Instrumentação Aplicada a Petróleo e Gás

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sÉRIE PETRÓLEO E GÁs
Metrologia e 
instruMentação 
aplicadas a 
petróleo e gás
sÉRIE PETRÓLEO E GÁs
Metrologia e 
instruMentação 
aplicadas a 
petróleo e gás
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI
Robson Braga de Andrade
Presidente
DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA – DIRET
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educação e Tecnologia
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI
Conselho Nacional
Robson Braga de Andrade
Presidente
SENAI – Departamento Nacional
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor Geral 
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operações
Metrologia e 
instruMentação 
aplicadas a 
petróleo e gás
sÉRIE PETRÓLEO E GÁs
© 2014. SENAI – Departamento Nacional
© 2014.SENAI – Departamento Regional do Rio de Janeiro
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Ficha catalográFica
Catalogação-na-Publicação (CIP) – Brasil 
Biblioteca Artes Gráficas – SENAI-RJ
SENAI/DN.
Metrologia e instrumentação aplicadas a petróleo e gás / SENAI/DN [e]
SENAI/RJ. – Brasília : SENAI/DN, 2014.
168 p. : il. ; 29,7 cm. – (Série Petróleo e Gás).
ISBN 978-85-7519-602-1
1. Indústria petroquímica. 2. Metrologia. I. SENAI/RJ. II. Serviço Nacional 
de Aprendizagem Industrial. III. Título. IV. Série.
CDD: 665.5
S491m
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Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br
SENAI
Serviço Nacional de 
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Lista de ilustrações
Figura 1 – Planta de processo para miniqueimador .............................................................................................15
Figura 2 – Símbolos e números formam as grandezas físicas ...........................................................................19
Figura 3 – Definição de jarda .........................................................................................................................................21
Figura 4 – Relação entre as unidades de medida do sistema inglês ..............................................................21
Figura 5 – Instrumentos de medição dimensional ................................................................................................23
Figura 6 – Símbolo do ILAC ............................................................................................................................................23
Figura 7 – Cadeia de rastreabilidade ..........................................................................................................................24
Figura 8 – Diagrama de causa e efeito aplicado a confirmação metrológica ..............................................25
Figura 9 – Constatação da calibração do equipamento ......................................................................................26
Figura 10 – Etiquetas de controle interno de calibração ...................................................................................27
Figura 11 – Modelo de certificado de calibração ...................................................................................................30
Figura 12 – Bloco padrão retangular .........................................................................................................................32
Figura 13 – Paquímetro analógico e paquímetro digital ....................................................................................35
Figura 14 – Paquímetro: características e aplicações ...........................................................................................35
Figura 15 – Características do micrômetro ..............................................................................................................36
Figura 16 – Relógio comparador .................................................................................................................................37
Figura 17 – Relógio comparador montado com o súbito ...................................................................................37
Figura 18 – Surgimento de uma norma ....................................................................................................................38
Figura 19 – Com as normas, o mundo está conectado .......................................................................................38
Figura 20 – Símbolo de acreditação do Inmetro ....................................................................................................40
Figura 21 – Na plataforma de petróleo, a instrumentação.................................................................................43
Figura 22 – Sala de controle com instrumentos de medição ............................................................................45
Figura 23 – Operação do sistema de aquisição de dados ..................................................................................46
Figura 24 – Sistema supervisório .................................................................................................................................47
Figura 25 – Arquitetura de uma rede industrial .....................................................................................................48
Figura 26 – Manômetro com contato elétrico ........................................................................................................56
Figura 27 – Escala de instrumento analógico .........................................................................................................58
Figura 28 – Manômetro analógico ..............................................................................................................................61
Figura 29 – Manômetro tipo U .....................................................................................................................................63
Figura 30 – Manômetro elástico ..................................................................................................................................65
Figura 31 – Manômetro elástico bourdon tipo C ...................................................................................................66
Figura 32 – Manômetro de pressão diferencial tipo bourdon em C ...............................................................66
Figura 33 – Manômetro tipo hélice ou espiral ........................................................................................................67
Figura 34 – Manômetro com enchimento com glicerina ...................................................................................68
Figura 35 – Tipos de amortecedores de vibração de um manômetro ...........................................................68
Figura 36 – Sensor capacitivo .......................................................................................................................................68
Figura 37 – Nível do reservatório .................................................................................................................................71
Figura 38 – Medição com régua e boia .....................................................................................................................72
Figura 39 – Visor de vidro tubular ...............................................................................................................................72
 Figura 40 – Medidor tipo pressão...............................................................................................................................73
Figura 41 – Tanque aberto – Nível máximo e mínimo .........................................................................................74
Figura 42 – Tanque fechado ..........................................................................................................................................75
Figura 43 – Volume de água no reservatório ..........................................................................................................76
Figura 44 – Termômetro de capela .............................................................................................................................79
Figura 45 – Relação entre as grandezas ....................................................................................................................79
Figura 46 – Termômetro de bulbo ...............................................................................................................................80
Figura 47 – Sensor Pt-100...............................................................................................................................................81
Figura 48 – Pt-100 de dois fios ......................................................................................................................................83
Figura 49 – Pt-100 de três fios .......................................................................................................................................84
Figura 50 – Experiência de Seebeck ...........................................................................................................................84
Figura 51 – Experiência de Peltier ...............................................................................................................................85
Figura 52 – Efeito Thomson ...........................................................................................................................................85
Figura 53 – Lei do Circuito Homogêneo ...................................................................................................................85
Figura 54 – Lei das Temperaturas Intermediárias ..................................................................................................86
Figura 55 – Lei do Metal Intermediário .....................................................................................................................86
