Uma desvantagem deste tipo de válvula é a não possibilidade de uma fixação na linha 
por meio de solda (pois neste caso as metades do corpo não poderiam ser separadas para a 
remoção do anel interno), já que em tais aplicações tão corrosivas nas plantas químicas, é 
bastante comum a normalização deste tipo de fixação. 
Este tipo de válvula é apenas de sede simples, apresentando índices de vazamento na 
ordem de 0,01% da sua máxima capacidade de vazão. 
É normalmente fabricada em diâmetros de 1/2” a 12”, e com conexões flangeadas nas 
classes 150, 300, 600, 900 e 1500lbs. 
 
8.1.3.6. Válvulas de Controle tipo Guilhotina 
 
Trata-se de uma válvula originalmente projetada para a indústria de papel e celulose, 
porém, hoje em dia a sua aplicação tem atingido algumas outras aplicações em indústrias 
químicas, petroquímicas, açucareiras, abastecimento de água, etc. 
Contudo, a sua principal aplicação continua sendo em controle biestável com fluídos 
pastosos, tais como massa de papel. 
 
128 
 
È uma válvula de concepção simples, sem castelo conforme pode ser observada pela figura 
8.10. 
 
 
Figura 8.10 – Válvula tipo guilhotina 
 
È fabricada em diâmetro de 2” até 24” com conexões sem flanges para ser instalada 
entre par de flanges da tubulação classe 150lbs. 
 
8.1.3.7. Internos de Válvulas de Deslocamento Linear 
 
Normalmente costuma-se definir ou representar os internos de uma válvula de 
controle como o coração da mesma. 
Se considerarmos a função à qual se destina a válvula, realmente as partes 
denominadas de internos representam o papel principal da válvula de controle, ou seja, 
produzir uma restrição variável à passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela 
ação corretiva do controlador produzindo assim, uma relação entre a vazão que passa e a 
abertura da válvula (afastamento do obturador em relação à sede). 
Esta tal relação é denominada de características de vazão da válvula e pode-se, por 
enquanto, defini-la como uma relação entre a vazão que passa pela válvula e o afastamento 
do obturador relativo à sede. Este afastamento é uma fração de deslocamento linear do 
obturador entre as posições de abertura e fechamento total da válvula, deslocamento este, 
denominado de curso da válvula ou curso do obturador. 
Não fosse o bastante isso, as partes internas têm que ainda proporcionar a necessária 
estanqueidade da válvula quando totalmente fechada. 
O conjunto dos internos da válvula consiste das partes internas removíveis e que 
entram em contato com o fluido de processo. Tal conjunto é formado por: obturador, anel 
 
129 
 
da sede, guia e gaiola (no caso das válvulas tipo gaiola), conforme pode ser vista pela 
figura 8.11. 
 
 
Figura 8.11 – Internos da válvula globo: a) Convencional; b) Gaiola 
 
8.1.3.8. Internos da Válvula Globo Convencional 
 
O obturador é o elemento vedante do conjunto dos internos da válvula (ver figura 
8.12) com formato de disco ou de contorno caracterizado, que se move linearmente no 
interior do corpo, obstruindo o orifício de passagem, de modo a formar uma restrição 
variável ao fluxo. 
 
 
Figura 8.12 – Obturadores da válvula globo convencional 
O obturador para poder produzir uma predeterminada característica de vazão deve 
possuir um formato de contorno caracterizado. 
 
130 
 
Existem, e vão ser vistas mais adiante com maiores detalhes, quatro tipos básicos de 
características de vazão: Linear, Igual Porcentagem, Parabólica Modificada e Abertura 
Rápida. 
 
8.1.3.9. Internos da Válvula Tipo Gaiola 
 
A válvula com internos tipo gaiola teve seu início de utilização por volta de 1940 em 
aplicações de alta pressão como no caso da produção de óleo e gás, alimentação de água de 
caldeira, etc. 
Os internos tipo gaiola, conforme o desenho conhecido hoje, foram produzidos por 
volta de 1963 e rapidamente alcançaram uma boa parte do mercado. 
Partindo da premissa que a válvula globo convencional tem sido indiscutivelmente a 
válvula mais completa durante muitos anos, é correto considerar que a válvula globo tipo 
gaiola seja de alguma forma mais completa que a convencional, pois se trata de uma 
adaptação desenvolvida para satisfazer algumas aplicações que por ventura a globo 
convencional não realiza com o desempenho desejado. 
Estando nos internos a única diferença entre as válvulas globo convencional e gaiola, 
é interessante deter-se um pouco mais neste tipo de internos. 
O perfeito tipo do guia do obturador, em conjunto com a possibilidade de 
balanceamento das forças de fluido agindo sobre o obturador e uma distribuição uniforme 
do fluxo ao redor do obturador por meiodo sistema de janelas, resulta nas quatro (4) 
principais vantagens, deste tipo de internos: 
 
• Estabilidade de controle em qualquer pressão; 
• Redução do esforço lateral e atrito; 
• Possibilidade de estanqueidade de grandes vazões a altas pressões com atuadores 
normais; 
• Maior vida útil do chanfro da sede. 
 
O chanfro da sede é definido como sendo a área do anel da sede que se encosta ao 
obturador, formando o assentamento deste na posição de fechamento. A vida do chanfro da 
sede é aumentada eliminando-se a vibração em baixos cursos e por uma maior distribuição 
uniforme do fluxo através do orifício do anel da sede, resultando em menor canalização do 
fluxo e desgaste por erosão. 
O desenho de gaiola caracterizada reduz a erosão separando as áreas de assentamento 
e de restrição ou controle fazendo assim com que a sede não esteja numa zona de alta 
velocidade do fluido. 
O funcionamento da restrição e modulação provida por este tipo de válvula, é 
mediante o sistema da gaiola (que é uma peça cilíndrica e oca), conforme vemos pela 
figura 8.13, em cujo interior desloca-se o obturador, como se fosse um pistão de cilindro. 
A gaiola possui um determinado número de passagens ou janelas, as quais distribuem 
uniformemente o fluxo ao redor do obturador e na maioria dos desenhos deste tipo de 
válvula, serve como guia do obturador. Tais janelas apresentam formatos caracterizados 
sendo elas, em conjunto com a posição relativa do obturador, que proporcionam a 
característica de vazão, ao invés de ser o formato do obturador como na válvula globo 
convencional. 
Os dois desenhos mais comuns de internos tipo gaiola são: sede simples e balanceado, 
ilustrados pelas figuras 8.13a e b. 
 
 
 
131 
 
 
Figura 8.13 – Princípio de funcionamento da ação de controle dos internos tipo gaiola: 
 a) Sede simples e b) Balanceado 
 
8.1.3.10. Tipos de Guia do Obturador Válvula Globo 
 
É através do sistema de guias que o obturador alinha-se em relação à sede, 
possibilitando assim um perfeito encaixe das superfícies de assentamento. 
As guias devem resistir a todos os esforços laterais sobre o obturador, provenientes 
das forças exercidas pelo fluido de processo. 
São vários os tipos de guias do obturador utilizados, ilustrados na figura 8.14: 
 
Figura 8.14 – Tipos de guia do obturador da válvula globo 
 
132 
 
• Guia superior: possui uma bucha a qual guia o obturador superiormente (figura 
8.14a). 
• Guia superior e inferior: é utilizada com obturadores tipo contorno ou passagem 
em “V” maciço, cujas extremidades são guiadas superior e inferiormente 
(figura 8.14b). 
• Guia na Sede: o obturador é guiado apenas na sede por meio da saia do obturador. 
É utilizados em válvulas com obturadores de passagem em “V” ocos e nas 
válvulas globo de três vias (figura 8.14c). 
• Guia na gaiola: conforme vê-se na figura 8.14d, a gaiola é que guia o obturador. 
 
Outros tipos secundários de guias são combinações dos quatro tipos principais 
dados acima como se pode notar pela figura 8.14e, onde é mostrado um obturador guiado 
na parte superior e na sede. 
 
