Instrumentação-20170914T211603Z-001

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Instrumentação/Instrumentação Ambev/11 Referˆncias Bibliogr ficas-AMBEV.pdf
Instrumentação
SENAI168
Referências Bibliográficas
SENAI, Antônio Souza Noschese. Instrumentação Básica - C Especial. Santos, SP
SENAI, Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini – Instrumentação. Campinas, SP
METROVAL. Medidores Mássicos Coriolis. Nova Odessa, SP
Instrumentação/Instrumentação Ambev/10 Controle Automatico-AMBEV.pdf
Instrumentação
Controle Automático de Processo148
Controle Automático
Noções Básicas do Controle Automático
Princípios Básicos do Controle Automático
Controle Manual
A figura mostra o processo típico sob controle de um humano. O serviço do operador é
sentir a temperatura da água quente de saída e girar o volante da válvula de maneira a
manter a temperatura da água no valor desejado. Supondo-se que o processo esteja
equilibrado e que a temperatura da saída da água esteja no valor desejado, o que
acontecerá a este sistema manual se houver um aumento da vazão da água?
Processo de troca de calor em controle manual.
O sistema de controle e o processo juntos formam uma malha de controle fechada
(representada pela linha tracejada) Devido aos atrasos de tempo do processo, um
certo lapso de tempo vai se passar antes que a água mais fria atinja a mão esquerda
do operador. Quando o operador sente esta queda da temperatura, ele deve compara-
la com a temperatura que deseja, a seguir computar mentalmente quanto a qual
Instrumentação
Controle Automático de Processo 149
direção à válvula deve ser reposicionada e, manualmente, efetuar esta correção na
abertura da válvula.
É necessário um certo tempo, naturalmente, para tomar esta decisão e corrigir a
posição da válvula. Um certo tempo vai se passar também para que o efeito na
correção da válvula sobre a temperatura de saída de água chegue até a saída e possa
ser sentida pelo operador.
É só neste momento que o operador será capaz de saber se a primeira correção foi
excessivamente pequena ou grande. Neste momento, ele faz então uma segunda
correção que, depois de algum tempo, proporcionará uma outra mudança na
temperatura de saída. O resultado desta segunda correção será observado e uma
terceira correção será feita, e assim por diante.
Esta série de ações de medição, comparação, computação e correção irá ocorrer
continuamente através do operador e do processo em uma cadeira fechada de ações,
até que a temperatura seja finalmente equilibrada no valor desejado pelo operador.
Este tipo de controle é chamado malha de controle fechada ou cadeia de controle
fechada.
O circulo tracejado na figura da pagina anterior mostra a direção e o caminho desta
série fechada de ações de controle. Este conceito de malha fechada é fundamental
para a compreensão de controle automático.
Controle em Malha Fechada
A correção a um distúrbio não pode ser feita antes que o efeito do distúrbio seja
conhecido. Mas os atrasos de tempo do processo retardam o conhecimento do efeito
do distúrbio. Por outra, é necessário um certo tempo para avaliar o desvio e fazer a
correção. Depois ainda mais tempo será necessário, devido aos atrasos de tempo,
para que o efeito da correção seja conhecido. Assim sendo, a variável controlada
continua a desviar do valor desejado durante um certo tempo. Em resumo, o problema
de controle é sobrepujar o efeito dos atrasos de tempo que ocorrem ao longo da malha
fechada de controle.
A figura da próxima pagina mostra as curvas de tempo de reação do processo
monocapacitivo. A cura “a” mostra a temperatura da água quente; a curva “b” mostra
as aberturas da válvula de vapor. Deve ser salientado que o processo não está em
controle automático.
Instrumentação
Controle Automático de Processo150
No tempo zero, ocorre uma mudança de carga de demanda, causada pelo aumento da
vazão de água quente. A curva “a” mostra como reage a temperatura. No tempo 2 a
curva “b” (linha cheia) mostra uma correção exata de alimentação feita pela válvula de
vapor.
A curva “a” mostra como a temperatura volta ao seu valor inicial depois de um certo
tempo. Mas a correção exata não foi aplicada no instante da aplicação da mudança de
carga, a temperatura desviou muito do valor desejado. Em qualquer processo
possuidor de atrasos de tempo, as correções exatas não podem ser aplicadas
simultaneamente com as mudanças de carga de demanda devido ao fato que os
atrasos de tempo impedem o conhecimento do efeito do distúrbio por algum tempo.
Uma vez que todos os processos têm atrasos de tempo, de maior ou menor
importância, esta situação é típica do problema geral do controle automático.
Excesso de Correção
No exemplo da figura, se a válvula de vapor tivesse sido completamente aberta no
tempo 2, o vapor teria sido alimentado em grande excesso comparado com a correção
exata e a temperatura teria voltado ao seu valor inicial muito mais rapidamente. A
curva tracejada Y mostra como um excesso de correção é aplicado no tempo 2
reduzido a correção exata no momento que a temperatura retomou ao seu valor inicial.
A curva tracejada mostra que este excesso de correção faz voltar a temperatura ao
seu valor inicial de um tempo T mais cedo comparado com o efeito da correção exata
apenas.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 151
Assim sendo, um excesso de correção aplicado e retirado corretamente faz voltar a
variável ao seu desejado mais rapidamente que a correção exata somente teria feito.
A energia que foi fornecida em excesso é representada pela área hachurada em baixo
da curva Y. Conclui-se que um controlador capaz de fornecer uma curva de reação
parecida com a curva X é melhor do que produz a curva “a”.
Assim a função desejável do controlador é de aplicar correções excessivas tão
grandes quanto o processo permitir e reduzi-las ao seu valor no tempo correto.
Este excesso de correção permite ao controlador recuperar parcialmente as perdas de
tempo devido aos atrasos ao longo da malha de controle. Em outras palavras, os
excessos de correção fornecem uma solução parcial básico do controle.
Os excessos de correção não podem ser aplicados em processos de capacitâncias
muito pequenas, como no caso da maioria dos problemas de controle de relação de
vazão.
Funções Básicas do Controle
No processo controlado manualmente da 1a. figura, o operador mede a temperatura,
compara-a com o seu valor desejado, computa o quanto deve ser aberta a válvula de
vapor. Assim, as funções básicas efetuadas pelo operador manual são:
a. Medição
b. Comparação
c. Computação
d. Correção
Estes são, então, as funções básicas do controle a serem efetuadas por qualquer
sistema de controle automático para ser comparável a função do operador humano.
Elementos do Controle Automático
Os elementos funcionais de um sistema de controle automático e seu posicionamento
com relação a malha de controle fechada são mostrados na figura abaixo. A
comparação da figura abaixo com a 1a.figura mostra que o controle automático efetua
as mesmas funções básicas, na mesma ordem, que faz o operador humano de um
processo.
Os elementos de medição efetuam a função de medição; sentem e avaliam uma
variável de saída com seu valor desejado é feita pelo detector de erro, que produz um
Instrumentação
Controle Automático de Processo152
sinal quando existe um desvio entre o valor medido e o desejado. Este sinal tem uma
certa relação com o desvio que é a chamada função de computação.
Relação das quatro funções básicas de controle e dos elementos básicos
de um
sistema de controle automático.
A função de correção de uma entrada para o processo é feita pelo elemento final de
controle que é atuado por um servomotor a partir do sinal de erro.
O sistema de controle é então um equipamento sensível ao desvio e auto-corretor. Ele
toma um sinal na saída de um processo e realimenta na entrada do processo. Então, o
controle em malha fechada normalmente chamado controle a realimentação
(Feedback).
Atrasos de Tempo no Sistema de Controle
Os sistemas de controle automático têm atrasos de tempo que podem influir
seriamente no desempenho das malhas de controle. Os mesmos tipos de atrasos,
atrasos RC e o Tempo morto, que são encontrados nos processos, também existem
nos sistemas de controle.
Além disso os atrasos encontrados nos controladores são causados pelas mesmas
propriedades: capacitância, resistência e tempo de transporte.
Ações de Controle
Controle Automático Descontínuo
Os sistemas de controle automático descontínuos apresentam um sinal de controle
que normalmente assume apenas dois valores distintos. Eventualmente, este sinal
poderá ser escalonado em outros valores.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 153
Podemos dispor dos seguintes tipos de sistemas de controle descontínuos:
• de duas posições (com ou sem histerese);
• por largura de pulsos;
• de três posições.
Sistema de Controle Descontínuo de Duas Posições
Num sistema de controle descontínuo de duas posições, o controlador apresenta
apenas dois níveis de saída: alto e baixo (on/off).
Controle Descontínuo de Duas Posições sem Histerese
O sistema mostrado abaixo, exemplifica um controle de duas posições sem histerese.
D - VÁLVULA COM SERVOMOTOR ELÉTRICO (SOLENÓIDE)
A - RESERVATÓRIO AQUECIDO A VAPOR
B - TOMADA DE IMPULSO DE TEMPERATURA (TERMOPAR)