Figura 56 – Junção termopar ........................................................................................................................................87
Figura 57 – Junção a frio .................................................................................................................................................87
Figura 58 – Circuito do termopar.................................................................................................................................88
Figura 59 – Termopares convencionais .....................................................................................................................88
Figura 60 – Curvas características de termopares .................................................................................................90
Figura 61 – Cores dos termopares ...............................................................................................................................91
Figura 62 – Cores dos cabos de extensão .................................................................................................................92
Figura 63 – Cores e temperaturas dos termopares ...............................................................................................92
Figura 64 – Transmissor de temperatura .................................................................................................................93
Figura 65 – Medidor de vazão (Coriolis) ...................................................................................................................95
Figura 66 – Placas de orifício .........................................................................................................................................96
Figura 67 – Placa de orífício numa tubulação .........................................................................................................98
Figura 68 – Tubo Venturi ................................................................................................................................................99
Figura 69 – Tubo clássico .............................................................................................................................................99
Figura 70 – Tubo retangular .......................................................................................................................................99
Figura 71 – Tubo de Pitot ............................................................................................................................................. 101
Figura 72 – Annubar ...................................................................................................................................................... 102
Figura 73 – Medidor tipo turbina ............................................................................................................................. 103
Figura 74 – Recomendação de montagem do medidor de vazão tipo turbina ...................................... 104
Figura 75 – Simbologia do vórtex conforme ISA S 5.1 ...................................................................................... 105
Figura 76 – Medidor tipo vórtex ............................................................................................................................... 105
Figura 77 – Erro e número de Reynolds ................................................................................................................ 106
Figura 78 – Medidor tipo vórtex com redundância ........................................................................................... 107
Figura 79 – Simbologia do ultrassom conforme ISA S 5.1 ............................................................................... 108
Figura 80 – Estrutura do Coriolis ............................................................................................................................... 109
Figura 81 – Modelos de Coriolis ................................................................................................................................ 109
Figura 82 – Força de Coriolis ...................................................................................................................................... 111
Figura 83 – Medidor de magnético de vazão ...................................................................................................... 112
Figura 84 – Válvula de controle ................................................................................................................................. 115
Figura 85 – Válvula de controle pneumática ........................................................................................................ 118
Figura 86 – Malha de controle ................................................................................................................................... 119
Figura 87 – Modelo de válvula globo ...................................................................................................................... 119
Figura 88 – Componentes da válvula globo ......................................................................................................... 120
Figura 89 – Tipos de corpo – válvula globo .......................................................................................................... 120
Figura 90 – Modelo de válvula gaiola .....................................................................................................................121
Figura 91 – Tipos de obturadores internos ........................................................................................................... 121
Figura 92 – Válvulas de deslocamento rotativo ................................................................................................... 122
Figura 93 – Válvulas de controle ............................................................................................................................... 123
Figura 94 – Tipos de castelos ...................................................................................................................................... 125
Figura 95 – Castelo normal ......................................................................................................................................... 125
Figura 96 – Tipos de atuador ...................................................................................................................................... 126
Figura 97 – Alteração do obturador e sede da válvula ..................................................................................... 127
Figura 98 – Esquema de montagem de uma válvula auto-operada ........................................................... 128
Figura 99 – Na planta, o controle do processo .................................................................................................... 131
Figura 100 – Malha aberta .......................................................................................................................................... 132
Figura 101 – Malha fechada ........................................................................................................................................ 133
Figura 102 – Ação on-off .............................................................................................................................................. 134
Figura 103 – Ciclo de abertura e fechamento do contato do termostato ................................................. 134
Figura 104 – Reservatório com o nível – saída 50% ........................................................................................... 136
Figura 105 – Reservatório com o nível – saída 60% ........................................................................................... 137
Figura 106 – Valor da ação integral .......................................................................................................................... 139
Figura 107 – Refinaria em operação ........................................................................................................................ 143
Figura 108 – Condutibilidade térmica de gases e vapores ............................................................................. 144
Figura 109 – Análise de gases e o espectro eletromagnético ........................................................................ 146
Figura 110 – Tipo dispersante .................................................................................................................................... 147
Figura 111 – Tipo não dispersante ........................................................................................................................... 147
Figura 112 – Gráfico de analisador contínuo ....................................................................................................... 148
Figura 113 – Gráfico de um espectrômetro .......................................................................................................... 148
Figura 114 – Efeito Quincke ........................................................................................................................................ 149
Figura 115 – Células eletroquímicas ....................................................................................................................... 150
Figura 116 – Concentração de oxigênio no ar atmosférico ........................................................................... 151
Figura 117 – Mistura e separação de pigmentos ............................................................................................... 152
Figura 118 – Classificação da cromatologia ......................................................................................................... 153
Figura 119 – Interpretação dos gráficos da cromatografia gasosa ............................................................. 154