8.1.3.11. Castelo 
 
O castelo, geralmente uma parte separada do corpo da válvula que pode ser removida 
para dar acesso às partes internas das válvulas, é definido como sendo "um conjunto que 
inclui a parte através da qual uma haste do obturador de válvula move-se, e um meio para 
produzir selagem contra vazamento através da haste". Ele proporciona também um meio 
para montagem do atuador. 
Sendo uma peça sujeita à pressão do fluido, tem de satisfazer aos mesmos requisitos 
de projeto que o corpo. 
No próprio castelo dispõem-se os meios para prender o atuador, conter a caixa de 
gaxetas e poder ainda conter a bucha de guia superior para guiar o obturador como 
acontece no caso das válvulas globo convencional, conforme se pode notar pela figura 
8.15a onde se mostra um castelo tipo normal para utilização nas válvulas globo 
convencionais. 
 
 
Figura 8.15 – Tipos de castelos utilizados nas válvula globo 
 
133 
 
O castelo é, portanto um subconjunto do corpo na maioria das válvulas de controle, 
embora existem tipos de válvulas como as rotativas (borboleta, esfera e excêntrica), e a 
bipartida nas quais o castelo é parte integral ao corpo, não se constituindo, portanto, de 
parte independente. 
Assim sendo, os exemplos de castelos que aqui serão dados servem apenas para aquelas 
válvulas nas quais o castelo é uma peça separada. 
Os castelos classificam-se em: 
• Castelo Normal (figura 8.15a): é o castelo padrão utilizado para fluído entre –18 a 
232ºC. Esta limitação é imposta pelo material da gaxeta já que a sua localização 
está bem próxima ao fluído 
• Castelo Longo (figura 8.15b): é semelhante ao interior, a menos da sua altura que 
faz com que a caixa de gaxeta fique um pouco mais afastada do fluído. 
Recomenda-se sua utilização para aplicações com fluídos em temperaturas de –45 
a –18°C e 232º à 430ºC. 
• Castelo Extra-Longo (figura 8.15c): é fabricado de tubo ou fundido possuindo 
uma maior altura que o anterior. É especificado para aplicações em baixíssimas 
temperaturas ou criogenias como –100 à –45ºC para evitar que o teflon das 
gaxetas congele. 
• Castelo com fole de selagem (figura 8.15d): este tipo de castelo é especificado em 
casos especiais nos quais seja proibitivo um vazamento para o meio ambiente 
através da gaxeta. Englobam-se neste tipo aplicações especiais, caso tais como, 
fluídos radioativos, tóxicos ou explosivos. Ele possui no interior um fole metálico 
de aço inoxidável e soldado de modo a formar uma câmara de pressurização 
interna, entre a parte do fole e as superfície da haste. 
 
8.1.3.12. Conjunto da Caixa de Gaxetas 
 
O propósito do conjunto da caixa de gaxeta é o de proporcionar uma selagem contra 
vazamentos dos fluídos do processo, como pode ser observado pela figura 8.16. 
 
 
Figura 8.16 – Tipos de caixa de gaxetas utilizadas nas válvulas de deslocamento 
 linear da haste 
 
Caso não haja boa selagem por meio do conjunto da caixa de gaxetas, haverá sempre 
um vazamento do fluído para o meio ambiente, sempre que a pressão do fluído seja 
superior á pressão atmosférica, ou uma entrada de ar, caso a válvula esteja trabalhando em 
pressões de vácuo. 
 
134 
 
O conjunto geral da caixa de gaxetas é formado conforme podemos acompanhar 
através da figura 8.16, pelos seguintes componentes: flange do prensa gaxetas, prensa 
gaxeta, anéis da gaxeta, retentor de graxa, subconjunto de lubrificação e mola de 
compressão (caso a gaxeta seja de anéis em “V” de teflon). No caso de gaxeta em anéis 
quadrados, como os à base de amianto, a mola não é necessária, sendo a compressão feita 
pelo aperto do prensa gaxeta. 
O sistema de lubrificação externa (utilizando caso o material da gaxeta necessite de 
lubrificação) pode ser observado pela figura 8.16c. A válvula de bloqueio produz uma 
selagem entre a caixa de gaxetas e o lubrificador evitando assim que o fluído do processo 
impossibilite a introdução da graxa lubrificante. 
As principais características do material utilizado para a gaxeta, devem ter 
elasticidade, para facilitar a deformação; produzir o mínimo atrito e deve ser de material 
adequado para resistir as condições de pressão, temperatura e corrosão do fluído de 
processo. 
Os principais materiais de gaxeta são: Teflon e amianto impregnado. 
 
• Teflon (TFE): é o material mais amplamente utilizado devido as suas notáveis 
características de mínimo coeficiente de atrito, e de ser praticamente inerte 
quimicamente a qualquer fluído. Devido as suas características, a gaxeta de teflon 
não requer lubrificação externa e a sua principal limitação é a temperatura. A 
gaxeta de teflon é formada de anéis em “V” de teflonsólido, e requer uma 
constante compressão para o seu posicionamento firme e compacto, provida por 
meio de uma mola compressão. 
 
• Amianto impregnado: é ainda um material de gaxeta bastante popular devido às 
características do amianto adicionadas às de alguns aditivos e à facilidade de 
manutenção e operação. Não sendo autolubrificante, utiliza-se o amianto 
impregnado com aditivos tais como teflon, mica, inconel, grafite, etc. Este tipo de 
gaxeta é do tipo quadrada e comprimida por meio do prensa gaxeta. Requer 
lubrificação externa, com exceção ao amianto impregnado com teflon. 
 
Recentemente surgiu um novo material de gaxeta denominado de Grafoil. Trata-se de 
material á base de grafite e comercializado em fitas flexíveis de vários tamanhos. É um 
material praticamente inerte quimicamente e suporta temperaturas altíssimas (o ponto de 
volatilização é de 3650ºC). Seu único inconveniente reside no fato de que produz um certo 
travamento da haste, já que por ser fita, ela deve ser enrolada ao redor da haste e socada 
para compactá-la formando diversos anéis. 
 
 
8.1.4. Válvulas de Deslocamento Rotativo da Haste 
 
Nos últimos anos tem-se notado um substancial aumento no uso das válvulas 
denominadas de rotativas. Basicamente estes tipos de válvulas apresentam vantagens e 
desvantagens. Nas vantagens pode-se considerar o baixo peso em relação aos outros tipos 
de válvulas, desenho simples, capacidade relativa maior de fluxo, custo inicial mais baixo, 
etc. Dentre as desvantagens citamos e limitação em diâmetro inferiores a 1’’ ou 2’’ e 
quedas de pressão limitadas, principalmente em grandes diâmetros. 
 
8.1.4.1. Válvulas de Controle Tipo Borboleta 
 
É talvez a mais comum das válvulas rotativas utilizadas para controle. A válvula 
borboleta, conforme pode ser vista na figura 8.17, consiste de um corpo tipo anel circular, 
no interior do qual oscila entre dois mancais um disco que faz a função do obturador. A 
 
135 
 
sede nesta válvula é a própria parede interna do corpo. Nota-se desde já uma enorme 
simplicidade de desenho. O seu corpo na maioria dos desenhos é sem flange. Sua 
construção é possível em diâmetros de 2’’ até 24’’. Admite o fluído em qualquer direção. 
 
 
Figura 8.17 – Válvula tipo borboleta 
 
O desenho de corpo mais comum é o tipo “wafer”, sendo preso á tubulação entre par 
de flanges conforme mostra a figura 8.18. Pelo fato do corpo não possuir flanges, não é 
costume especificar a válvula borboleta “wafer” pela classe de pressão conforme ANSI, 
como é feito nas válvulas flangeadas. 
 