C - CONTROLADOR E INDICADOR DE TEMPERATURA
1 - ENTRADA DE VAPOR (GRANDEZA REGULADORA)
2 - SAÍDA DO LÍQUIDO AQUECIDO (GRANDEZA REGULADA)
3 - SAÍDA DO VAPOR
4 - ENTRADA DO LÍQUIDO A SER AQUECIDO
5 - SERPENTINA DE AQUECIMENTO
TIC
A CD
5
B
1 2
3
4
O elemento controlador tem como função comparar o valor medido pelo transmissor
de temperatura com o valor desejado e, se houver diferença, enviar um sinal ao
elemento final de controle (abrir ou fechar a válvula), no sentido de diminuir o erro.
100
50
0
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
FECHADA
ABERTA
VALOR
DESEJADO
(SET POINT)
V
Á
L
V
U
L
A
Instrumentação
Controle Automático de Processo154
Controle Descontínuo de Duas Posições com Histerese
O sistema a seguir mostra um controle descontínuo de duas posições com histerese.
RESERVATÓRIO
DE AR COMPRIMIDO
PRESSOSTATO
REGISTRADOR
SOLENÓIDE
O reservatório é alimentado com ar comprimido cuja pressão é constante e igual a 1.2
Kgf/cm2. A descarga contínua do reservatório pode ser modificada por meio da válvula
de descarga, de modo a poder simular as variações de descarga do processo. O
elemento de controle (pressostato diferencial), controla uma válvula colocada em série
na entrada do reservatório. Um registrador, cujo gráfico avança com uma velocidade
de 1mm/s, permite registrar as variações da pressão em função do tempo.
O próximo gráfico mostra as variações de pressão ao longo do tempo (A) e o
acionamento da válvula na mesma base de tempo (B).
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
VÁLVULA
ABERTA
FECHADA
kgf/cm 2
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
A
Pf
Pa
Pf
B
Analisando os gráficos A e B, nota-se que nos tempos 1, 2 e 3 (0 a 2,95 min). O
Instrumentação
Controle Automático de Processo 155
pressostato acionou o fechamento da válvula quando a pressão era 0,8 Kgf/cm2 e
abertura da mesma quando a pressão for inferior a 0,5 Kgf/cm2.
A diferença existente entre a pressão necessária para a abertura (Pa) e a pressão para
fechamento (Pf) é chamada zona diferencial ou diferencial de pressão.
Observa-se também que nos tempos 1', 2' e 3' (2,95 a 5,00 min), o diferencial de
pressão é de apenas 0,1 Kgf/cm2.
O diferencial (Pf - Pa), representa a zona dentro da qual o elemento controlador, no
caso o pressostato, não intervém.
Sistema de Controle Descontínuo Por Largura de Pulsos
Num sistema de controle descontínuo por largura de pulso, o controlador apresenta
dois níveis de saída: alto e baixo (on/off) ou ativado e desativado. O tempo de
permanência em nível ativada ou desativada depende da amplitude do erro. O período
do sinal de saída do controlador é constante, veja na figura abaixo.
t
t
ERRO
50%
50%
0%
ELEMENTO FINAL DE
CONTROLE
100%
Sistema de Controle Descontínuo de Três Posições
Num sistema de controle descontínuo de três posições, o controlador pode fornecer
um sinal de saída em três níveis (0, 50 e 100%), definidos em função do comprimento
100
50
0
S
A
ÍD
A
 D
O
C
O
N
T
R
O
LA
D
O
R
(%
)
E2 0 E1
SINAL DE ERRO
(%)
da variável controlada dentro da zona diferencial.
Instrumentação
Controle Automático de Processo156
Os gráficos abaixo, demonstram o comportamento dinâmico da variável controlada e
do sinal de saída do controlador, para um caso hipotético.
E2
0
E1
100
50
0
S
A
ÍD
A
 D
O
C
O
N
T
R
O
L
A
D
O
R
(%
)
ZONA DIFERENCIAL
ATRASO
E
R
R
O
Ep(%)
E1 = Erro máximo positivo
E2 = Erro máximo negativo
No controle mostrado pelo gráfico acima foram definidas as seguintes condições:
Saída do controlador = 100% quando Ep > E1
Saída do controlador = 50% quando E2 < Ep < E1
Saída do controlador = 0% quando Ep < E2
Controle Automático Contínuo
O sistema de controle automático contínuo tem como característica um controlador
cuja saída varia continuamente, isto é, podendo assumir qualquer valor compreendido
entre os limites máximo e mínimo.
TIC
A DD
5
B
1 2
3
4
TT
C
Na figura acima é visto um sistema de controle contínuo.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 157
Naturalmente os controladores e os elementos finais de controle contínuo diferem dos
de um controle descontínuo. Nos sistemas de controle descontínuo, a variável
controlada varia em torno desejado, com oscilações cujas amplitude e frequência
dependem das características do processo e do próprio sistema de controle.
Nos sistemas de controle contínuo, a variável controlada não oscila, mas se mantem
constante no set-point.
Característica de um Controlador Contínuo
Basicamente um controlador contínuo é composto por um conjunto de blocos
conforme mostrado na figura abaixo.
COMPARADOR
TRATAMENTO
DO
OFF SET
SINAL DE ERRO
OFF SET
SINAL DE
CORREÇÃO
VP
SP
Onde:
COMPARADOR = Tem como função gerar um sinal de erro proporcional a diferença
instantânea entre a variável e set-point.
TRATAMENTO = Tem como a função processar o sinal de erro (off-set).
DO OFF-SET gerando um sinal de correção.
Dependendo da forma como o sinal de erro (off-set) é processado, podemos dispor de
um sistema de controle contínuo subdividido em:
• Controle Proporcional
• Controle Proporcional + Integral
• Controle Proporcional + Derivativo
• Controle Combinado
Controle Proporcional
O modo
de controle proporcional pode ser considerado como uma evolução do modo
de controle de duas posições.
A saída de um controlador proporcional pode assumir qualquer valor desde que
compreendido entre os limites de saída máxima e mínima, em função do erro (off-set)
verificado.
A ação proporcional apresenta uma relação matemática proporcional entre o sinal de
saída do controlador e o erro (off-set). Portanto, para cada valor de erro, temos um
Instrumentação
Controle Automático de Processo158
único valor de saída em correspondência figura abaixo.
TEMPO
V
A
R
IÁ
V
E
L
 D
E
 P
R
O
C
E
S
S
O
Na figura abaixo, é mostrado um diagrama de blocos de um controlador proporcional:
BLOCO
GERADOR DE
OFF SET SOMADOR
AMPLIFICADOR
OFF SET
AÇÃO
PROPORCIONAL
POLARIZAÇÃO
SAÍDA
VP
SP
Matematicamente, pode-se expressar a ação proporcional, como:
S = Po ± (G x E)
onde:
S = Sinal de saída
Po = Polarização do Controlador, isto é, sinal de saída para erro nulo
G = Ganho, isto é, constante de proporcionalidade entre o erro e o sinal de saída
E = Off-set (erro), isto é, diferença entre a variável controlada e o set-point
Banda Proporcional
A faixa de erro (como no gráfico anterior a faixa A ou B), responsável pela variação de
0 a 100% do sinal de saída do controlador, é chamada BANDA PROPORCIONAL
(BP).
Pode-se definir também como sendo o quanto (%) deve variar o off-set (erro), para se
ter uma variação total (100%) da saída.
A relação existente entre ganho e banda proporcional é:
BP = 100
 G
Instrumentação
Controle Automático de Processo 159
O gráfico a seguir mostra a característica da banda proporcional:
63 9 12 15
6
3
9
12
15
0 25 50 75 100
0
25
50
75
100
Pe
psi
psi%
%
Ps
xp
 =
 1
00
%
xp
 =
 5
0%
xp 
= 2
00%
Observe que se a banda proporcional é inferior a 100%, (no caso 50%), para se obter
uma variação total de saída não é necessário que o off-set varie 100% (no caso 50%
já é suficiente). Se a banda proporcional é superior a 100% (no caso 200%), a saída
teoricamente nunca irá variar totalmente, mesmo que o off-set varie toda a faixa
(100%). Caso o valor do erro ultrapasse a faixa da banda proporcional, o sinal de
saída saturará em 0 ou 100%, dependendo do sinal de erro.
O valor de Po é normalmente escolhido em 59% da faixa de saída, pois desta forma o
controlador terá condição de corrigir erros tanto acima como abaixo do set-point.
Cálculo da Saída de um Controlador P
Observe a malha mostrada abaixo:
RESERVATÓRIO
DE AR
CONSUMO
ALIMENTAÇÃO
PIC
PT
Instrumentação
Controle Automático de Processo160
Supondo que a faixa de medição PT seja 0 a 10 Kgf/cm2, e a pressão no reservatório
seja 5 Kgf/cm2, a saída do controlador (SPIC) estará em 50%.
Num dado momento, a pressão do reservatório aumenta para 6 Kgf/cm2 (60% da
faixa), o que acontecerá com a saída do controlador sabendo-se que o mesmo possui
banda proporcional = 125%?
Para responder esta questão, inicialmente deve-se analisar a malha como um todo,
observando que será necessário fechar a válvula para que a pressão no reservatório
volte o set-point 50%. Sabendo-se que o elemento final de controle (válvula) fecha a
sua passagem com o aumento do sinal aplicado em si (válvula do tipo AFA "Abertura
por Falta de Ar"), portanto o sinal de saída do controlador para a válvula deverá
aumentar.
Sendo assim, neste exemplo quando a variável de processo for maior que o set-point,
ou seja, um erro (off-set) positivo, a saída do controlador deve aumentar, o que
caracteriza AÇÃO DE SAÍDA DIRETA.
Quando o off-set positivo (VP > SP) e o controlador necessitar diminuir a sua saída,
esta situação caracteriza uma AÇÃO DE SAÍDA REVERSA.
Resumindo:
AÇÃO DIRETA
 Off-set mais Negativo → Saída diminui
 Off-set mais Positivo → Saída aumenta
AÇÃO REVERSA
 Off-set Negativo → Saída aumenta
 Off-set Positivo → Saída diminui
Voltando ao problema anterior, pode-se agora calcular a saída do controlador, pois:
Po = 50%
E = VP - SP = 60% - 50% = 10%
G = 100 = 100 = 0,8
 BP 125
Ação de Saída = Direta
 S = 50 + (0,8 x 10) = 50 + 8 = 58%
SPIC = 58% = 9,96 PSI
Pode-se ainda calcular a saída utilizando as unidades da faixa de instrumentação,
como por exemplo 3 a 15 PSI, sendo
S = 9 + (0,8 x E) PSI