 Figura 120 – Malha de realimentação .................................................................................................................... 157
 Figura 121 – Controle em cascata ........................................................................................................................... 158
 Figura 122 – Controle de relação ............................................................................................................................. 158
 Figura 123 – Controle de range dividido............................................................................................................... 159
 Figura 124 – Processo variável .................................................................................................................................. 161
 Figura 125 – Variação amortecida ........................................................................................................................... 162
 Figura 126 – Ganho proporcional crítico e o tempo ........................................................................................ 163
1. Introdução .......................................................................................................................................................................15
2. Sistemas de grandezas ...............................................................................................................................................19
2.1 Sistema métrico ou Sistema Internacional (SI) .................................................................................20
2.2 Sistema inglês ..............................................................................................................................................20
2.3 Introdução à Metrologia Dimensional .................................................................................................22
2.3.1 Campo de aplicação.................................................................................................................23
2.3.2 Termos e definições ..................................................................................................................23
2.3.3 Comprovação metrológica ....................................................................................................25
2.3.4 Certificado de calibração .......................................................................................................28
2.4 Conversão de unidades .............................................................................................................................31
2.4.1 Algumas conversões de unidades comumente utilizadas no petróleo e gás ....32
2.5 Múltiplos e submúltiplos ..........................................................................................................................33
2.6 Instrumentos de medida (medidas lineares) .....................................................................................34
2.7 Noções de normas e legislação aplicada à Metrologia ..................................................................38
2.7.1 Normas internacionais ............................................................................................................39
2.7.2 Normas na metrologia ............................................................................................................40
3. Introdução à instrumentação ...................................................................................................................................433.1 Métodos de classificação de instrumentos de medição ...............................................................44
3.2 Histórico dos sistemas de controle .......................................................................................................45
3.2.1 Controle manual (local) ..........................................................................................................45
3.2.2 Controle centralizado ..............................................................................................................45
3.2.3 Controle digital ..........................................................................................................................45
3.2.4 Elementos de um sistema de instrumentação/automação ......................................49
3.2.5 Critérios gerais para instrumentação de uma planta industrial ...............................54
3.3 Conceitos de medição ...............................................................................................................................55
3.3.1 Limites do instrumento de medição ..................................................................................56
3.3.2 Range ou banda de medição ................................................................................................57
3.3.3 Span ..............................................................................................................................................57
3.3.4 Erro .................................................................................................................................................57
3.3.5 Repetitividade ...........................................................................................................................58
3.3.6 Zona morta ..................................................................................................................................58
3.3.7 Sensibilidade ..............................................................................................................................58
 sumário
4. Pressão ..............................................................................................................................................................................61
4.1 Pressão atmosférica ....................................................................................................................................62
4.2 Pressão manométrica ou pressão relativa positiva .........................................................................62
4.3 Vácuo ou pressão relativa negativa ......................................................................................................62
4.4 Pressão absoluta ..........................................................................................................................................62
4.5 Pressão estática ............................................................................................................................................63
4.6 Pressão dinâmica .........................................................................................................................................63
4.7 Medidores de pressão ...............................................................................................................................63
4.7.1 Medidores de pressão de coluna líquida .........................................................................63
4.7.2 Medidores de pressão elásticos ...........................................................................................64
4.7.3 Manômetro tipo bourdon em C ..........................................................................................66
4.7.4 Manômetro de pressão diferencial tipo bourdon em C .............................................66
4.7.5 Manômetro com bourdon tipo hélice ou espiral ..........................................................67
4.7.6 Instalação de manômetros ....................................................................................................67
4.8 Sensor capacitivo ........................................................................................................................................68
5. Nível ..................................................................................................................................................................................71
5.1 Métodos de medição de nível para líquidos .....................................................................................72
5.1.1 Medição direta ...........................................................................................................................72
5.1.2 Medição de nível indireta ......................................................................................................73
6. Temperatura ...................................................................................................................................................................79
6.1 Termômetro tipo bulbo .............................................................................................................................80
6.2 Termorresistências ......................................................................................................................................81
6.2.1 Instalação de um Pt-100 .........................................................................................................83
6.2.2 Ligação de um Pt-100 de dois fios ......................................................................................83
6.2.3 Ligação de um Pt-100 de três fios .......................................................................................84
6.3 Efeitos termoelétricos ................................................................................................................................84
6.4 Junções ...........................................................................................................................................................87
6.4.1 Junção termopar .......................................................................................................................87
6.4.2 Junção a frio na condição de referência ...........................................................................87