 
Figura 8.18 – Montagem da válvula tipo wafer 
 
 Convenciona-se especificar a válvula borboleta “wafer” para uma determinada 
queda máxima de pressão quando totalmente fechada e a 60° de abertura, posição esta 
definida como curso máximo para aplicações em controle modulado. 
 
136 
 
Quando adequadamente selecionada, a válvula borboleta, geralmente em diâmetros 
de 4” e superiores, oferece a vantagem de simplicidade, baixo custo, pouco peso, menor 
espaço de instalação e razoável características de vazão. 
Para temperaturas e pressões moderadas, a válvula borboleta com corpo internamente 
revestido oferece ainda uma vedação estanque. 
Da mesma forma que foi feita na válvula globo, a análise do desempenho da força do 
fluído sobre o disco da válvula borboleta também será feita. 
Quando a válvula está fechada ou completamente aberta (figura 8.19a), as forças 
originárias da pressão do fluído são balanceadas em ambos os lados e, portanto, não há 
resultante de força torsora para nenhum lado. 
 
 
 Figura 8.19 – Resistência ao fluído na válvula borboleta: 
 a) Quando totalmente aberta b) Quando parcialmente aberta 
 
Quando, porém, a válvula está parcialmente aberta como mostra a figura 8.19b, não 
existe mais tal equilíbrio, surgindo uma força resultante, que tende fechar sempre a 
válvula, qualquer que seja a direção do fluído. Pode-se notar pela figura 8.19b, que a 
resultante das forças atuantes desde a primeira borda até o centro do disco, é maior que a 
resultante das forças agindo do centro do disco até a segunda borda. 
Essa desigualdade de força produz um momento torsor que tende fechar a válvula, e é 
esse momento torsor que limita a pressão diferencial de operação da válvula em diferentes 
graus de abertura, já que para cada ângulo de abertura teremos uma força torsora diferente 
e portanto um momento torsor diferente. 
Do lado do disco á jusante temos a formação de forças que aumentam conforme a 
velocidade do fluxo. 
A válvula de controle tipo borboleta é fabricada em diâmetros de 2” até 60”, sendo 
até 24” com corpo tipo “wafer” e de 30” até 60” com corpo flangeado. 
Possuindo um corpo cujo formato lhe possibilita a utilização de revestimento interno 
com elastômeros, a válvula borboleta encontra uma ampla faixa de aplicações, mesmo em 
fluídos corrosivos, tornando-se para tais aplicações uma solução bastante econômica. 
 
137 
 
Em função do tipo de assentamento podemos classificar as válvulas borboleta da 
seguinte forma: 
 
• Válvula borboleta com corpo revestido internamente e Assento tipo composto, ou 
seja, metal-elastômero, conforme mostra a figura 8.20a. É utilizada em 
aplicações, onde a vedação estanque seja uma necessidade, ou ainda em 
aplicações com fluídos corrosivos, através da seleção de um elastômero 
quimicamente inerte ao fluído, evitando-se assim, o encarecimento da válvula. 
 
• Válvula borboleta com corpo sem revestimento e assento tipo composto, 
conforme mostram as figuras 8.20b e 8.20c. É normalmente utilizada em 
aplicações com fluídos auxiliares e à baixa temperatura, tais como água e ar, por 
exemplo. 
 
• Válvula borboleta com corpo sem revestimento e assento tipo metal-metal, 
conforme mostra a figura 8.20d. É utilizada em aplicações onde a temperatura do 
fluído não permite o uso de algum elastômero para possibilitar a vedação. 
 
 
Figura 8.20 – Tipos de assentamento das válvula borboletas 
 
8.1.4.2. Válvula de Controle Tipo Esfera 
 
A utilização da válvula de esfera em controle é bastante recente, tendo nos últimos 
anos crescido a sua utilização, face a um aprimoramento dos desenhos para a sua 
adaptação ao controle de processos e o surgimento de diversos materiais elastômeros e 
fluorocarbonetos, em particular o Teflon. 
Inicialmente a válvula de controle tipo esfera encontrou a sua principal aplicação na 
indústria de papel e celulose, face ás características fibrosas de determinados fluídos nesse 
tipo de processo industrial. Porém a sua utilização tem apresentado uma crescente 
introdução em outros tipos de processo, tanto assim que é recomendada para trabalhar com 
líquidos viscosos, corrosivos e abrasivos além de gases e vapores. 
A válvula esfera é constituída por um corpo em cujo interior aloja uma esfera oca 
(daí o seu nome) que atua como obturador, permitindo uma passagem bastante livre. 
Devido ao seu sistema de assentamento, proporciona uma vedação estanque, 
constituindo-se numa das poucas válvulas de controle que além de possuir ótimas 
condições de desempenho da sua principal função, (isto é, prover uma adequada ação de 
 
138 
 
controle modulado), permite, ainda, uma total estanqueidade quando totalmente fechada. 
Na figura 8.21 vê-se um corpo típico de uma válvula esfera. 
 
 
Figura 8.21 – Válvula tipo esfera 
 
Como se pode notar, o corpo é bi-partido (para possibilitar a montagem dos internos), 
sendo que a esfera gira em torno de dois anéis de teflon (construção padrão) alojados no 
corpo e que fazem a função de sede. Possibilita a passagem do fluído em qualquer direção 
sem problemas dinâmicos, e possue um curso total de 90º. 
O seu castelo é integral ao corpo e até 6” é guiada superiormentee nas sedes; de 8” 
em diante a guia é superior e inferior e nas sedes, conforme pode-se verificar pela figura 
8.22. 
 
Figura 8.22 – Tipos de guia do obturador na válvula esfera 
 
 
139 
 
A válvula de controle esfera com anéis sede de teflon é recomendada para aplicações 
com fluídos a temperaturas de até 200ºC. Neste tipo de construção apresenta um nível de 
vazamento quando totalmente fechada de algumas bolhas por minuto. 
Em casos de temperaturas superiores especificam-se anéis sede de aço inoxidável 
tipo 316 com revestimento em Stellite. Com este tipo de assentamento metal-metal, a 
válvula esfera apresenta um vazamento permissível de até 0,01% da sua máxima 
capacidade. 
 
8.1.4.3. Válvula de Controle Tipo obturador Rotativo Excêntrico 
 
Este tipo de válvula é mostrado na figura 8.23. Idealizada originalmente para, 
basicamente, qualquer aplicação de processo, tem mostrado realmente vantagens em 
apenas alguns processos industriais, tais como papel e celulose e de forma genérica, trata-
se de uma válvula recomendada para aplicações de utilidades ou auxiliares. 
 
 
Figura 8.23 – Válvula tipo obturador rotativo excêntrico 
 
Possui corpo com extremidades sem flanges (figura 8.23), classe 600lbs, sendo 
fabricada em diâmetros de 1” até 12”. O Curso do obturador é de 50° em movimento 
excêntrico da parte esférica do obturador. Tal particularidade de movimento excêntrico 
possibilita-lhe uma redução do torque de atuação permitindo uma operação mais estável 
com o fluído entrando na válvula em qualquer sentido. 
Apresenta, quando totalmente fechada, um índice de vazamento de 0.01% da sua 
máxima capacidade de fluxo. 
Possui castelo tipo integral que lhe permite operar uma faixa de temperatura de –196°C á 
400ºC com gaxetas de teflon puro. 
Em contraste com os outros tipos de válvulas, nas quais há quase que uma total 
compatibilidade de atuadores, este tipo de válvula requer a utilização de um atuador de 
conceituação diferente, como será comentado mais adiante. 
O obturador possue guia duplo possibilitando, desta forma, uma resistência menor á 
passagem de fluxo do que a apresentada em outros tipos de válvulas de desenho 
semelhante. 
 