onde: E = VP - SP = 10,2 (60%) - 9 = 1,2 PSI
Instrumentação
Controle Automático de Processo 161
 S = 9 + (0,8 x 1,2) = 9 + 0,96 = 9,96 PSI
 SPIC = 9,96 PSI (58%)
Obs.: Nunca calcule o erro em % e depois converta em PSI. Calcule o erro
diretamente em PSI.
Controle Proporcional + Integral
Os controladores com ação Integral (Controle com Reset) são considerados de ação
dinâmica pois a saída dos mesmos é uma função do tempo da variável de entrada.
A saída de um controlador com ação integral é proporcional à integral do erro ao longo
do tempo de integração, ou seja, a velocidade da correção no sinal de saída é
proporcional a amplitude do erro. Enquanto houver erro, a saída estará aumentando
ao longo do tempo.
A figura abaixo mostra a variação do sinal de saída (PS) de um controlador
pneumático, em função do tempo, supondo que o Set-Point seja em 50% e o sinal de
entrada (Pe) do controlador varie em degrau passando de 9 PSI (50%) para 10 PSI
(58%).
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40
Tv
1psi
1psi
Ps
Pe
C
D
min
t
Pe-Ps
Observe que a saída do controlador Ps (linha pontilhada), aumenta instantaneamente
em t=0 (momento que acontece um degrau na entrada do controlador) de 9 a 10 PSI e
depois vai aumentando, com velocidade constante, enquanto dura o degrau imposto
na entrada do controlador. Esta variação em forma de rampa provocada pela ação
integral.
O tempo Tv é o tempo necessário para que a saída do controlador (Ps) devido a ação
integral tenha variado a mesma quantidade que devido a ação proporcional a saída
variou no instante t=0, ou seja, no exemplo mostrado no tempo t=0 a saída variou em
1 PSI a após decorrido Tv a saída mais 1 PSI.
Neste exemplo, Tv = 1,2 min. A este tempo Tv é dado o nome de Tempo Reset e é
expresso em Minutos Por Repetição (MPR).
Instrumentação
Controle Automático de Processo162
A ação integral pode também ser denominada Taxa Reset e expressa em Repetições
Por Minuto (RPM). A relação entre Tempo Reset e Taxa Reset é:
Tempo Reset (MPR) = 1 .
 Taxa Reset (RPM)
A figura abaixo mostra as curvas de saída de um controlador com diferentes ajustes
de integral.
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40
Tv
1psi
1psi
Ps
Pe
C
D
min
t
Pe-Ps P's
Controle Proporcional + Derivativo
Nos controladores com ação Derivativa (Controle Antecipatório), a saída do
controlador é proporcional a velocidade de variação do erro na entrada.
A figura abaixo mostra a saída "Ps" (linha pontilhada) de um controlador, no caso
pneumático, somente com ação proporcional.
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40 min
t
Pe-Ps
Ps
A
B
psi
Pe
Se a variação na entrada (Pe) se apresentar em forma de rampa (velocidade
constante), devido a ação proporcional, a saída Ps varia na mesma proporção que Pe.
A introdução da ação derivativa no controle, pode ser vista no próximo gráfico.
Observe que no instante em que a entrada Pe começa a variar (ponto A), a saída Ps
sofre um incremento de 12,5% (1,5 PSI) e em seguida aumenta com a mesma
velocidade da variação de entrada Pe. O aumento rápido inicial é devido à ação
derivativa, enquanto o aumento gradual que segue é devido à ação proporcional.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 163
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40 min
t
Pe-Ps
Ps
A
B
psi
TA
Pe
Analisando o gráfico, o tempo de antecipação Ta é o tempo que a ação derivativa se
antecipa ao efeito da ação proporcional, ou seja, houve uma antecipação de 12,5% na
saída inicialmente e após Ta minutos a saída variou mais 12,5%.
A ação derivativa pode ser denominada como Pré-Act.
Tipos de Controladores
Controlador Lógico Programável – CLP
Para automatizar operações utilizando equipamentos nas industrias, e necessário que
existia uma seqüência lógica de ligação e que os equipamentos estejam preparados
para situações de emergência. Existem conceitos fundamentais para execução de
projetos, aplicando conhecimentos específicos nesta área, afim de obter maior
segurança, rendimento, e economia.
Nos sistemas lógicos de ligação de equipamentos e seus intertravamentos, por muitas
décadas e ainda hoje, e utilizando o relê como elemento principal. O relê é um
dispositivo eletro mecânico que permite a ampliação e a conversão de sinais elétricos.
O uso de reles exige que sejam instalados em painéis que recebem e enviam seus
sinais para o campo ou, próximos aos equipamentos.
Qualquer modificação no processo ou controle dos comandos, exige acréscimo ou
retirada de equipamentos, fios. Muitas vezes as modificações tornam-se inviáveis por
falta de espaço, custos altos e dificuldades operacionais. Os painéis, alem de possuir
certa complexidade na sua construção, envolvem o uso de uma grande quantidade de
fios e reles tornando sua manutenção por demais longa, muitas vezes não permitindo
a continuidade operacional de uma planta.
Instrumentação
Controle Automático de Processo164
No final da década de 60, a General Motors Corporation contratou o projeto de
desenvolvimento de uma empresa americana, a MODICON, para substituir grandes
painéis de controle de suas linhas de produção. Nascia a família dos controladores
lógicos programáveis (CLP). Atualmente existem vários desenvolvedores e fabricantes
de CLP. A empresa ALLEN BRADLEY tornou-se ama das empresas lideres do
seguimento, patenteando sua marca PLC (Programmable Logical Controller).
O CLP possui uma arquitetura de hardware que permite a utilização de programas,
interagindo com o processo através de suas entradas que recebem sinais do campo
oriundos de chaves de fluxo, contatores, pressostatos, finais de curso de válvulas, etc.
Após o recebimento destes sinais, o CLP executa as suas rotinas de controle e aciona
as devidas saídas que irão atuar nos dispositivos que finalmente controlam o
processo.
Os CLPs possuem linguagem de programação, cada fabricante desenvolveu sua
própria, que e formada por um conjunto de instruções. As instruções executam varias
funções e operações que podem ser simples ou complexas se necessário. As mais
simples como: as aritméticas (soma, subtração, multiplicação, divisão), de controle
PID, de temporização, acumulo, contagem.
O CLP é composto de módulos, possuindo cada modulo funções especificas que se
relacionam com todo o conjunto.
• CPU – unidade central de processamento.
• Cartões de entradas e saídas digitais (discretas)
• Cartões de entradas e saídas analógicas.
• Interfaces de comunicação para utilização de diferentes protocolos.
• Fontes de alimentação
Vantagens do CLP
Programação:
Utilizando os diagramas ladder, a programação se torna simplificada e bem
estruturada.
Diagnósticos de falhas e problemas
Existe a possibilidade de utilização de diagnostico via software e a monitoração dos
sinais que o CLP utiliza. É possível acompanhar a manutenção através de um terminal
e testar o sinal, tornando rápida e facilitada a operação.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 165
Monitoração de alarmes do processo
O CLP pode ser conectado em redes de sistemas supervisório ou também
enviar/receber informações de um SDCD.
Reutilização plena
O CLP pode ser utilizado em qualquer outro tipo de processo. É preciso apenas
programa-lo com programas que atendam as necessidades do novo processo.
Intercambialidade dos Cartões
É possível ampliar, expandir. Os novos módulos podem ser acrescidos no modulo já
existente.
Estrutura do PLC
EEPROM – Memória não volátil que armazena programas e dados (Eletrically
Erasable Program Read Only Memory)
RAM – Randomic Access Memory Memória de acesso aleatório.
Controle digital direto (DDC ou Supervisório)
As entradas de processo são conectadas a um computador central que efetua cálculos
e libera as saídas para os elementos finais de controle.
Instrumentação
Controle Automático de Processo166
O computador manipula um grande número de variáveis de processo e pode calcular
estratégias de controle complexas.
O operador pode atender um número maior de loops, tornando possível o
gerenciamento de processo.
Uma falha no computador pode parar toda a planta, a menos que existia um
computador redundante que assuma o processo, este operando em paralelo até o
momento da falha.
Supervisório
Um computador central se comunica com diversos Controladores individuais do
processo possibilitando mudança de set-point e outros parâmetros dos controladores
continuam o controle do processo.
SDCD – Sistema digital de Controladores distribuído
Possui diferentes níveis de controle combinado conceitos de controle centralizado e
controle individual. Baseado na Manufatura Integrada por Computador (CIM), o SDCD
pode possuir de 3 até 5 níveis:
Nível 1
Medição e controle do processo – Controladores baseados em microprocessadores
efetuam o controle do loop, executam lógicas, comunicações, coletam e analisam
dados.
As informações são passadas para nível 2 onde existe a supervisão do processo.
Nível 2
Os operadores usam consoles de operação para monitorar e ajustar o processo.
Instrumentação
Controle Automático de Processo 167
Níveis superiores
Os computadores coletam dados de longa duração, análises e otimização para várias
unidades de processo ou plantas.
Instrumentação/Instrumentação Básica.pdf
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Introdução
Instrumentação: é a arte e a ciência que projeta, constrói, instala, opera e m antêm os instrum entos.
 