6.4.3 Cabos de extensão ...................................................................................................................87
6.4.4 Cabos de compensação ..........................................................................................................88
6.5 Circuito do termopar ..................................................................................................................................88
6.5.1 Termopares convencionais ....................................................................................................88
6.5.2 Termopar de isolação mineral (exigência N-1882) ........................................................89
6.5.3 Curvas características de termopares ................................................................................90
6.6 Transmissores de temperatura ..............................................................................................................93
7. Medição de vazão .........................................................................................................................................................95
7.1 Princípios e definições ...............................................................................................................................95
7.2 Classificação dos instrumentos de vazão ...........................................................................................96
7.2.1 Elementos primários deprimogênios ................................................................................96
7.3 Aplicações de cada tipo de placa ..........................................................................................................977.3.1 Vazão teórica ...............................................................................................................................98
7.3.2 Tubo Venturi ................................................................................................................................99
7.3.3 Tubo de Pitot............................................................................................................................ 100
7.3.4 Annubar ..................................................................................................................................... 102
7.3.5 Medidor de vazão tipo turbina ......................................................................................... 103
7.4 Instrumentos de medição de velocidade ........................................................................................ 104
7.4.1 Medição de vazão por vórtices (vórtex)......................................................................... 104
7.4.2 Medidor tipo vórtex .............................................................................................................. 105
7.4.3 Medidor tipo vórtex: erro e número de Reynolds ...................................................... 106
7.4.4 Medição de vazão por ultrassom ou ultrassônico ..................................................... 107
7.4.5 Medição baseada no princípio de tempo de trânsito .............................................. 108
7.4.6 Medição de vazão por Coriolis .......................................................................................... 109
7.4.7 Medidor de magnético de vazão ..................................................................................... 112 
8. Válvulas .......................................................................................................................................................................... 115
8.1 Classificação quanto à finalidade e ao tipo ..................................................................................... 115
9. Controle automático de processos ..................................................................................................................... 131
9.1 Formas de atuação do controlador .................................................................................................... 133
10. Analisadores de gases ........................................................................................................................................... 143
10.1 Conceito .................................................................................................................................................... 143
10.2 Tipos de analisadores de gás ............................................................................................................. 143
10.3 Analisadores de gases por condutibilidade térmica ................................................................. 144
10.4 Analisadores por absorção de raios infravermelhos ................................................................. 146
10.5 Analisadores paramagnéticos ........................................................................................................... 149
10.6 Analisador de oxi-zircônia (Eletroquímico)................................................................................... 150
10.7 Cromatografia ......................................................................................................................................... 152
11. Malhas de controle ............................................................................................................................................... 157
11.1 Tipos de malhas de controle ............................................................................................................ 157
12. Sintonia de malhas ................................................................................................................................................. 161
12.1 Método de aproximações sucessivas ............................................................................................. 161
12.2 Ziegler e Nichols (malha de realimentação)................................................................................. 162
Referências ........................................................................................................................................................................ 165
Introdução
Se
na
i-R
J
Figura 1 – Planta de processo para miniqueimador
1
Atualmente, com o vislumbramento do pré-sal e com a exploração das grandes bacias petro-
líferas1, o Brasil se consolidou como um mercado forte, competitivo e promissor no cenário glo-
balizado da indústria dos combustíveis fósseis e, de acordo com a lei da procura e oferta, quan-
to mais promissor é o mercado, maior é a necessidade de mão de obra qualificada para traba-
lhar na produção, armazenamento e refino do petróleo. Nessa unidade curricular, estudaremos 
técnicas básicas que constroem uma base forte e alicerçada para a interação do técnico em pe-
tróleo e gás com plantas produtivas.
Aqui aprenderemos os conceitos de instrumentação básica e como garantir a manutenção e 
a confiabilidade metrológica dos sistemas de medição e/ou instrumentos de medição.
Dentre as diversas variáveis dos processos produtivos de Petróleo e Gás, podemos destacar 
a vazão, temperatura e pressão (variáveis apresentadas na Figura 1) que atuam sobre os proces-
sos produtivos de forma conjunta e influenciam diretamente no produto acabado, ou seja, são 
de vital importância para a sobrevivência das plantas produtivas do seu segmento de atuação. 
Portanto, como técnicos da área, devemos e iremos conhecer as definições, instrumentos, mé-
todos de medição, técnicas de transmissão e controle e características metrológicas aplicáveis 
à área de Petróleo e Gás.
Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás16
1 PETROLíFERA
Indústria de petróleo.
Os conhecimentos disponíveis nesse livro didático são de grande importância 
para o desenvolvimento e compreensão de diversos conceitos necessários para 
um profissional capacitado, competitivo e disputado na área do petróleo e gás. Se 
lance nesse desafio e busque cada vez mais, pois você é o único responsável pelo 
seu sucesso.
Metrologia e Instrumentação Aplicadas a Petróleo e Gás
COMPONENTES CURRICULARES CARGA HORáRIA
Módulo Básico
Módulo 
Específico 
Profissional 
(1ª Etapa)
Módulo 
Específico 
Profissional 
(2ª Etapa)
CARGA HORáRIA TOTAL – TéCNICO EM PETRóLEO E GáS: 1.200H
Fundamentos Técnicos e Científicos de Petróleo e Gás
Comunicação e Informática – 32h
Fundamentos da Indústria de Petróleo e Gás – 60h
QSMS – Qualidade, Saúde, Meio Ambiente e 
Segurança Aplicados a Petróleo e Gás – 24h
QSMS – 24hMetrologia e Instrumentação 
Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h
Química Aplicada a Petróleo e Gás – 80h
Física e Matemática Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h
Operação de Sistema Produtivo na Cadeia de Petróleo e Gás
Exploração Onshore e Offshore – 160h
Tecnologias do Sistema Produtivo Onshore e Offshore – 160h
Processamento do Petróleo e Gás – 100h
Logística e Manutenção da Cadeia de Petróleo e Gás – 64h
Planejamento e Atividade na Cadeia de Petróleo e Gás
Gestão de Pessoas – 40h
Gestão da Produção – 80h
Controle da Qualidade de Insumos, Produtos e Processos 
na Cadeia de Petróleo e Gás
Ensaios Analíticos na Cadeia de Petróleo e Gás – 80h
Avaliação de Desempenho de Insumos, 
Produtos e Processos – 60h
Manutenção em Sistemas Produtivos na 
Cadeia de Petróleo e Gás
Manutenção Industrial – 100h
356h
484h
360h
17
Anotações:
1 Introdução
Você está todo o tempo lidando com números e unidades de medida, que são a representa-
ção quantitativa de um fenômeno, ou seja, uma grandeza. Essa representação é composta por 
um número associado a uma unidade.
Segundo o Vocabulário Internacional de Metrologia – Conceitos fundamentais e gerais etermos 
associados (VIM 2012), grandeza é “Propriedade de um fenômeno, de um corpo ou de uma subs-
tância, que pode ser expressa quantitativamente sob a forma de um número e de uma referên-
cia”; logo, um sistema de grandezas é a associação de um conjunto de grandezas e de um con-
junto de relações não contraditórias entre si.