140 
 
8.2. ATUADORES PARA VÁLVULAS DE CONTROLE 
8.2.1. Introdução 
 
O atuador constitui-se no elemento responsável em proporcionar a necessária força 
motriz ao funcionamento da válvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de 
controle ele, quando corretamente selecionado, deve proporcionar à válvula meios de 
operacionalidade estáveis e suaves, contra a ação variável das forças dinâmicas e estáticas 
originadas na válvula através da ação do fluído de processo. 
O atuador em si é um dispositivo que em resposta ao sinal enviado pelo controlador, 
produz a força motriz necessária para movimentar o elemento vedante da válvula de 
controle. 
Dependendo basicamente do meio de produção da força motriz, o atuador utilizado 
em aplicações de controle modulado, classifica-se em cinco tipos principais: 
 
• Pneumático à mola ou diafragma; 
• Pneumático a pistão; 
• Elétrico; 
• Elétrico-hidraúlico; 
• Hidráulico 
 
Um fator importante que deve ser mencionado, antes de iniciar a análise detalhada 
dos diversos tipos de atuadores, é que o atuador selecionado deve ser compatível com o 
sinal de saída do controlador. Um exemplo claro disso, é o caso da instrumentação 
eletrônica utilizada hoje em dia na maioria dos sistemas de controle de processo. O sinal de 
saída do controlador é normalmente 4 - 20mA, sinal este que não é compatível, por 
exemplo, com os atuadores pneumáticos. Há, então, necessidade da conversão do sinal de 
elétrico para pneumático, caso seja utilizado o atuador pneumático, como acontece na 
grande maioria das aplicações. 
 
8.2.2. Atuador Pneumático Tipo Mola e Diafragma 
 
Este tipo de atuador utiliza um diafragma flexível, sobre o qual age uma pressão de 
carga variável em oposição à força produzida por uma mola. O diafragma é alojado entre 
dois tampos, formando duas câmaras, uma das quais totalmente estanque, por onde entra o 
sinal da pressão de carga. A força motriz é obtida pelo produto da pressão de carga, que é o 
sinal proveniente do controlador ou do posicionador, pela área útil do diafragma. 
Define-se como pressão de carga ao sinal de ar proveniente do controlador ou do 
posicionador da válvula, e que efetivamente trabalha sobre o diafragma do atuador. A faixa 
de pressão de carga mais comumente utilizada é de 0-18psig no caso da instrumentação 
pneumática, enquanto que para esse sinal a faixa da mola do atuador é de 3 - 15psig. 
Isso significa que, por exemplo, com 3psig sobre o diafragma a válvula mantêm-se 
totalmente aberta; a 9psig ela está exatamente na metade do seu curso e a 15psig está 
totalmente fechada. Os 3psig restantes, são utilizados para a produção da força de 
assentamento requerida. 
Outras faixas comuns de pressão de carga são 0 - 27, 0 - 30 e 0 - 35psig. 
O atuador mola e diafragma é disponível em dois tipos. Um deles, denominado de ação 
direta (figura 8.24a), empurra a haste para abaixo conforme aumenta a pressão de carga 
sobre o diafragma, enquanto que a mola força a haste para cima. O outro, denominado de 
ação inversa (figura 8.24b), com o aumento da pressão de carga, puxa a haste para cima, 
enquanto que a mola empurra-a para baixo. 
 
141 
 
 
 
Figura 8.24 – Atuadores pneumáticos tipo mola e diafragma 
 
A escolha entre esses dois tipos de construção depende de qual a posição de 
segurança que o processo exige em caso de falha ou falta de energia de suprimento. Assim 
numa válvula globo convencional com o obturador entrando por cima e utilizando-se de 
um atuador de ação direta, em caso de falha no sistema de suprimento de ar a válvula abre, 
enquanto que no caso tivesse sido utilizado um atuador inverso, a válvula fecharia. 
O tamanho do atuador tipo mola e diafragma é definido em função do diâmetro do 
diafragma. Quanto maior ele for, maior será a força produzida, independente do sinal de 
pressão de carga. 
Este tipo de atuador é o mais amplamente utilizado para atuar as válvulas de controle, 
face a inúmeras vantagens e poucas desvantagens. 
O amplo sucesso deste atuador, talvez seja pelo fato de até hoje não ter sido 
desenvolvido um outro tipo de atuador mais versátil, confiável e econômico. Não requer o 
uso obrigatório de posicionador para operar em sistema de controle modulado. O 
posicionador consiste de um dispositivo que ajusta o atuador e a haste da válvula a uma 
determinada posição em função do sinal de pressão de carga. 
A sua principal desvantagem é a da limitação da força de atuação, pois devido ao 
diafragma, os níveis de pressão de carga não podem exceder 50 ou 60psig, o que de fato 
limita a sua aplicação em determinados tipos de válvulas que exigem uma elevada força de 
atuação como é o caso das válvulas rotativas, ou ainda em casos de pressões extremamente 
altas mesmo se tratando de válvulas de deslocamento linear. Nesses casos o atuador 
pneumático à mola e diafragma deixa de ser uma escolha conveniente, podendo-se tornar 
excessivamente onerosa a sua utilização em tamanhos superdimensionados. 
 
 
 
 
 
142 
 
8.2.3. Atuador Pneumático Tipo Pistão 
 
O atuador pneumático tipo pistão, embora não muito utilizado nas válvulas de 
deslocamento linear em relação ao tipo á mola e diafragma, tem apresentado uma crescente 
tendência de uso junto às válvulas tipo rotativas. Apresenta como principal vantagem em 
relação ao anterior, uma capacidade de operação em níveis superiores de pressão de carga 
(e, portanto, uma produção de maior força de atuação), uma maior capacidade e ainda uma 
maior velocidade de resposta. 
O atuador pneumático tipo pistão, substitui o uso do diafragma flexível por um pistão 
metálico, fato esseque lhe possibilita operar em níveis de pressão de carga superiores. 
São dois tipos básicos de atuadores a pistão, dependendo do tipo de válvula que irá 
operar. Um, conforme mostra a figura 8.25a, destina-se á utilização em válvulas de 
deslocamento linear como a globo, enquanto que na figura 8.25b vê-se o tipo utilizado para 
acionar válvulas de deslocamento rotativo, como a borboleta e esfera. 
 
Figura 8.25 – Atuadores pneumáticos tipo pistão 
 
As principais desvantagens deste atuador em relação ao à mola e diafragma, residem 
na necessidade do uso do posicionador, caso a válvula seja utilizada em serviços de 
controle modulado e na ausência de recursos próprios para a obtenção da posição de 
segurança da válvula, em caso de falha de suprimento de energia. Neste tipo de atuador, ao 
contrário do anterior para se obter a posição de segurança por falha, necessita da adaptação 
de uma mola de retorno, ou então de um sistema auxiliar externo de armazenamento de 
energia. 
 
 
143 
 
8.2.4. Atuador Elétrico 
 
Os atuadores elétricos utilizados em alguns tipos de situações de processo, 
geralmente consistem de um motor elétrico com um conjunto de engrenagens, que lhe 
possibilitam a capacidade de uma elevada faixa de torque de saída. 
Este tipo de atuador, mostrado esquematicamente na figura 8.26., embora não muito 
utilizado em controle, oferece amplas vantagens em instalações remotas onde nenhuma 
outra fonte de suprimento seja disponível. O atuador elétrico tanto pode ser utilizado para 
acionar válvulas de deslocamento linear quanto rotativas. 
 
 
Figura 8.26 – Atuadores elétricos 
 
As suas principais desvantagens residem no seu custo excessivo, lenta resposta e na 
falta de posição de segurança em caso de falha de energia de suprimento. 
 
8.2.5. Atuador Eletro-Hidráulico 
 
Este tipo de atuador consiste de um atuador elétrico no qual uma bomba manda óleo 
de altas pressões para um pistão, o qual produz uma força de atuação de altíssimo valor. 
Este tipo de atuador pode ser operado com sinais elétricos de baixo nível, como os de saída 
dos instrumentos eletrônicos, ou seja, da ordem de 24 a 65 Volts DC e 1-5V, 
4-20mA ou 10-50mA. 
 