Instrumentos: medem variáveis de processo. Em instrum entação, quando dizemos "medir" geralm ente
queremos dizer indicar, registrar, totalizar ou controlar.
 
Variáveis de Processos: são Fenômenos físicos que chamam os simplesmente variáveis, por exemplo:
vazão, tem peratura, pressão, nível, densidade, etc.
 
Processo: operação ou série de operações no qual o valor de uma quantidade ou condição é controlada.
Inclui todas variáveis das funções que, direta ou indiretamente, afetam o valor da Variável
Controlada.
ÁGUA
FRIA
ÁGUA
QUENTE
VAPOR
CONDENSADO
TT
TIC
PROCESSO
CONTROLADOR
ELEMENTO
PRIMÁRIO
TRANSMISSOR
E.F.C.
(VÁLVULA DE DIAFRAGMA)
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BÁSICA
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Classes de
Instrumentos
Elemento Prim ário - com ponente que está em contato com a variável de processo e tem por função,
transformá-la em um a grandeza m ensurável por um mecanismo.
 
Transmissor - instrumento que mede uma determinada variável, e envia um sinal proporcional a
distância, a um indicador, registrador, controlador, etc.
 
Transdutor - term o aplicado ao instrumento que não trabalha com sinal na entrada e saída padrão.
Conversor - instrum ento que recebe e envia um sinal padrão em instrum entação, de grandezas
diferentes.
Indicador - instrumento que nos fornece o valor de uma variável de processo.
 
Registrador - instrumento que registra, o valor da variável de processo em um a carta gráfica.
 
Controlador - instrum ento que tem por função, manter o valor da variável de processo, igual ao
valor estabelecido em seu mecanism o, enviando um sinal de saída ao elemento final de controle.
 
Relê De Computação - instrumento que recebe um ou mais sinais de outros instrum entos, realiza
operações m atem áticas, de lógica ou de seleção de sinais e envia o resultado a um instrum ento.
 
Elemento Final De Controle - dispositivo que está em contato direto com a variável manipulada,
modificando-a em resposta a um sinal de comando.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Fluxogramas de
Processo
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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SUPRIMENTO
OU IMPULSO
*
SINAL
 PNEUMÁTICO
**
SINAL HIDRÁULICO
SINAL ELETROMAGNÉTICO
OU SÔNICO
(TRANSMISSÃO GUIADA)
***
SINAL BINÁRIO
PNEUMÁTICO
SINAL NÃO
DEFINIDO
SINAL ELÉTRICO
TUBO CAPILAR
SINAL ELETROMAGNÉTICO
OU SÔNICO
(TRANSMISSÃO NÃO
GUIADA)
***
SINAL BINÁRIO
ELÉTRICO
LIGAÇÃO CONFIGURADA
INTERNAMENTE AO
 SISTEMA
(LIGAÇÃO POR SOFTWARE)
LIGAÇÃO MECÂNICA
IA - Ar de instrumento
PA - Ar da planta Opcional
AS - Ar de alimentação
ES - Alimentação elétrica
GS - Alimentação de gás
HS - Alimentação Hidráulica
NS - Alimentação de Nitrogênio
SS - Alimentação de vapor
WS - Alimentação de água
Simbologia
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Terminologia
ERRO
É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação ao valor real da
variável medida
valor indicado
valor medido
curva ideal
erro
Erro Absoluto
ERRO ESTÁTICOERRO DIN ÂM ICO
Erro Sistem ático
Erro Aleatório
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Escala - Conjunto ordenado de marcas.
Ajuste (calibração) O peração destinada a fazer com que um instrum ento de m edir tenha um
funcionamento e justeza adequados à sua utilização.
Calibração (aferição) Conjunto de operações que estabelece a relação entre os valores indicados por
um instrumento de m edição e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões.
Faixa N ominal - faixa de medida , RAN GE , é norm almente especificada por seus limites inferior e
superior
 
Am plitude da Faixa N om inal - alcance, SPAN , é o somatório em módulo dos seus lim ites superior e inferior
.
 
URL (Upper Range Limit) - Lim ite superior da faixa nominal
 
URV (Upper Range Value) - Valor superior da faixa nominal
 
LRL (Lower Range Limit) - Limite inferior da faixa nom inal
 
LRV (Lower Range Value) - Valor inferior da faixa nominal
 
Sensibilidade – Capacidade do instrumento em responder os sinais enviados em espaços de tempo muito
curtos
 
Lim iar - M enor variação de um estím ulo que provoca uma variação perceptível na resposta de um
instrumento
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Exatidão - o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de
trabalho.
- Em porcentagem do alcance ( Span )
- Podemos ter também a precisão dada diretamente em unidades da variável.
- Em porcentagem do valor m edido
- Em porcentagem do valor m áximo da escala do instrumento
- Em porcentagem do comprimento da escala.
Resolução – Capacidade de um instrum ento de distinguir valores muito próximos da grandeza a medir 
Estabilidade – Capacidade de um instrum ento em conservar constantes suas características
metrológicas. 
Exatidão – Capacidade de um instrumento para dar indicações próxim as do valor verdadeiro da
grandeza m edida.
Zona M orta - (banda m orta, dead band) Intervalo dentro do qual um estím ulo pode ser modificado sem
produzir uma variação na resposta de um instrumento de m edir.
Histerese - Propriedade de um instrumento de medir pela qual a resposta a um dado estímulo depende
da seqüência dos estímulos precedentes.
Repetibilidade - É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável,
adotando sempre o m esm o sentido de variação. 
Tem po de Resposta - Intervalo de tempo entre o instante em que um estímulo é submetido a uma
variação brusca e o instante em que a resposta alcança seu valor final e nele permanece, dentro de
lim ites especificados.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Sistemas de
M edição
Grandeza N úmero Unidade de medida
Temperatura 30 graus Celsius
Tempo 15 minutos
Comprimento 25 metros
Volume 8 litros
 
Grandezas - Grandeza é tudo aquilo que pode ser medido.
· A tem peratura da água;
· A pressão do ar;
· O volume de um reservatório;
· A velocidade de um automóvel;
· O comprimento de uma mesa.
 
Grandeza Escalar - é a grandeza que necessita apenas de um número e um a unidade de m edida para ser
representada.
Grandeza Vetorial - é a grandeza que para ser representada necessita m ais do que um número e uma
unidade de m edida a grandeza vetorial é informada por sua intensidade, direção e sentido.
Grandeza N úmero Unidade Direção Sentido
Velocidade 50 Q uilômetro/ hora horizontal para frente
Força 10 newtons Vertical para baixo
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Sistemas de
Unidades
Sistemas CGS, M KS e FPS são base de comprimento, massa e tem po.
Sistema M K*S são base de com primento, força e tem po).
UN IDADES
m etro: é o comprimento igual a 1.650.763,73 comprimentos de onda no vácuo de radiação,
correspondente à transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo de Criptônio - 86.
segundo: é a duração de 9.192.631.770 períodos de radiação, correspondente à transição entre os
dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átom o de Césio -133.
quilogram a: é a unidade de massa.
newton: é a força que dá a um corpo de quilograma de massa, a aceleração de um m etro por
segundo ao quadrado.
watt: é a potência que dá origem à produção de energia na taxa de um joule por segundo.
joule: é o trabalho realizado quando o ponto de aplicação de uma força igual a um N ewton desloca-
se de um metro na direção da força.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Pressão
F
A
F
p =
F
θ
F
P
A
senF
p
θ⋅=
Q uando um a força é aplicada de forma distribuída sobre uma superfície, dizemos que existe uma pressão
exercida nessa superfície.
A pressão p exercida sobre uma superfície é igual ao razão entre a força F aplicada
perpendicularmente a
área A da superfície:
Caso a força aplicada não seja perpendicular a superfície, é preciso calcular a força equivalente FP
aplicada perpendicularmente.
FP será igual ao produto da força F pelo seno do ângulo de inclinação θ entre a superfície e a direção da
força F aplicada, ou seja: FP = F.senθ.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Escalas de
Pressão
Escala de
Pressão
Absoluta
Escala de
Pressão
Relativa
0 psia = 0 atma
14,697 psia = 1 atma
-14,697 psi = -1 atm
0 psi = 0 atm
29,394 psia = 2 atma 14,697 psi = 1 atm
região de pressão positiva
região de pressão negativa
ou vácuo
pressão
atmosférica ao
nível do mar
zero absoluto de
pressão
pABS = pREL + 1 atm
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M assa, Peso Específico e
Densidade
onde:
ρ : massa específica
m: massa
V: volumeV
m
 = ρ
 