 Os dois principais sistemas de grandezas utilizados são:
sistemas de grandezas
2
Figura 2 – Símbolos e números formam as grandezas físicas
Sistema métrico ou 
Sistema Internacional (SI) Sistema inglês
S =
n – 1
k = 1
∑ (Xk – X)2
In
-F
ól
io
/A
nd
ré
 B
rit
o
20 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
2.1 sIsTEma mÉTRIcO Ou sIsTEma InTERnacIOnaL (sI)
Atualmente, o sistema métrico ou Sistema Internacional (SI) é um dos sistemas 
de grandezas mais utilizados. O sistema métrico decimal é baseado no metro, em 
seus múltiplos e em seus submúltiplos, valendo-se da potência de 10. Um sistema 
prático que foi difundido nas demais grandezas de base, quais sejam:
Grandezas de base e suas unidades
Para conhecer todas as unidades de base e unidades derivadas 
do SI você pode acessar a tradução da publicação BIPM em 
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pdf/Resumo_SI.pdf
saiba 
mais
2.2 sIsTEma InGLês 
Sistema predominante na Inglaterra e nos Estados Unidos da América, o siste-
ma inglês é baseado na jarda. Muito utilizado no Brasil devido à influência das em-
presas estrangeiras em nosso país.
GRANDEZA UNIDADE SíMBOLO
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Intensidade de corrente elétrica ampère A
Temperatura termodinâmica Kelvin K
Quantidade de matéria mol mol
Intensidade luminosa candela cd
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
A definição de metro, segundo o Birô 
Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), é:
 O trajeto que a luz percorre 
no vácuo durante 
o intervalo de tempo de 
1/299.792.458 do segundo
2 SiStemaS de grandezaS 21
A jarda foi definida como sendo a distância entre a ponta do nariz do rei e seu 
polegar estendido. 
A jarda foi oficializada pelo Rei Henrique I no século XII, devido à sua grande 
utilização. Outras unidades foram criadas por força de lei: a polegada, o pé e a mi-
lha terrestre. Compondo o sistema inglês, veja a seguir suas relações:
1 jarda = 3 pés = 36 polegadas
1 polegada = 25,4mm
1 pé = 12 polegadas
1 milha terrestre = 1.760 jardas = 5.280 pés
Figura 4 – Relação entre as unidades de medida do sistema inglês
1 jarda
1 jarda
1 jarda – 3 pés
Figura 3 – Definição de jarda
1 pé – 
12 polegadas
1 polegada
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
22 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
A polegada, unidade adotada pelo sistema inglês em mecânica, pode ser re-
presentada por dois sistemas:
Sistema binário (fracionário) 
Que é caracterizado por dividir por 2 a unidade e suas frações, obtendo-se o se-
guinte:
Sistema decimal
Caracterizado por ter uma potência de base dez no denominador:
= = 0,001"1"103
1"
1000
= = 0,1"1"101
1"
10=
=
=
= 1 "1"10º
1"
1
= 0,0001"1"104
1"
10000
= 0,01"1"102
1"
100
O VIM é o documento oficial de termos técnicos relaciona-
dos à área de metrologia e qualidade e está disponível para 
download gratuitamente no site do Inmetro no link:
http://www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/vim_2012.pdf.
saiba 
mais
2.3 InTROduçãO à mETROLOGIa dImEnsIOnaL
Metrologia é a ciência das medições, ou seja, estuda todos os fatores que in-
fluenciam os resultados de medições e como trabalhar mediante tais influências. 
A metrologia no Brasil é dividida em três grandes áreas:
Metrologia 
Científica
Metrologia 
Industrial
Metrologia 
Legal
Você está estudando o tema na área de petróleo e gás; portanto, deve focar 
seus esforços na Metrologia Científica e Industrial, que, por sua vez, pode ser sub-
dividida em diversas áreas ou grandezas. Neste módulo em particular, vamos tra-
balhar os conceitos de Metrologia aplicada à grandeza comprimento, também co-
nhecida como Metrologia Dimensional.
1", 1
2"
, 1
4"
, 1
8"
, 1
16"
, 1
32"
, 1
64"
, 1
128"
2 SiStemaS de grandezaS 23
2.3.1 camPO dE aPLIcaçãO
A Metrologia Dimensional é amplamente aplicada na indústria metal-mecânica, 
petróleo e gás, automotiva e têxtil, entre outras. Dentro da área de atuação, a Metro-
logia Dimensional permite controlar os processos fabris, desde o projeto até o pro-
duto final; pode-se comparar uma peça fabricada ao seu projeto inicial e analisar se 
a peça foi fabricada dentro das especificações estabelecidas ao projeto.
2.3.2 TERmOs E dEfInIçõEs
Assim como qualquer outro campo tecnológico-científico, a Metrologia possui 
um vocabulário técnico próprio, normalizado e reconhecido em todos os países 
que fazem parte do acordo ILAC2 (International Laboratory Accreditation Coopera-
tion), esse vocabulário é o VIM. Explore o significado dos principais termos aplica-
dos à Metrologia, inclusive, à Metrologia Dimensional.
 Figura 5 – Instrumentos de medição dimensional
Br
un
o 
N
ep
om
uc
en
o 
do
s 
Sa
nt
os
Figura 6 – Símbolo do ILAC
Se
na
i-R
J
24 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
1 – Comprovação metrológica
Conjunto de operações necessárias para assegurar que o instrumento de me-
dição esteja preparado para o uso pretendido, dando suporte ao sistema de 
gestão da qualidade.