Figura 8.27 – Esquema de um atuador eletro-hidráulico 
 
Na figura 8.27 vê-se, esquematicamente, o desenho deste tipo de atuador, no qual 
uma bobina é sensibilizada quando sujeita a um sinal de corrente, produzindo um campo 
 
144 
 
magnético, o que faz deslocar uma palheta, obstruindo mais ou menos um bocal através do 
qual escoa óleo a uma alta pressão, indo para o pistão onde produz-se uma elevada força de 
atuação que irá movimentar a válvula de controle. 
O atuador eletro-hidráulico apresenta como os tipos precedentes, vantagens e 
desvantagens. As suas principais desvantagens, fato esse que tem limitado em muito a sua 
utilização, tem sido o seu custo excessivamente alto comparado ao conjunto pneumático à 
mola e diafragma, mais conversor eletro-pneumático necessário, para utilização compatível 
junto à instrumentação eletrônica. Além disso, devido ao fato de necessitar da alimentação 
de óleo para o pistão, este tipo de atuador requer uma fonte de pressão constante o que 
significa alimentação elétrica constante para bombear o óleo para o pistão. Não possui 
posição de segurança inerente, em caso de falha de energia. 
 
8.2.6. Atuador Hodráulico 
 
Os atuadores hidráulicos, assemelham-se bastante aos eletro-hidráulicos e como esses 
devem ser especificados somente em casos de altíssimas forças de atuação quando da 
impossibilidade da utilização de outros tipos de atuadores. No atuador hidráulico, uma 
central hidráulica bombeia fluído hidráulico ao pistão a uma pressão consideravelmente 
lata produzindo-se elevadíssimas forças de atuação. 
 
8.2.7. Posição de Segurança por falha 
 
Define-se posição de segurança por falha de energia de suprimento como sendo a 
posição que a válvula (ou qualquer outro elemento final de controle) deve assumir, fechada 
ou aberta, em caso de falha. A falha tanto pode ser motivada por falha mecânica do atuador 
como falha no sistema de distribuição de energia de suprimento. 
A posição da válvula em caso de falha é uma consideração muito importante a qual 
não pode deixar de ser avaliada e especificada. As posições de segurança possíveis da 
válvula são: fechada e aberta. 
A devida escolha de uma delas deve ser baseada em considerações de segurança do 
processo industrial. Duas generalizações são que em aplicações de aquecimento, a válvula 
deve fechar por falha, enquanto que em aplicações de resfriamento deva abrir. No caso de 
controle de nível estando a válvula de controle na entrada do tanque, posição de segurança 
recomendada seria fechada, e assim por diante. 
Cabe ao usuário escolher corretamente qual a posição de segurança da válvula. 
Existem, entretanto, aplicações onde tanto uma posição quanto outra são igualmente 
seguras. 
O tipo de posição de segurança por falha de uma válvula, pode ser obtido através de 
seleção da ação do atuador, ou ainda, no caso das válvulas globo convencionais, através da 
inversão da ação no próprio corpo. Ou seja, quando se utiliza uma válvula globo, como 
visto anteriormente, verificou-se que existia a possibilidade de inverter a ação da válvula 
no próprio corpo em função de montagem do obturador por cima ou por baixo. Face a isso, 
não há necessidade nesse tipo de válvula da utilização de atuador de ação inversa para se 
obter, por exemplo, a posição de segurança fechada por falha. Pode-se simplesmente 
utilizar um atuador de ação direta e inverter ação no próprio corpo. 
Em outros tipos de válvulas, porém com a globo 3 vias, globo gaiola, diafragma e bi-
partida, por exemplo, para se ter a ação inversa, obrigatoriamente é necessário a utilização 
do atuador inverso, o que produziria a posição de segurança fechada, enquanto que 
utilizando-se do atuador de ação direta, a válvula abriria em caso de falha. 
 
145 
 
Na figura 8.28., vê-se, esquematicamente, as diversas possíveis combinações de 
montagens atuador-corpo para diversas válvulas e as suas respectivas posições de 
segurança por falha. 
 
 
Figura 8.28 – Posições de segurança por falha em função de diversas 
 combinações entre atuador e obturador 
 
No caso dos atuadores, como por exemplo o tipo pistão pneumático, que não 
possuem de forma integral ou inerente meios de possibilitar uma posição de segurança em 
caso de falha, assumem uma posição estacionária permanecendo o pistão na posição que 
estava quando da falha. A posição de segurança somente poderá ser obtida através de rede 
de retorno, ou ainda através da utilização de uma mola de retorno, ou ainda através da 
utilização de um sistema de armazenamento de energia externo conforme mostra a figura 
8.29 onde se vê o esquema do sistema de segurança auxiliar em caso de falha. Nele um 
reservatório de ar comprimido envia ar através da válvula solenóide de 3 vias, fazendo 
operar o pistão em caráter de emergência para a posição predeterminada de segurança. 
 
Figura 8.29 – Sistema de segurança auxiliar em caso de falha 
 
146 
 
8.3. ACESSÓRIOS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE 
8.3.1. Introdução 
 
Aqui serão descritos os principais e mais comuns acessórios de uma válvula de 
controle. Como acessórios pode-se definir, determinados dispositivos que se utilizam na 
válvula para obter determinadas adaptações com o sistema de controle ou sofisticações 
quanto á operação da controlabilidade. 
Os principais tipos de acessórios utilizados são os pocisionadores, válvulas 
solenóides, reguladores de ar, transdutores eletropneumáticos, volantes auxiliares manuais, 
etc. 
Dentre todos, é sem dúvida alguma o posicionador o mais comumente utilizado, 
sendo que em alguns tipos de válvulas, realmentedeixa de ser considerado como acessório 
passando a ser parte integrante da própria válvula. O posicionador pode ser pneumático ou 
eletropneumático. 
 
8.3.2. Posicionador Pneumático 
 
Define-se como posicionador, o dispositivo que transmite pressão de carga para o 
atuador, permitindo posicionar a haste da válvula no valor exato determinado pelo sinal de 
controle. 
Na figura 8.30 vê-se um posicionador pneumático montado numa válvula. 
 
 
Figura 8.30 – Posicionador pneumático montado numa válvula de controle 
 
Um dos maiores enganos é o de julgar, precipitadamente, que uma válvula de 
controle com posicionador venha a desempenhar a sua função de melhor forma. Isto pode, 
talvez, acontecer porém a afirmação é duvidosa. A sua utilização nas válvulas, que não 
precisam obrigatoriamente de seu uso, deve ser criteriosa, pois às vezes o controle torna-se 
mais estável e com melhor desempenho sem a utilização do posicionador na válvula. Isto 
se deve ao fato de que, sendo o posicionador um elemento que contribui com uma 
constante de tempo adicional à malha de controle, torna-se um pouco mais difícil o ajuste 
global para um desempenho dinamicamente estável. Um posicionador opera 
 
147 
 
adequadamente quando o seu tempo de resposta junto com a válvula é muito mais rápido 
que o do processo. 
 
8.3.2.1. Princípio de Funcionamento do Posicionador Pneumático 
 
A análise de como funciona um posicionador pneumático pode ser feita com o 
auxílio do esquema da figura 8.31. 
Na figura 8.31a, observa-se uma válvula que é operada diretamente por um 
controlador. 
 
 
Figura 8.31 – Esquema de uma válvula operando: a) Sem posicionador 
 b) Com posicionador 
 
148 
 
O sinal de saída típico de um controlador pneumático varia de um mínimo de 0psig 
até um máximo de 20psig. A faixa de mola mais comum nas válvulas opera de 3 a 15psig. 
São necessários, portanto, 15psig para comprimir a mola da válvula. A pressão de ar 
excedente a esses 15psig é utilizada para fechar a válvula contra a pressão do fluído à 
montante. 
Na figura 8.31b vê-se, esquematicamente, a mesma válvula, porém, operada 
diretamente por um posicionador intercalado entre o controlador e a válvula. O sinal de 
saída do controlador, neste caso, vai para a entrada do posicionador ao invés de ir para a 
válvula como nos esquema da figura 8.31a. O posicionador então compara o sinal que 
recebe do controlador com a posição da haste da válvula através do seu braço de 
realimentação. Se a haste não está corretamente posicionada, então ele manda para o 
atuador mais ar (ou retira mais ar) até que acuse a correta posição da haste. 
Um acompanhamento de forma mais detalhada do seu funcionamento pode ser feito 
através do esquema da figura 8.32. 
 