 
V
P
 = γ
onde: 
γ : peso específico
P : peso ( força )
V : volume
Relação entre massa específica e peso específico
g. = ργ
Densidade
M assa
Específica
Peso Específico
d
=
_______
ρsubstância
ρpadrão ou d=
_______
γ
padrão
γ s ubstância
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Tipos de Pressão
Pressão Estática
É o peso por unidade de área exercido por um fluido em repouso ou que esteja fluindo
perpendicularmente à tom ada de impulso.
 
6
 
m
dr = 0,8
FLUXO
Fluido em Repouso Fluido em Movimento
Pressão Dinâmica ou Cinética
É a pressão exercida por um fluido em m ovimento. É medida fazendo a tomada de im pulso de tal
forma que recebe o impacto do fluxo.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Pressão
Diferencial
21 ppp −=∆
FLUXO
OBSTÁCULO:PLACA DE
ORIFÍCIO
JUSANTEMONTANTE
P1 P2
Criando-se um obstáculo à passagem do fluido, pode-se obter um diferencial de
pressão.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M anômetro
s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SUPORTE
TUBO DE
VIDRO
ESCALA
LÍQUIDO
 
h.p γ=∆
Teorem a de Stevin
"Á diferença de pressão entre dois pontos de um fluido
em repouso é igual ao produto do peso específico do
fluido pela diferença de cota entre os dois pontos".
M anômetro de Coluna em
U
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M anômetros de Tubo de Bourdon
a) Tipo C b) Tipo Espiral C) Tipo Helicoidal
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M anômetros de Diafragma
O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aum entar sua área
efetiva.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M anômetro os de
Fole
 
FOLE DE
REFERÊNCIA
PRESSÃO DO
PROCESSO
Foles com M ola O posta Foles Opostos
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Emprego de Elementos Elásticos
ƒN ão ultrapassar 2 / 3 do valor máximo (quando a pressão medida for constante);
ƒN ão ultrapassar 1 / 2 do valor máximo (quando a pressão medida for variável);
ƒO instrumento deve ser equipado com válvula de bloqueio de 3 (três) vias;
ƒQ uando o elemento for submetido a pressões pulsantes, o mesmo deve ser protegido por um
amortecedor de pulsação.
ƒO elemento não deve ser submetido a uma temperatura que não permita o toque da mão sobre a caixa
do medidor
ƒO elemento deve ser isolado de fluidos corrosivos, com sólidos em suspensão, ou com possibilidade de
cristalização e solidificação.
ƒQ uando o processo estiver sujeito a sobrecarga, deve-se proteger o elemento com um limitador de
sobrecarga;
ƒDevem ser tomadas precauções especiais quando se trata de medição de petróleo e oxigênio.
 
 
 
 
 
CLASSE EXATIDÃO
A4 0,10 % da faixa
A3 0,25 % da faixa
A2 0,50 % da faixa
A1 1,00 % da faixa
A 1,00 % na faixa de 25 a
75 %
2 % no restante da faixa
B 2,00 % na faixa de 25 a
75 %
3 % no restante da faixa
C 3,00 % na faixa de 25 a
75 %
4 % no restante da faixa
D 4,00 % na faixa de 25 a
75 %
5 % no restante da faixa
Classificação de manômetros (pela
exatidão):
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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A2
F2
A1
F1
P2P1
F
A
F
A
FA F A1
1
2
2
1 2 2 1= → =21 PP =
Transmissão de Pressão
com o : Então :
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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⇐ Sensor Capacitivo
Sensor Strain-Gauge
⇒
O utros Sensores de Pressão
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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N ível
Régua ou
Gabarito
Visores de
N ível
Bóia ou Flutuador
M EDIDO RES DE N ÍVEL PO R AÇÃO
DIRETA
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M EDIDO RES DE N ÍVEL PO R PRESSÃO HIDRO STÁTICA
DIFEREN CIAL
δ
P = δ .
h
onde :
P Æ pressão em m mH 20
h Æ nível em m m
δ Æ densidade relativa do
líquido
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M EDIDO RES DE N ÍVEL PO R PRESSÃO DIFERN CIAL em Tanques
Pressurizados.
⇐ Supressão de Zero
Elevação de Zero
⇒
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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⇑
M edição de
N ível
com
Borbulhador
M edição de N ível
por Empuxo
⇓
⇑
M edição de
N ível
por Radiação
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M edição de N ível
⇐ por Capacitância
M edição de N ível
por Ultra Som
⇒
M edição de N ível
⇐ Descontínua
 por
Condutividade
M edição de N ível
Descontínua
 Por bóia
⇒
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Vazão
Vazão Volum étrica -
Q
Vazão M ássica - W
Tipos de
Vazão
Regime de
Escoamento
Laminar
Turbulento
N úmero de Reynolds
Re =
_____
_
φ . v .
δ
µ
onde :
 φ Æ diâmetro
da tubulação
 v Æ velocidade
do fluido
 δ Æ densidade
 µ Æ viscosidade
absoluta
Viscosidade
ν = µ / ρ
Viscosidade absoluta -
ν
Viscosidade cinemática
- µ
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M EDIDO RES DE VAZÃO PO R PRESSÃO
DIFEREN CIAL ( I )
FLUXO
OBSTÁCULO:PLACA DE
ORIFÍCIO
JUSANTEMONTANTE
P1 P2
QUEDA DE PRESSÃO
PERMANENTE
∆ P
ORIFÍCIO
CONCÊNTRICO
(a)
ORIFÍCIO
EXCÊNTRICO
(b)
ORIFÍCIO
SEGMENTADO
(c)
Placas de orifício
⇒
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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ALTA
PRESSÃO
BAIXA
PRESSÃO
SEÇÃO DA
GARGANTA
SEÇÃO
PRINCIPAL
 ⇐ Tubo
Venturi
PRESSÃO
ESTÁTICA
PRESSÃO
DINÂNICA
Bocais ⇒
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
���
���
���
���
���
���
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
TOMADAS DE PRESSÃO
⇐ Tubo
Venturi
M EDIDO RES DE VAZÃO PO R PRESSÃO DIFEREN CIAL
( II )
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M EDIDO RES DE VAZÃO PO R ÁREA VARIÁVEL
����������������������������������
����������������������������������
����������������������������������
����������������������������������
����������������������������������
���������������������������������������
�����
�������
�������
������������
�����
��������
��������
���������
���������
�������������������������������������
�������������������������������������
�������������������������������������
�������������������������������������
�������������������������������������
�������������������������������������
�����������
�����������
�����������
LIMITADOR DO
FLUTUADOR
CONEXÃO DE
SAÍDA
UNIÃO DE SAÍDA
CAIXA DE VEDAÇÃO
SELA O TUBO DE VIDRO
COM A UNIÃO DE METAL
MÁXIMO FLUXO É OBTIDO
NA PARTE SUPERIOR DO
TUBO
TUBO AFUNILADO DE
VIDRO
FLUTUADOR DE MEDIDA
MÍNIMO FLUXO É OBTIDO
NA PARTE INFERIOR DO
TUBO
LIMITADOR DO
FLUTUADOR
CONEXÃO DE
ENTRADA
UNIÃO DE
ENTRADA
CARRETEL
ESFÉRICO
LIVRE
PRUMO NÃO
GUIADO
PRUMO
GUIADO
PONTO
DE LEITURA
PONTO
DE LEITURA PONTO
DE LEITURA
PONTO
DE LEITURA
⇐ RO TÂM ETRO
FLUTUADO RES
⇑
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M edidores de Vazão Tipo
Turbina
SUPORTE
ROTOR
VAZÃO
CAMPO MAGNÉTICO
ELETRODOS
M edidores de Vazão
M agnéticos
MEDIDOR US "TEMPO DE TRÂNSITO" MEDIDOR US EFEITO DOPPLER
M edidores de Vazão Tipo
Vórtice
����������������
����������������
����������������
M edidores de Vazão Ultra-
sônicos
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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M edidores de
Vazão Tipo
CO RIO LIS
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Term om etria
 
ciência que estuda a "M edição de Temperatura",
 
Pirom etria
m edição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se
manifestar.
 