2 – Sistema de gestão da qualidade
Diretrizes para melhorar continuamente o desempenho, levando em conside-
ração, ao mesmo tempo, as necessidades de todas as partes interessadas.
3 – Método de medição
Descrição genérica de uma sequência lógica de operações utilizadas em uma 
medição.
4 – Calibração
Operação que estabelece, sob condições específicas, uma relação entre os va-
lores e as incertezas estabelecidos por padrões e as indicações corresponden-
tes às incertezas associadas de um mensurando.
5 – Mensurando
Aquilo que se pretende medir (grandeza).
6 – Padrão
Definição de uma grandeza usada como referência, com um valor associado e 
uma incerteza de medição associada.
7 – Rastreabilidade
Propriedade de um resultado de medição que garante a relação entre os valores 
obtidos na calibração por uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações.
Hierarquia do sistema metrológico
 Unidades do SI
 Padrões internacionais
 Padrões dos Institutos 
Nacionais de Metrologia
 Padrões de referência 
dos laboratórios de 
calibração e de ensaios
 Laboratórios do chão 
de fábrica
Figura 7 – Cadeia de rastreabilidade
BIPM
Padrões 
nacionais
Ra
st
re
ab
ili
da
de
D
issem
inação
Comparabilidade
Calibração e ensaio
Laboratórios do chão de fábrica
2 ILAC
É um acordo de 
reconhecimento mútuo entre 
36 organismos de acreditação 
de 28 países diferentes, um 
acordo que reconhece a 
equivalência dos sistemas de 
acreditação, certificados de 
calibração e relatórios de 
medição entre os organismos 
de acreditação que assinaram 
o acordo. 
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
2 SiStemaS de grandezaS 25
8 – Resultado de medição
Conjunto de valores atribuídos a um mensurando disponíveis em seu certifica-
do de calibração.
9 – Erro de medição
Diferença entre o valor medido do mensurando e do padrão.
10 – Incerteza de medição
Parâmetro que caracteriza a dispersão dos valores atribuídos a um mensurando.
Um vocabulário técnico afiado é fundamental para inter-
pretar os resultados das calibrações dos instrumentos que 
controlam sua planta produtiva e, paralelamente, para a 
tomada de decisões para melhorar os processos produti-
vos e otimizar a utilização de instrumentos de medição.
VOCÊ
sabia?
2.3.3 cOmPROvaçãO mETROLÓGIca
Você aprendeu que comprovação metrológica é um conjunto de ações impor-
tantíssimas para garantir a manutenção da planta produtiva e do sistema de ges-
tão da qualidade, agora vai entender como implementá-la e a importância de su-
as ferramentas.
Preservação
Condições 
ambientais
Equipamento
Calibração
Procedimentos 
e registros
Situação do 
instrumento
Comprovação 
metrológicaFigura 8 – Diagrama de causa e efeito aplicado à confirmação metrológica
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
Para isso, você deve 
compreender cada um dos 
conceitos apresentados no 
diagrama de causa e efeito,3 
aplicá-los e monitorá-los 
visando à melhoria contínua 
dos processos industriais.
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
26 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Equipamento
Escolher bem um equipamento ou instrumento de medição é fundamental pa-
ra garantir o atendimento aos requisitos exigidos para a execução de uma deter-
minada tarefa. Devemos levar em consideração:
Dados sobre a exatidão do instrumento.
O erro aceitável pelo processo ou peça a ser medida.
A incerteza de medição do seu instrumento.
A resolução do seu instrumento.
Calibração
Necessária para garantir que os valores da grandeza em medição possuam rastrea-
bilidade e para determinar as correções ao processo. Deve-se garantir que todos os ins-
trumentos que influenciam diretamente na qualidade do produto sejam calibrados. 
3 DIAGRAMA DE CAUSA 
E EFEITO OU DIAGRAMA 
DE ISHIkAwA
É uma ferramenta da 
qualidade utilizada para 
estudar separadamente as 
particularidades de um 
processo. 
 Figura 9 – Constatação da calibração do equipamento
In
-F
ól
io
/A
nd
ré
 B
rit
o/
Cr
is
 M
ar
ce
la
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
Essas calibrações devem ocorrer 
em laboratórios de calibração 
especializados e que obedeçam 
aos requisitos da norma ABNT NBR 
ISO/IEC 17025 – Requisitos gerais 
para a competência de laboratórios 
de ensaio e calibração.
In
-F
ól
io
/A
nd
ré
 B
rit
o
Equipamento 
calibrado em 
22/08/2012
2 SiStemaS de grandezaS 27
Situação do instrumento
Todo instrumento ou equipamento de medição deve ter uma identificação 
unívoca, o cadastro com seus dados, seu histórico de calibrações e manuten-
ções. O instrumento deve manter uma etiqueta todo o tempo contendo, pelo 
menos, o seguinte:
Número de identificação do instrumento ou equipamento.
Número do certificado de calibração.
Data da calibração.
Data da próxima calibração.
Deve-se também identificar a condição de uso do equipamento, geralmente 
com um sistema de cores ou sistema equivalente; todavia, deve estar documenta-
do e de fácil acesso à consulta por todos os colaboradores. 