Figura 8.32 – Esquema do princípio de funcionamento do posicionador pneumático 
 
Ao aumentar o sinal de saída do controlador entrando no posicionador, atua-se sobre 
um fole, expandindo-o e fazendo com que a palheta obstrua ainda mais o bocal. 
Conseqüentemente o aumento da pressão no bocal faz deslocar o diafragma do relê, 
abrindo a válvula interna de alimentação e desta forma faz com que a pressão sobre o 
diafragma do atuador da válvula aumente, e este mova a sua haste para baixo. O 
posicionamento, da haste é verificado por meio de um excêntrico que envia a informação 
correta da posição da haste à palheta, fazendo-a afastar-se do bocal. A pressão no bocal 
diminui e a válvula de alimentação do conjunto do relê fecha para evitar qualquer aumento 
posterior na pressão de saída. O posicionador está outra vez em equilíbrio, porém, a uma 
pressão de instrumento (pressão de saída do controlador) maior e uma nova posição da 
haste do atuador. Caso a pressão de saída do controlador diminua ocorre o mesmo processo 
de forma inversa. 
 
149 
 
 
8.3.2.2. Aplicações Recomendadas para a Utilização do Posicionador 
 
São, basicamente, os seguintes motivos da necessidade da utilização de um 
posicionador numa válvula de controle. 
 
• Para compensar a força gerada pelo atrito: Nas aplicações em processos de alta 
pressão ou aplicações outras onde a gaxeta esteja bastante apertada para evitar 
vazamentos, há o surgimento de um atrito considerável contra a haste, produzindo-se 
uma histerese e tempo morto maior que o limite normalmente aceito. Nesse caso, 
aconselha-se a utilização de um posicionador para enviar maior volume de ar, 
compensando o atraso na resposta da válvula devido ás excessivas forças de atrito nas 
gaxetas. 
 
• Para aumentar a força de assentamento nas válvulas tipo sede simples: Uma 
aplicação comum é a de utilização de um posicionador, com pressão de alimentação 
de 35psig, numa válvula tipo sede simples. Se usarmos uma mola com faixa 3-
15psig, os primeiros 15psig enviados pelo posicionador serão suficientes para 
comprimir a mola. Os restantes 20psig, são disponíveis para produzir uma maior 
força de assentamento do obturador contra a sede, vencendo a força estática de 
desequilíbrio do fluído, atuando contra o obturador com posição totalmente fechada. 
 
• Para aumentar a velocidade de resposta da válvula: Se uma válvula de controle for 
operada diretamente por um controlador pneumático, a velocidade de operação da 
válvula depende de: a) distância entre controlador à válvula; b) volume do atuador e, 
c) capacidade do relê do controlador. 
Ao se utilizar um posicionador na válvula, o sinal do controlador indo diretamente ao 
posicionador, e este não requer um volume de ar muito grande, evita-se o transporte 
de grandes quantidades de ar entre o controlador e o posicionador. Isso faz aumentar 
a velocidade de resposta da válvula. Geralmente, o relê piloto do posicionador possui 
uma área de passagem maior que a do controlador e, portanto, o ar do posicionador 
para a válvula desloca-se mais rapidamente e em maior volume obtendo-se, assim, 
também, maior velocidade na resposta da válvula. 
 
• Para permitir uma operação de faixa dividida (“splitrange”): Às vezes é desejável 
operar uma válvula de controle, utilizando-se apenas de uma parte da faixa do sinal 
de saída do controlador. Isto pode ser realizado se especificarmos um posicionador 
para esta utilização particular. Um arranjo comum é o de ter uma válvula e um 
posicionador operando sobre 3 a 9psig de sinal de saída do controlador, enquanto que 
outra válvula e posicionador opera sobre 9 a 15psig de saída do mesmo controlador. 
 
• Para inverter a ação da válvula: Um posicionador cuja pressão de ar de saída 
aumenta conforme aumenta o sinal de entrada, é denominado de posicionador de 
ação direta. Um posicionador cujo sinal de saída diminui conforme aumenta o sinal 
de entrada, é denominado de posicionador de ação inversa. A mudança da ação do 
posicionador é facilmente realizado no próprio campo. 
 
• Para modificar a característica de vazão da válvula: A maioria dos posicionadores 
são lineares, isto é, eles mudam a posição da haste da válvula linearmente em relação 
à pressão de saída do controlador. Contudo, alguns posicionadores possuem meios, 
geralmente um excêntrico, de mudar essa relação linear, e portanto, alteram a 
característica de vazão da válvula, como também, o seu ganho que são afetados pelo 
formato do excêntrico. 
 
150 
 
• Para aplicações de banda larga proporcional: Quando a válvula deve responder a 
variações muito pequenas na pressão de ar (menos do que 0,25psig), é recomendada a 
utilização de um posicionador. 
 
• Natureza do meio fluído: Se o fluído do processo tende a grudar ou aglomerar-se nas 
partes da válvula de controle provocando um aumento do atrito entre as partes 
móveis, o uso do posicionador é recomendado para proporcionar força adicional 
necessária para vencer esses atritos.Um posicionador, contudo, não pode corrigir um mau desempenho, quando: 
 • A válvula de controle é super ou subdimensionada; 
 • O controlador possue uma excessiva banda morta e histerese; 
• A resposta dinâmica do sistema completo de um controle é muito lenta para 
 satisfazer os desejados requisitos do processo que está sendo controlado. 
 
8.3.3. Posicionador Eletro-Pneumático 
 
De função similar ao posicionador pneumático, este posicionador diferencia-se do 
anterior pelo fato de aceitar um sinal de entrada elétrico, normalmente analógico. 
 
8.3.3.1. Princípio de Funcionamento do Posicionador Eletro-pneumático 
 
Na figura 8.33 mostra-se esquematicamente o seu principio de funcionamento. 
 
 
Figura 8.33 – Esquema do princípio de funcionamento do posicionador 
 eletro-pneumático 
 
 Uma força eletromotriz é produzida quando um sinal elétrico é introduzido na 
bobina do motor. Esta força tem que ser balanceada por uma mola que é defletida pelo 
movimento da haste da válvula. Um aumento do sinal, temporariamente, inclina uma 
palheta que obstrui um bocal de ar, resultando daí, um aumento no sinal de ar, o qual, por 
sua vez, depois de ser amplificado num relê, move a haste do atuador até a posição 
desejada. A variação na posição da haste faz aumentar a tensão na mola de realimentação 
até que a força eletromotriz de bobina seja balanceada. 
 
151 
 
8.3.4. Válvulas Solenóides 
 
A sua utilização principal é em aplicações de controle biestável, pilotando uma 
válvula de controle pneumático, conforme pode ser visto através do esquema mostrado na 
figura 8.34. 
 
 
Figura 8.34 – Esquema da utilização da válvula solenóide de 3 vias para atuar numa 
válvula de controle pneumática, em controle biestável 
 
A válvula solenóide também pode ser instalada em aplicações de controle modulado, 
para serviço de emergência, como podemos acompanhar pela figura 8.35. 
 