Criometria
m edição de baixas temperaturas, próximas ao zero absoluto de temperatura.
Energia Térmica
som atório das energias cinéticas dos seus átomos, depende da temperatura, da massa e
tipo de substância.
Calor
energia que se transfere de um corpo para o outro por diferença de tem peratura.
Tem peratu
ra"Temperatura é a propriedade da matéria que reflete a média da energia cinética dos átomos
de um corpo".
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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FO RM AS DE TRAN SFERÊN CIA DE CALO R
 
Condução (sólidos):
Transferência de calor por contato físico..
Convecção (líquidos e gases):
Transmissão ou transferência de calor por deslocamento de material.
Convecção forçada,
quando o m aterial aquecido é forçado a se m over.
Convecção natural ou livre,
quando o m aterial aquecido se move por diferença de densidade.
Radiação (sem contato físico):
Emissão contínua de energia de um corpo para outro, através do vácuo ou do ar
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
-273,15
0
100
374
1000
Co
CALOR SENSÍVEL
CALOR LATENTE
T1 T2
PONTO TRIPLO H O
2
(0,01 C)o
L+S
L+G
TEMPERATURA CRÍTICA
VAPOR + GÁS
DECOMPOSIÇÃO DA
H O
(H + 0 )2
2
2
PRESSÃO = 1 Atm
(LÍQUIDO, SÓLIDO, GASOSO)
PO N TO S FIXO S DE TEM PERATURA
Calor sensível
quantidade de calor necessária
para que uma substância mude
a sua temperatura até que
comece a sua m udança de
estado.
 
Calor latente
quantidade de calor que uma
substância troca durante a
mudança de estado.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
ESCALAS DE
TEM PERATURA
RELATIVAS
 Celsius - º
C
 Fahrenheit -
º F
 ABSO LUTAS
 Kelvin - K
 Rankine -
R
100
50
0
212
122
32
Co Fo
373
323
273
K
672
582
492
R
Co K Fo R
R= 459,67 + º F
 
9 
32-Fº
 = 
5 
 Cº
 Cº + 273,15 =K 
9
 5 . Rº
 =K 
CO N VERSÃO DE
ESCALAS
Celsius X
Fahrenheit
Celsius X KelvinFahrenheit X RankineRankine X Kelvin
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
M EDIDO RES DE TEM PERATURA
0 40 60 80
100
120
140
160
180
200
220
240
0 10 3020 605040 70
-10
-20
-30
80 90
100
0 10 3020 605040 70 80 90
100
Poço de
proteção
Term ôm etros de Vidro
PONTEIRO
BRAÇO DE
LIGAÇÃO
SETOR
DENTADO
SENSOR
VOLUMÉTRICO
CAPILAR
LÍQUIDO
MERCÚRIO
ÁLCOOL ETÍLICO
BULBO
Termôm etro de Bulbo de
PressãoESPIRAL
HELICOIDAL
BOURDON
⇐ Elementos de
M edição
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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MATERIAL A
MATERIAL B
αA > αB
TERM Ô M ETRO S
BIM ETÁLICO S
⇐ Bimetal
ESPIRAL HELICOIDAL
APOIO
METAL
HELICOIDAL
HASTE
DE
TRANSMISSÃO
APOIO
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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ENROLAMENTO DE PLATINA VIDRO, QUARTZO OU CERÂMICA
TERMINAIS DE PRATA OU COBRE
ENROLAMENTO DE NÍQUEL
CARRETEL DE MICA, CELERON
TERM Ô M ETRO DE
RESISTÊN CIA onde:
R = resistência à tºC.
Ro = resistência à 0ºC.
α = coeficiente de
variação de
 resistência do metal
com a
 tem peratura.
 t = temperatura.
 R = R o ( 1 + αt ) 
Construção
PLATIN A - faixa - 200 à600ºC
 