SENAI – RJ
CTS Automação e Simulação
Traçador de Altura
LABDIM-068
SENAI – RJ
CTS Automação e Simulação
Traçador de Altura
LABDIM-068
Certificado n° 0285/12
Calibração: 12/10/2012
Próx. Calibração: 10/2013
SENAI – RJ
CTS Automação e Simulação
Traçador de Altura
LABDIM-068
Fora de uso ou não conforme
Em uso ou conforme
Calibração desnecessária
A frequência de calibração é definida pelo detentor do equipa-
mento; nenhum laboratório de calibração pode determinar o 
prazo de calibração dos seus equipamentos e/ou instrumentos de 
medição.
Fique
alerta
Figura 10 – Etiquetas de controle interno de calibração 
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
28 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Procedimentos e registros
É a descrição detalhada de um processo; na comprovação metrológica, apli-
cam-se procedimentos – sempre que necessário – para métodos de calibração, 
controle de equipamentos, critérios de aceitação, métodos de ajuste, correção e 
reparos, tolerância de processos, condições ambientais, frequência de calibração, 
controle de equipamento ou instrumento não conforme e ações a serem tomadas 
em caso de não conformidade, designação de pessoal e registros.4
Condições ambientais
Devem respeitar valores máximos e mínimos de acordo com normas e/ou porta-
rias inerentes ao processo, recomendação de fabricantes, especificações de produ-
to e procedimento interno da empresa. Você deve registrar e controlar as condições 
ambientais quando estas influenciarem diretamente um ou mais processos. 
4 REGISTROS
5 TEMPERATURA DE 
ACOMODAçãO TéRMICA
6 REQUISITOS
São documentos que 
confirmam o planejamento da 
empresa e estão sujeitos aos 
mesmos procedimentos 
quanto a disponibilidade, 
controle, arquivo, indexação etc.
É a temperatura que um 
instrumento deve alcançar 
antes de ser utilizado para 
garantir suas características 
metrológicas.
São as condições impostas para 
que uma empresa se adéque a 
uma determinada norma. 
Condições ambientais que podem 
influenciar um processo:
Temperatura ambiente
�Temperatura de acomodação térmica5 
de instrumentos de medição 
Pressão atmosférica
Vibração 
Eletricidade estática
Interferência eletromagnética
Umidade relativa do ar
Iluminação
Preservação
Muito importante para prevenir deterioração, perdas e danos durante o manuseio, 
transporte e armazenamento. A correta preservação dos equipamentos e/ou instru-
mentos de medição aumenta sua vida útil e pode diminuir os erros de medição.
2.3.4 cERTIfIcadO dE caLIbRaçãO
É um documento que evidencia o resultado da calibração de um instrumento, 
reunindo informações solicitadas pelo cliente, o método utilizado na calibração e 
o resultado de medição. Todo certificado de calibração deve atender aos requisi-
tos6 da norma ABNT NBR ISO 17025, que diz que um certificado de calibração de-
ve conter ao menos as seguintes informações:
2 SiStemaS de grandezaS 29
a – Um título (Certificado de Calibração).
b – Nome e endereço do laboratório e o local onde as calibrações foram reali-
zadas, caso sejam diferentes do endereço do laboratório.
c – Identificação unívoca do certificado de calibração (número de série, por 
exemplo); em cada página uma identificação que assegure que a página seja re-
conhecida como uma parte do relatório de calibração e uma identificação do final 
do relatório de ensaio ou certificados de calibração (número de folhas: 1 de 2).
d – Nome e endereço do cliente.
e – Identificação do método de calibração utilizado.
f – Descrição, condição e identificação unívoca dos itens calibrados.
g – Resultados de calibração com as unidades de medida de acordo com o SI, 
que foram apropriado.
h – Nome, função e assinatura ou identificação equivalente da pessoa autori-
zada para emissão do relatório de certificado de calibração.
i – Onde pertinente, uma declaração de que os resultados se referem somente 
aos itens calibrados.
j – Registro das condições ambientais que influenciam os resultados de medi-
ção dos instrumentos em calibração.
k – A incerteza de medição estimada.
l – Evidência da rastreabilidade dos padrões utilizados.
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
A Figura 11, na página a 
seguir, mostra um modelo 
de certificado de calibração 
para que você possa 
colocar em prática o que 
aprendeu e identificar cada 
um dos elementos 
essenciais de um 
certificado de calibração.
30 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Figura 11 – Modelo de certificado de calibração
Se
na
i-R
J
2 SiStemaS de grandezaS 31
2.4 cOnvERsãO dE unIdadEs
A partir da associação entre as unidades de base estudadas em Sistema de Gran-
dezas, surgem as denominadas unidades derivadas, que são unidades expressadas 
para o relacionamento entre duas ou mais grandezas, gerando uma nova grandeza.
Exemplo F = m . a
Se analisarmos as unidades, relacionando-as, temos:
Na fórmula acima, associamos três grandezas para gerar uma nova, multipli-
cando a grandeza massa com a divisão das grandezas comprimento e tempo ob-
tivemos a grandeza força. Existe uma gama de grandezas e unidades que surgem 
a partir da associação de unidades de base.