 
Figura 8.35 - Esquema da utilização da válvula solenóide de 3 vias numa aplicação de 
 emergência, em controle modulado 
 
Neste tipo de aplicação, uma válvula solenóide de 3 vias é instalada entre o 
controlador (ou posicionador) e a válvula de controle, de forma que, normalmente, a saída 
de escape esteja fechada (isto é, estando a válvula solenóide desenergizada, a passagem do 
ar é direta para a válvula de controle). Em casos de necessidade de bloquear a válvula de 
controle, por medida de segurança, um sinal elétrico pode ser adicionado remotamente, 
energizando, instantaneamente, a válvula solenóide e abrindo o escape. Fica assim, a 
válvula de controle sem ar de atuação e devido á força da mola, fecha ou abre rapidamente. 
 
 
152 
 
8.3.5. CHAVES InDICADORAS DE POSIÇÃO 
 
São utilizadas para indicação remota da posição da haste da válvula. Essa indicação 
fornecida pela chave indicadora é do tipo de duas posições, ou seja, possibilita a indicação, 
por exemplo, de válvula fechada e de válvula aberta. São montadas diretamente na torre do 
atuador (caso seja atuador do tipo de deslocamento linear) ou no adaptador (caso seja 
atuador tipo rotativo). 
 
8.3.6. Válvula Fixadora de Ar 
 
È uma válvula auxiliar utilizada em aplicações nas quais seja necessário que a 
válvula mantenha a sua posição caso haja uma queda de pressão de ar de suprimento 
central da planta. 
 
8.3.7. Transmissor de Posição 
 
O transmissor pneumático de posição é um dispositivo para indicação continua da 
posição da haste da válvula. É geralmente instalado sobre a torre do atuador, de forma 
similar ao posicionador. Na realidade o transmissor de posição é uma adaptação do 
posicionador. Através do braço de realimentação, ele sente a posição da haste da válvula e 
transmite um sinal pneumático proporcional de 3-15psig a um indicador instalado em lugar 
remoto. 
 
8.3.8. Transdutores Eletro-pneumáticos 
 
Estes dispositivos convertem o sinal elétrico da saída de um controlador eletrônico, 
em sinal pneumático compatível com o atuador pneumático da válvula de controle. Este 
transdutores tanto podem ser corrente para pressão (I/P), ou voltagem para pressão (E/P). 
O sinal de entrada de corrente é aplicado a um eletroímã. O campo magnético criado e a 
corrente produzem uma força que desloca a palheta alterando a posição relativa entre 
palheta e o bocal. Isso faz aumentar ou diminuir a pressão no bocal, aumentando ou 
diminuindo o sinal de pressão para a válvula de controle. 
 
8.3.9. Conjunto Filtro-Regulador de Ar 
 
Talvez um dos acessórios mais comuns seja o filtro-regulador de ar (figura 8.36), que 
é uma válvula reguladora de pressão de ar, do tipo auto-operada, de pequenas dimensões e 
alta capacidade, com filtro de ar integral. 
 
Figura 8.36 – Conjunto filtro e regulador de ar 
 
153 
 
A sua máxima capacidade de ar é ao redor de 20SCFM. A sua função é a de fornecer 
ar limpo, à uma pressão constante compatível com os limites de alimentação dos 
posicionadores, “booster´s”, etc. 
 
8.3.10. Volantes Manuais 
 
Trata-se de um acessório amplamente utilizado na linha de válvulas de deslocamento 
linear da haste. Na maioria das válvulas rotativas, o volante já faz parte da válvula não 
sendo considerado como acessório adicional propriamente dito. O volante manual é 
utilizado para possibilitar uma operação manual de válvula de controle, no caso de falta de 
ar. 
Existem dois tipos de volantes, conforme a sua instalação na válvula: de topo, 
conforme mostrado na figura 8.37, consiste na adaptação de um volante no tampo superior 
do diafragma. 
 
 
Figura 8.37 – Volante manual de topo 
 
O volante manual tipo montagem lateral, conforme ilustrado pela figura 8.38, é 
adaptado à torre do atuador agindo diretamente sobre a haste da válvula. Costuma-se, 
normalmente, a utilizar este tipo de montagem nas válvulas de grande diâmetro, em função 
da sua altura o que tornaria bastante difícil a operação manual, caso a válvula tivesse 
volante de montagem tipo de topo. 
 
 
Figura 8.38 – Volante manual lateral 
 
154 
 
8.4. CARACTERÍSTICAS DAS VÁLVULAS DE CONTROLE 
O desenvolvimento de válvulas com características especiais de vazão tem sido 
comandado, até hoje, por considerações práticas. Estas características dividem-se em dois 
tipos básicos: 
• Características de vazão obtidas matematicamente, que incluem a característica 
linear e a de igual percentagem; 
• Características de vazão resultantes de várias construções básicas, que incluem a 
característica parabólica modificada e a de abertura rápida. Outros sistemas 
(válvulas borboletas, Saunders, de três vias, gavetas, etc.) encaixam-se nesta 
classificação. 
 
8.4.1. Característica Linear 
 
A característica linear é mostrada na figura 8.39. A relação entre a abertura da 
válvula e a vazão, com queda de pressão constante, é plotada como uma linha reta. A 
expressão matemática é: 
 
 
Onde 
Q = vazão, com queda de pressão constante; 
K = abertura da válvula; 
 Y = constante. 
 
 
Figura 8.39 – Vazão em função do curso linear da válvula 
 
8.4.2. Característica de Igual Porcentagem 
 
Esta característica é mais complexa para definir matematicamente. Olhando a 
documentação dos fornecedores, encontramos uma série de curvas de igual porcentagem 
que diferem pelo valor da vazão inicial (figura 8.40). Devemos entender como vazão 
inicial àquela que é produzida quando o obturador se separa da sede. Esta vazão não é 
controlável e não devemos confundi-la com o vazamento existente quando a válvula está 
fechada. 
 
155 
 
 
Figura 8.40 – Características de vazão tipo igual porcentagem 
 
A propriedade comum de todas estas curvas é que iguais incrementos no movimento 
da haste produzem mudançasde igual porcentagem na vazão a uma queda de pressão 
constante, baseada na vazão que existia antes da mudança efetuar-se. Portanto, conclui-se 
que a válvula deixa passar a mesma percentagem de vazão para uma mesma percentagem 
de abertura. 
A expressão matemática da característica de igual porcentagem raramente é usada, 
porque esta característica torna-se uma linha reta quando plotada em coordenadas semi- 
logarítmicas. 
 
8.4.3. Característica Parabólica Modificada 
 
Trata-se de uma característica de vazão intermediária entre linear e a igual porcentagem, 
conforme pode ser visto pela figura 8.41. Não possui uma definição exata pelo fato de ser 
uma característica modificada. 
 
 
Figura 8.41 – Característica de vazão tipo parabólica modificada 
 
156 
 
8.4.4. Característica de Abertura Rápida 
 
Trata-se de uma característica que produz uma máxima variação da vazão através da 
válvula com o mínimo curso. Este tipo de válvula possibilita a passagem de quase que a 
totalidade da vazão nominal com apenas uma abertura de 25% do curso total. Não é 
definível matematicamente e sua curva é mostrada na figura 8.42. 
 
 
Figura 8.42 - Característica de vazão tipo abertura rápida 
 
8.4.5. Características de Válvulas Borboletas 
 
A válvula borboleta geralmente é usada em sistemas de baixa pressão, tal que a perda 
de carga através da válvula na posição aberta torna-se pequena com relação à queda de 
pressão no sistema. Sob tais condições, a característica inerente é severamente alterada. A 
característica é mostrada como uma plotagem de área projetada exposta quando o disco 
gira. 
Muitas válvulas são feitas com fechamento em um ângulo de 12,5° e a abertura total 
a 70° a partir de uma perpendicular à tubulação. Estas duas mudanças fazem com que a 
característica seja aproximadamente linear. 
 