N ÍQ UEL - faixa - 200 à300ºC
 
CO BRE - faixa - 200 à120ºC
M ETAIS E FAIXA DE
UTILIZAÇÃO
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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TERM O PARES
Par Termoelétrico ou TERM O PAR, é todo conjunto de dois fios constituídos
de metais diferentes, que quando unidos, criarão uma corrente elétrica no
circuito toda vez que houver uma variação na temperatura entre as junções
dos mesmos.
JUN ÇÃO Q UEN TE : é a que está no ponto de medição
JUN ÇÃO FRIA : é a junção de referência
Tipos de
Term opares
Tipo T - -200 a
350 ºC
Tipo J - até
750 º C
Tipo E - até
900 º C
Tipo K - até
1200 º C
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Pirometria de
Radiação
Espectro eletromagnético
Pirômetro de Radiação
Refrator
LENTE
ENERGIA
RADIANTE
DETETOR
DIAFRAGMA
����
����
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Válvulas de
Controle
Válvula Globo Válvula
Bipartida
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Válvulas de
Controle
Válvula Angular
Válvula Diafragma
( Sounders )
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Internos de Válvula
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Válvula Borboleta
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Válvula Tipo O bturador
Rotativo Excêntrico
Válvula de Esfera
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Partes de Válvulas de
Controle
⇐
Castelo
Caixa de Gaxetas
Gaxetas
Teflon ( PTFE )
Amianto Impregnado
(teflon, mica, inconel,
grafite )
Grafite
Fita de Grafite
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Atuadores de Válvulas
Pneumático a mola e diafragm a
Pneumático a pistão;
Elétrico;
Elétrico-hidráulico;
Hidráulico.
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Esquema de um
Atuador Eletro-
hidráulico
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Posições de Segurança por Falha em Função Diversas Combinações entre Atuador
e O bturador
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Acessórios de
Válvulas de Controle
Posicionador
Esquema de Válvula
• com Posicionador
• sem posicionador
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Posicionador
Eletropneumático
com Booster
Booster
Pneumático
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Válvula Solenóide
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Volante
s
Volante M anual
de Topo
Volante M anual
Lateral
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Controle Automático
D - VÁLVULA COM SERVOMOTOR ELÉTRICO (SOLENÓIDE)
A - RESERVATÓRIO AQUECIDO A VAPOR
B - TOMADA DE IMPULSO DE TEMPERATURA (TERMOPAR)
C - CONTROLADOR E INDICADOR DE TEMPERATURA
1 - ENTRADA DE VAPOR (GRANDEZA REGULADORA)
2 - SAÍDA DO LÍQUIDO AQUECIDO (GRANDEZA REGULADA)
3 - SAÍDA DO VAPOR
4 - ENTRADA DO LÍQUIDO A SER AQUECIDO
5 - SERPENTINA DE AQUECIMENTO
TIC
A CD
5
B
1 2
3
4
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Controle em M alha
Fechada Funções Básicas do
Controle
 Medição
Comparação
Computação
Correção
⇓
100
50
0
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
FECHADA
ABERTA
VALOR
DESEJADO
(SET POINT)
V
Á
L
V
U
L
A
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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RESERVATÓRIO
DE AR COMPRIMIDO
PRESSOSTATO
REGISTRADOR
SOLENÓIDE
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
VÁLVULA
ABERTA
FECHADA
kgf/cm2
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
A
Pf
Pa
Pf
B
Controle Descontínuo de
Duas Posições com
Histerese
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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COMPARADOR
TRATAMENTO
DO
OFF SET
SINAL DE ERRO
OFF SET
SINAL DE
CORREÇÃO
VP
SP
Controlador Contínuo
63 9 12 15
6
3
9
12
15
0 25 50 75 100
0
25
50
75
100
Pe
psi
psi%
%
Ps
x p
 =
 1
0 0
%
x p
 =
 5
0 %
x p 
= 2
0 0 %
Controle Proporcional
AÇÃO DIRETA
 O ff-set mais N egativo Æ Saídadiminui
 O ff-set mais Positivo Æ Saída
aumenta
AÇÃO REVERSA
 O ff-set N egativo Æ Saída
aumenta
 O ff-set Positivo ÆSaída diminui
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40
Tv
1psi
1psi
Ps
Pe
C
D
min
t
Pe-Ps
8
7
9
10
11
12
13
1 2 3 40 min
t
Pe-Ps
Ps
A
B
psi
Pe
Controle Proporcional +
Integral
Controle Proporcional +
Derivativo
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
SENAI - Departamento Regional de São Paulo
Estrutura do
PLC
CLP
IN STRUM EN TAÇÃO
BÁSICA
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Controle em N íveis Superiores
Instrumentação/Instrumentação Ambev/instrumenta‡Æo capa.pdf
Instrumentação
Instrumentação/Instrumentação Ambev/08 Temperatura-AMBEV.pdf
Instrumentação
SENAI80
Temperatura
Termometria
Introdução
Termometria significa "Medição de Temperatura", é o termo mais abrangente que inclui
tanto a pirometria como a criometria que são casos particulares de medição.
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.
Temperatura na Indústria
A temperatura é uma das variáveis mais importantes na indústria de processamento.
Praticamente todas características físico-químicas de qualquer substância alteram-se
de uma forma bem definida com a temperatura.
Exemplificando:-
• Dimensões (Comprimento, Volume).
• Estado Físico (Sólido, Líquido, Gás).
• Densidade.
• Viscosidade.
• Radiação Térmica.
• Reatividade Química.
• Condutividade.
• PH.
• Resistência Mecânica.
• Maleabilidade, Ductilidade.
Instrumentação
SENAI 81
Assim, qualquer que seja o tipo de processo, a temperatura afeta diretamente o seu
comportamento provocando por exemplo:-
- Uma aceleração ou desaceleração do ritmo de produção.
- Uma mudança na qualidade do produto.
- Um aumento ou diminuição na segurança do equipamento e/ou pessoal.
- Um maior ou menor consumo de energia.
Conceito de Temperatura
Temperatura é uma propriedade da matéria, relacionada com o movimento de vibração
e/ou deslocamento dos átomos de um corpo. Todas as substâncias são constituídas
de átomos que por sua vez, se compõe de um núcleo e um envoltório de elétrons.
Normalmente estes átomos possuem uma certa energia cinética que se traduz na
forma de vibração ou mesmo deslocamento como no caso de líquidos e gases.
Baseado nesta conceituação, pode-se definir a temperatura da seguinte forma:
"Temperatura é a propriedade da matéria que reflete a média da energia cinética dos
átomos de um corpo".
Na prática, a temperatura é representada em uma escala numérica, onde, quanto
maior o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão.
Outros conceitos que se confundem às vezes com o de temperatura são:
• Energia Térmica.
• Calor.
A Energia Térmica de um corpo é a somatória das energias cinéticas dos seus átomos,
e além de depender da temperatura, depende também da massa e do tipo de
substância.
O Calor é a energia que se transfere de um corpo para o outro por diferença de
temperatura.
A temperatura sob ponto de vista da experiência do homem no seu cotidiano, introduz
o uso dos termos quente e frio. A sensação de quente é o resultado do fluxo de calor
de um corpo qualquer para o nosso próprio, decorrente de uma maior temperatura
daquele corpo.
Formas de transferência de calor
Instrumentação
SENAI82
Condução (sólidos):
Transferência de calor por contato físico. Um exemplo típico é o aquecimento de uma
barra de metal.
Convecção (líquidos e gases):
Transmissão ou transferência de calor de um lugar para o outro pelo deslocamento de
material.
Convecção forçada, quando o material aquecido é forçado a se mover.
Convecção natural ou livre, quando o material aquecido se
move por diferença de
densidade.
Radiação (sem contato físico):
Emissão contínua de energia de um corpo para outro, através do vácuo ou do ar
(melhor no vácuo que no ar, pois no ar é parcialmente absorvida). A energia radiante
possui a forma de ondas eletromagnéticas e propagam-se com a velocidade da luz.
Escalas de Temperatura - Relativas
As escalas de maior utilização na industria são :
CELSIUS
A identificação de uma temperatura na escala Celsius é feita com o símbolo "ºC"
colocado após o número (Ex.: 160ºC).
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.
FAHRENHEIT
A identificação de uma temperatura na escala Fahrenheit é feita com o símbolo "ºF"
colocado após o número (Ex. 250ºF)
Historicamente ela foi definida a partir de 3 pontos de referência 0, 48 e 96, estes
números representavam o seguinte:- "... 48 foi definida como sendo o meio entre o frio
mais intenso produzido artificialmente por uma mistura de água, gelo e sal-amoníaco,
ou mesmo sal comum, e aquela (Temperatura) que é encontrada no sangue de um
homem saudável..."
Instrumentação
SENAI 83
Fahrenheit encontrou que na sua escala o ponto de fusão do gelo valia 32 e o de
ebulição da água 212 aproximadamente.
Estes pontos, posteriormente foram considerados mais reprodutíveis e passaram a ser
definidos como exatos e adotados como referência.
Existe uma outra escala relativa, a Reaumur, hoje já praticamente em desuso. Esta
escala adota como zero o ponto de fusão do gelo e 80 o ponto de ebulição da água. O
intervalo é dividido em oitenta partes iguais. (Representação - ºRe).
Escalas de Temperatura - Absolutas
Tanto a escala Celsius como a Fahrenheit, são relativas, ou seja, os seus valores
numéricos de referência são totalmente arbitrários. Existe entretanto escalas absolutas
de temperatura, assim chamadas porque o zero delas é fixado no ponto teórico onde a
temperatura atinge o seu valor mínimo, no ponto onde a energia cinética dos átomos
se anula.
Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substância, atingimos um ponto
limite além do qual é impossível ultrapassar, pela própria definição de temperatura.
Este ponto, onde cessa praticamente o movimento atômico, é o zero absoluto de
temperatura.
Zero absoluto: - é o estado em que praticamente cessa o movimento atômico.
Existem duas escalas absolutas atualmente em uso :
• Kelvin
• Rankine.
As escalas absolutas atribuem o valor zero à temperatura mais baixa possível.
A escala Kelvin possui a graduação igual a da Celsius, portanto:-
0 K = -273,15ºC e 0 R = 273,15ºC
A escala Rankine possui a graduação igual a da Fahrenheit, portanto:-
0 K = -459,67ºF e 0 R = 459,67ºF.
É evidente que uma escala absoluta não pode ter temperaturas negativas.
Instrumentação
SENAI84
A Escala Kelvin possui a mesma divisão da Celsius, isto é, um grau Kelvin é igual à
um grau Celsius, porém o seu zero se inicia no ponto de temperatura mais baixa
possível, 273,15 graus abaixo do zero da Escala Celsius.
A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvin, porém sua
divisão é idêntica à da Escala Fahrenheit.
A representação das escalas absolutas é análoga às escalas relativas, sem o símbolo
de grau "º".
Exemplo: Kelvin → 400K ; Rankine → 785 R.
Pontos fixos de temperatura
A temperatura interna do corpo humano pode ser considerada como um ponto fixo de
temperatura. Entretanto esta temperatura é afetada por vários fatores que diminuem a
precisão deste padrão.
A mudança de estado de substâncias puras (fusão, ebulição) é normalmente
desenvolvida sem alteração na temperatura. Todo calor recebido ou cedido pela
substância é utilizado pelo mecanismo de mudança de estado.
-273,15
0
100
374
1000
Co
CALOR SENSÍVEL
CALOR LATENTE
T1 T2
PONTO TRIPLO H O2
(0,01 C)o
L+S
L+G
TEMPERATURA CRÍTICA
VAPOR + GÁS
DECOMPOSIÇÃO DA
H O
(H + 0 )2
2
2
PRESSÃO = 1 Atm
(LÍQUIDO, SÓLIDO, GASOSO)
Instrumentação
SENAI 85
Calor sensível: - é a quantidade de calor necessária para que uma substância mude a
sua temperatura até que comece a sua mudança de estado, onde teremos o calor
latente.
Calor latente: - a quantidade de calor que uma substância troca por grama durante a
mudança de estado.
PONTOS FIXOS - PADRÃO
A mistura de duas ou três fases (Vapor, Líquido e Sólido) em equilíbrio, gera o que se
convencionou chamar de "Ponto Fixo de Temperatura".
Visando uma simplificação nos processos de calibração, a Comissão Internacional de
Pesos e Medidas, relacionou uma série de pontos fixos secundários de temperatura,
conforme mostrado na Tabela abaixo.
PONTOS FIXOS TEMPERATURA(ºC)
Ponto de Ebulição do Nitrogênio -195,798
Ponto triplo do Hélio -259,3467
Ponto triplo da água 0,010
Ponto de Solidificação do Estanho 231,928
Ponto de Solidificação do Alumínio 660,323
Ponto de Ebulição do Oxigênio -182,954
Ponto de Solidificação da Prata 961,78
Ponto de Solidificação do Cobre 1084.62
Ponto de Solidificação da Platina 1064,180
Instrumentação
SENAI86
Relações Básicas
Podemos retirar algumas relações básicas entre as escalas a partir da figura abaixo:
100
50
0
212
122
32
Co Fo
373
323
273
K
672
582
492
R
Co K Fo R
CONVERSÃO DE ESCALAS
• CELSIUS X FAHRENHEIT Æ 
 
9 
32-Fº = 
5 
 Cº 
• CELSIUS X KELVIN Æ Cº + 273,15 =K 
• FAHRENHEIT X RANKINE Æ 
• KELVIN X RANKINE Æ 
9
 5 . Rº =K 
R= 459,67 + º F
Instrumentação
SENAI 87
Medidores de Temperatura
Os instrumentos de medida da temperatura podem ser divididos em duas grandes
classes:
1ª Classe
Compreende os instrumentos naqueles em que o elemento sensível está em contato
com o corpo cuja temperatura se quer medir. São eles:
Termômetros à dilatação volumétrica ( sólido, líquido, gasoso )
Termômetros à resistência elétrica..
Termômetros à par termo elétrico
2ª Classe
Compreende os instrumentos naqueles em que o elemento sensível não está em
contato com o corpo cuja temperatura se quer medir. São eles:
A) Pirômetros à radiação total.
B) Pirômetros à radiação parcial (monocromáticos).
Termômetros de Dilatação Volumétrica
Princípio de Funcionamento
São baseados no fenômeno de dilatação aparente de uma substância dentro de um
recipiente fechado, é composto de um reservatório ligado a um capilar. Com a
aplicação de calor ao bulbo, a substância se expande, subindo pelo capilar, este
deslocamento é é medido em uma escala graduada em temperatura.
Instrumentação
SENAI88
Termômetro de Vidro
Este tipo de termômetro é muito utilizado nas industrias, e as substâncias mais
utilizadas são:
- Álcool etílico ( tingido de vermelho) para a faixa de -100ºC a +50º
- Mercúrio para a faixa de -40ºC a +648ºC
O termômetro de vidro é normalmente utilizado na indústria protegido por uma carcaça
metálica, que é rosqueada em poço de proteção.
0 40 60 80
100
120
140
160
180
200
220
240
0 10 3020 605040 70
-10
-20
-30
80 90
100
0 10 3020 605040 70 80 90
100
Poço de
proteção
VANTAGENS E DESVANTAGENS
As vantagens são:
- boa precisão
- baixo custo
- simplicidade construtiva
Desvantagem: é muito frágil
Instrumentação
SENAI 89
Termômetros de Dilatação de Líquido de Recipiente Metálico
Princípio de Funcionamento
No termômetro de vidro, a dilatação do líquido é observada e medida diretamente
através se sua parede transparente. No tipo de recipiente metálico, o líquido preenche
todo o instrumento e sob o efeito de um aumento de temperatura se dilata, deformando
um elemento extensível, dito sensor volumétrico. O instrumento compreende três
partes:- o bulbo, o capilar e o elemento sensor.
O Bulbo: - é o elemento termo sensível do conjunto. Nele fica compreendido a maior
parte do líquido do sistema. Deverá ficar em contato o mais íntimo possível com o
ambiente onde se quer avaliar a temperatura.
O Capilar: - é o elemento de ligação entre o bulbo e o sensor volumétrico. Deverá
conter o mínimo de líquido possível. Em alguns casos, o capilar é substituído por um
pequeno e rígido pescoço de ligação.
O Elemento Sensor: - ou de medição é o que mede as variações de volume do líquido
encerrado no bulbo. Estas variações são sensivelmente lineares à temperatura, daí o
fato da escala ser graduada linearmente, isto é, em partes iguais.
TERMÔMETRO DE BULBO DE PRESSÃO
Os termômetros com bulbo de pressão, são de três tipos :
- termômetros a pressão de líquidos
- termômetros a pressão de gás
- termômetros a pressão de vapor
Termômetro de Dilatação de Líquido
Princípio de Funcionamento
Fisicamente um termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, elemento de
medição e capilar de ligação entre estes dois elementos.
O conjunto é preenchido com um líquido a alta pressão e com a variação da
temperatura, o líquido varia a força que incide no sensor.
Instrumentação
SENAI90
Tipos de Líquido de Enchimento :
Mercúrio - para temperatura entre -35 e +550ºC.
Álcool - para temperatura entre -50 e +150ºC.
Xileno - para temperatura entre -40 e +400ºC.
PONTEIRO
BRAÇO DE
LIGAÇÃO
SETOR
DENTADO
SENSOR
VOLUMÉTRICO
CAPILAR
LÍQUIDO
MERCÚRIO
ÁLCOOL ETÍLICO
BULBO
Notas:
1. O mercúrio (HG) é o mais usado entre os líquidos apresentados. No caso de seu
uso, o material do bulbo, capilar e o sensor não poderá ser de cobre ou ligas do
mesmo. Quando o líquido utilizado é mercúrio, o material de construção mais comum
do termômetro é aço 1020 ou 316 (inox).
2. A pressão de enchimento do termômetro é de cerca de 50atm, o que justifica a faixa
de utilização ultrapassar os limites do ponto de ebulição dos líquidos.
Instrumentação
SENAI 91
Elementos de medição:- Basicamente pode ser de três tipos:- Bourdon, Espiral e
Helicoidal. O material de construção é normalmente bronze fosforoso, cobre, berílio,
aço inox e aço carbono. O elemento de ligação do elemento ao ponteiro é igual ao
usado em manômetros.
ESPIRAL
HELICOIDAL
BOURDON
Termômetro de Dilatação de Gás
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.
O volume do conjunto é sensivelmente constante e é preenchido com um gás a alta
pressão. Com a variação de temperatura o gás varia sua pressão conforme,
aproximadamente, a lei dos gases perfeitos. O elemento de medição neste caso opera
como medidor de pressão.
Tipos de Gás de Enchimento
Hélio (He) - temperatura crítica = 267,8ºC.
Hidrogênio (H2) - temperatura crítica = 239,9ºC.
Nitrogênio (N2) - temperatura crítica = 147,1ºC.
Dióxido de Carbono (CO2) - temperatura crítica = 31,1ºC.
Instrumentação
SENAI92
CAPILAR
BULBO
GÁS
Nota:- O gás mais utilizado é o N2 e geralmente é enchido com uma pressão de 20 a
50atm, na temperatura mínima a medir.
Sua faixa de medição vai de -100ºC à 600ºC, o limite inferior é o do próprio gás ao se
aproximar da temperatura crítica, e o superior é do recipiente devido a maior
permeabilidade ao gás, o que acarretaria a sua perda inutilizando o termômetro.
Termômetro a Tensão de Vapor
Princípio de Funcionamento
Também fisicamente idêntico ao de dilatação de líquidos. Possui um bulbo e um
elemento de medição ligados entre si por meio de um capilar. O bulbo é parcialmente
cheio de um líquido volátil em equilíbrio com o seu vapor. A pressão do vapor é função
exclusiva do tipo de líquido e da temperatura.
Instrumentação
SENAI 93
Tipos de Líquidos de Enchimento
A tabela apresenta os líquidos mais utilizados e seus respectivos pontos de fusão e
ebulição.
LÍQUIDO PONTO DE FUSÃO (ºC) PONTO DE EBULIÇÃO (ºC)
Cloreto de Metila - 139 - 24
Butano - 135 - 0,5
Éter Etílico - 119 + 34
Tolueno - 95 + 110
Dióxido de Enxofre - 73 - 10
Propano - 190 - 42
CAPILAR COM
GLICERINA
LÍQUIDO
VOLÁTIL
VAPOR
BULBO
CAPILAR COM
VAPOR OU
LÍQUIDO
LÍQUIDO
VOLÁTIL
VAPOR
BULBO
Instrumentação
SENAI94
Termômetro à dilatação de sólido ou Termômetro Bimetálico
Princípio de Funcionamento
A operação deste tipo de termômetro se baseia no fenômeno da dilatação linear dos
metais com a temperatura. É sabido que o comprimento de uma barra metálica varia
com a temperatura segundo a fórmula aproximada:
O Bimetal
Fixando-se duas lâminas metálicas com coeficientes de dilatação diferentes de
maneira indicada na figura, e submetendo o conjunto assim formado a uma variação
de temperatura, observa-se um encurvamento que é proporcional à temperatura. O
encurvamento é devido as diferentes coeficientes de dilatação dos dois metais, sendo
o segmento de círculo a forma geométrica que comporta as duas lâminas com
comprimentos diferentes.
Evidentemente, fixando-se uma extremidade da lâmina bimetálica, o movimento da
outra ponta representará a temperatura da mesma. A sensibilidade deste sistema é
bem superior à do apresentado na figura anterior, sendo tanto maior quanto for o
comprimento da lâmina e a diferença entre os dois coeficientes de dilatação dos
metais.
Um termômetro elementar baseado no efeito bimetálico é apresentado na figura a
seguir.
MATERIAL A
MATERIAL B
αA > αB
Instrumentação
SENAI 95
O Termômetro Bimetálico
Na prática a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que
aumenta mais ainda a sensibilidade do sistema.
O termômetro mais usado é o de lâmina bimetálica helicoidal. E consiste de um tubo
bom condutor de calor, do interior do qual é fixada um eixo que por sua vez recebe um
ponteiro que se desloca sobre uma escala.
Normalmente o eixo gira de um ângulo de 270º para uma variação de temperatura que
cubra toda a faixa do termômetro.
A faixa de trabalho dos termômetros bimetálicos vai aproximadamente de -50ºC à
800ºC, sendo a escala sensivelmente linear.
A exatidão normalmente garantida é de ± 2% do valor máximo da escala.
Usualmente, as lâminas bimetálicas são submetidas a tratamentos térmicos e
mecânicos após a confecção, usando a estabilização do conjunto (repetibilidade).
ESPIRAL HELICOIDAL
APOIO
METAL
HELICOIDAL
HASTE
DE
TRANSMISSÃO
APOIO
Instrumentação
SENAI96
Termômetro de Resistência
Princípio de Funcionamento
O princípio de medição de temperatura por meio de termômetros de resistência,
repousa essencialmente sobre a medição de variação da resistência elétrica de um fio
metálico em função da temperatura. A relação matemática entre a resistência de um
condutor e sua temperatura é dada pela fórmula aproximada:
R = Ro (1 + αt) Equação nº1
Onde: R = resistência à tºC.
Ro = resistência à 0ºC.
α = coeficiente de variação de resistência do metal com a temperatura.
t = temperatura.
Esta fórmula nos diz que a resistência varia linearmente com a temperatura, porém a
rigor o coeficiente de variação de resistência (α)