8.4.6. Coeficiente de Vazão – Cv 
 
O uso do coeficiente de vazão, Cv, introduzido em 1944, foi rapidamente aceito 
como sendo o índice universal de capacidade de uma válvula. Este índice provou-se tão 
útil, que hoje em dia praticamente todas as discussões envolvendo projetos e características 
de uma válvula, ou de comportamento de fluxo, utilizam este coeficiente. 
Por definição, o coeficiente de vazão, Cv, "é a quantidade de água a 20°C medida 
em litros, que passa por uma determinada restrição em 1 minuto, com uma perda de carga 
de 4,9 g/cm2". Por exemplo, uma válvula de controle com um coeficiente Cv igual a 12, 
tem uma área efetiva de passagem quando totalmente aberta, que permite o escoamento de 
12 l/min de água com uma pressão diferencial de 4,9 g/cm2. Basicamente, é um índice de 
capacidade com o qual o tamanho requerido é capaz de estimar rápida e precisamente o 
tamanho requerido de uma restrição em um sistema de escoamento de fluidos. 
 
 
 
157 
 
8.5. OUTROS TIPOS DE ATUADORES 
8.5.1. Válvulas Reguladoras de Pressão Auto-Operadas 
 
O que são Válvulas Auto-Operadas? 
São válvulas que, através da utilização de princípios mecânicos e pneumáticos, 
reduzem a pressão de entrada da válvula (variável ou não) para uma pressão de saída 
constante, previamente ajustada, dentro de determinadas faixas de vazão. 
 
8.5.1.1. Princípio Básico de Funcionamento 
 
São baseadas no princípio do equilíbrio de forças. A pressão a ser controlada é 
transmitida à válvula auto-operada através de uma tomada instalada na tubulação à jusante. 
Em alguns tipos de válvulas, esta transmissão da pressão a ser controlada é feita 
internamente no próprio corpo da válvula (figura 8.43). 
Desta forma, podemos ver a existência de duas formas de transmissão da pressão a 
ser controlada: válvulas com tomada sensora externa e válvulas com tomada sensora 
interna (pilotados e auto-operados). 
 
 
Figura 8.43 – Válvula auto-operada 
 
A pressão a ser controlada é transmitida pela tomada sensora à parte inferior do 
atuador da válvula, atuando na parte inferior do diafragma sendo comparada com a força 
que a mola de regulagem (colocada na parte superior do atuador) exerce na parte superior 
do diafragma. 
Quando a pressão à jusante da válvula exercer uma força na parte inferior do 
diafragma superior à exercida pela mola de regulagem, a válvula tende a fechar, ocorrendo 
o processo inverso quando a força exercida pela mola de regulagem for superior à exercida 
pela pressão à jusante atuando na parte inferior do diafragma. 
O ajuste da pressão a ser controlada é feito através do parafuso seletor de pressão, 
que regula a tensão da mola. 
 
 
158 
 
8.5.1.2. Outras Versões de Válvulas Reguladoras 
 
• Válvula Reguladora de Pressão à Montante 
 
Também denominadas válvulas de alívio de pressão, estas válvulas têm a função de 
manter constante a pressão a montante. Baseiam-se no mesmo princípio de funcionamento 
das válvulas reguladoras de pressão tradicionais, sendo que, nestas válvulas, a tomada 
sensora transmite a pressão a montante a ser controlada até o atuador da válvula. Quando a 
pressão a montante da válvula exercer uma força superior à exercida pela mola de 
regulagem, a válvula tende a abrir, ocorrendo o processo inverso quando a pressão a 
montante for inferior. Podemos, então, observar que este tipo de válvula é do tipo fechada, 
ou seja, necessita de pressão para promover a sua abertura. 
 
• Válvulas Reguladoras tipo "zero" 
 
São válvulas reguladoras que controlam a pressão à jusante próxima da pressão 
atmosférica. É uma válvula normalmente fechada, devido à existência de uma mola de 
fechamento sendo sua abertura promovida quando da existência de vácuo à jusante da 
válvula, que atua sobre a parte inferior do diafragma principal, garantindo que a pressão à 
jusante da válvula se estabilize em valores próximos da pressão atmosférica. 
 
• Válvulas Reguladoras de Pressão Piloto Operada 
 
O funcionamento destas válvulas é similar ao das válvulas reguladoras de pressão 
tradicionais, porém, ao invés de se utilizar uma mola helicoidal de regulagem, utiliza-se 
uma câmara pressurizada, conforme descrito abaixo. 
A pressão a ser controlada é transmitida à parte inferior do atuador através da tomada 
sensora (Interna ou Externa), atuando na parte inferior do diafragma. Esta pressão exercida 
sob o diafragma gera uma força que deverá ser comparada com a força exercida pela 
pressão de pilotagem (seja esta através de suprimento externo ou mesmo pelo próprio 
fluido do processo) atuando na parte superior do diafragma. 
Quando a pressão à jusante da válvula exerce uma força na parte inferior do 
diafragma, superior à exercida pela pressão de pilotagem (mola de fluído de processo), a 
válvula tende a fechar, ocorrendo o processo inverso quando a força exercida pela pressão 
de pilotagem for superior à exercida pela pressão à jusante atuando sob o diafragma. O 
ajuste da pressão a ser controlada é feito através do regulador piloto que regula a pressão 
de pilotagem ("tensão da mola do fluído"). 
Estas versões de válvulas pilotadas podem ser dotadas ou não de molas helicoidais de 
fechamento, que, como o próprio nome indica, promovem o fechamento da válvula no caso 
de ocorrer um rompimento do diafragma. A figura 8.44 mostra tipos de válvula 
reguladoras piloto operadas. 
Figura 8.44 – Válvulas reguladoras de pressão piloto operadas 
 
159 
 
8.5.2. Válvulas de Segurança 
 
São válvulas destinadas a aliviar excesso de pressão nos mais variados processos 
industriais e, em outros casos, a bloquear um vazamento para o meio. São válvulas de 
acionamento rápido para fechamento ou abertura, visando proteger o processo ou o meio 
onde estaria pondo em risco os operadores ou mesmo uma comunidade. 
Em alguns casos, quando uma válvula desta é acionada e o processo volta a situação 
de normalidade, a válvula volta a assumir sua situação inicial, visando protegero sistema 
para o qual ela foi dimensionada. Em outros sistemas mais críticos, a válvula retém as 
situações de segurança, sendo necessária a interferência do operador para rearmá-la, a fim 
de proteger novamente o sistema para o qual ela foi dimensionada. Os seus mecanismos 
são enquadrados nos descritos acima, principalmente nas válvulas auto-operadas. A figura 
8.45 ilustra detalhes de algumas configurações de válvulas de segurança. 
 
 
Figura 8.45 – Válvulas de segurança 
 
8.5.3. Atuadores de Console 
 
São unidades pneumáticas de força que fornecem controle remoto de regulação 
através de articulações mecânicas. Estes atuadores (figura 8.46) de pistão respondem 
proporcionalmente ao sinal de 3 a 15psig vindo dos conversores E/P. Estes atuadores são 
equipados para rápida comutação de automático para operação manual direta. 
 
 
 
 
Figura 8.46 – Exemplos de atuadores de console 
As figuras 8.47 e 8.48 ilustram mais detalhes de atuadores de console. 
 
160 
 
 
 
 
Figura 8.47 - Atuador dos Ventiladores Forçados e Induzidos 
 
 
 
Figura 8.48 – Detalhes de construção 
 
 
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9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
MOLLENKAMP, Robert A. Controle Automático de Processos. Ebras Editora 
 Brasileira, São Paulo - SP, 1988. 
 
SILVA, Adieci V. Apostila de Instrumentação e Controle. Série Material Didático, 
 SENAI, Florianópolis – SC, 2001. 
 
Apostila: Curso de Termometria. Centro de Treinamento da ECIL – Produtos e 
 Sistemas de Medição e Controle, São Paulo – SP 
 
Apostila de Instrumentação. Curso de Operadores de Usinas Termelétricas – 
 ELETROSUL, Florianópolis – SC, 1986. 
 
Manual de Treinamento de Válvulas de Controle. HITER – Indústria e Comércio de 
 Controle Termo-Hidráulicos Ltada