Algumas unidades SI derivadas
N = kg . m
S2
Em que:
N – Newton (grandeza força)
kg – quilograma (grandeza massa)
m – metro (grandeza comprimento)
s – segundo (grandeza tempo)
GRANDEZA DERIVADA UNIDADE DERIVADA SíMBOLO
Área Metro quadrado m²
Volume Metro cúbico m³
Velocidade Metro por segundo m/s
Aceleração Metro por segundo ao quadrado m/s²
Massa específica Quilograma por metro cúbico kg/m³
Força Newton N
Pressão Pascal Pa
Energia Joule J
Carga elétrica Coulomb C
Diferença de potencial Volt V
Resistência elétrica Ohm Ω
Indutância Henry H
CapacitânciaFarad F
Vazão Metro cúbico por segundo m³/s
Volume específico Metro cúbico m³
Concentração de substância Mol por metro cúbico mol/m³
Iluminância Lux lx
32 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
2.4.1 aLGumas cOnvERsõEs dE unIdadEs cOmumEnTE uTILIzadas 
nO PETRÓLEO E GÁs
 O comprimento de um bloco retangular é o 
mesmo em qualquer parte do mundo, porém sua 
dimensão pode ser expressa de algumas manei-
ras diferentes de acordo com o sistema de gran-
dezas aplicado. Por exemplo, um bloco padrão 
de 25mm (sistema métrico) possui um respecti-
vo valor de comprimento expresso em polega-
das (sistema inglês) que é de 0,984252pol, ou se-
ja, 25mm é equivalente ou igual a 0,984252pol. 
Para converter as unidades de medida de gran-
dezas de mesma natureza basta descobrir a re-
lação entre as unidades.
Para estabelecer o cálculo da dimensão do bloco na unidade polegada e saben-
do que 1” = 25,4mm, temos:
Se
na
i-R
J
 Figura 12 – Bloco padrão retangular 
Logo:
x – Dimensão do bloco em polegadas
=1"
x
25,4mm
25mm
x = 1" . 25,4mm
25mm
De maneira análoga, somos capazes de descobrir se dois manômetros em dois 
pontos distintos de uma linha de gás, mas de unidades diferentes, estão nos re-
metendo o mesmo valor de pressão.
Manômetro A – 3bar 
Manômetro B – 43,5psi
Sabemos que 1 bar equivale a 14,504psi, então:
1bar  14,504psi
3bar  Xpsi
X = 3 . 14,504
 X = 43,5psi
Concluímos que, apesar das unidades diferentes, a pressão (grandeza em me-
dição) exercida dentro da tubulação é igual nos dois pontos medidos. Para as mais 
diversas aplicações em pressão existem diferentes instrumentos com suas respec-
tivas unidades, e foi convencionada uma tabela (ver página a seguir) para facilitar 
a relação entre as unidades.
2 SiStemaS de grandezaS 33
 Tabela de conversão de unidades da grandeza pressão
2.5 múLTIPLOs E submúLTIPLOs
Ao longo de nossa vida profissional nos depararemos com diversas situações 
em que seremos obrigados a trabalhar com grandezas que são muito grandes ou 
muito pequenas.
Múltiplos e submúltiplos (SI)
FATOR NOME SíMBOLO FATOR NOME SíMBOLO
101 deca da 10–1 deci d
102 hecto h 10–2 centi c
103 quilo k 10–3 mili m
106 mega M 10–6 micro µ
109 giga G 10–9 nano n
1012 tera T 10–12 pico p
1015 peta P 10–15 femto f
1018 exa E 10–18 atto a
1021 zetta Z 10–21 zepto z
1024 yotta Y 10–24 yocto y
Fo
nt
e:
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da
de
s 
(S
I).
 
UNIDADE DE PRESSÃO
Pa (N/m2) kgf/cm2 psi pol.H2O cm.H2O pol.Hg mmHg atm bar
1 1,0197 x 10-5 1,45 x 10-4 4,0147 x 10-3 0,010197 2,953 x 10-4 7,501 x 10-3 9,8692 x 10-6 1 x 10-5
9,8064 x 10-4 1 14,22 393,7 1000 28,96 735,6 0,9678 0,98069
6,8948 x 103 0,07031 1 27,68 70,31 2,036 51,71 0,06805 0,06895
249,08 0,00254 0,03613 1 2,540 0,07355 1,868 0,00246 0,0249
98,064 0,0010 0,01422 0,3937 1 0,02896 0,7356 9,678 x 10-4 9,8064 x 10-4
3,3864 x 103 0,03453 0,4912 13,5951 34,53 1 25,40 0,03342 0,03386
133,32 0,00136 0,01934 0,5352 0,001359 0,03937 1 0,00132 1,3332 x 10-3
1,0133 x 105 1,033 14,69 406,79 1033 29,92 760,0 1 1,0133
1 x 105 1,0197 14,504 401,47 019,7 29,53 750,06 0,98692 1
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
A fim de tornar 
confortável o uso, foram 
adotados prefixos pelo 
Sistema Internacional de 
Unidades (SI) que 
podem ser utilizados 
com qualquer unidade 
de base ou com as 
unidades derivadas com 
nomes especiais.
34 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Como podemos observar, os prefixos podem ser de grande ajuda no manuseio 
de grandezas e suas unidades, permitindo trabalhar de forma rápida e clara e sem-
pre com uma informação correta e precisa.
2.6 InsTRumEnTOs dE mEdIda (mEdIdas LInEaREs)
Seria impossível imaginar o segmento industrial de petróleo e gás sem a medi-
ção precisa de grandezas como pressão, volume, vazão e massa específica, entre 
outras, porém uma grandeza que você ainda não deve ter imaginado ser de vital 
importância neste segmento é a grandeza comprimento, pois todas as grandezas 
citadas acima dependem, de alguma maneira, desta grandeza.
Por exemplo
Ao medirmos a pressão exercida por um fluido contra as paredes de uma tubu-
lação estamos, de maneira geral, calculando a razão entre a força exercida e uma 
área dessa tubulação; portanto, temos:
Exemplos
Em que:
P – Pressão expressa em Pascal (SI)
F – Força expressa em Newton (SI)
A – Área expressa em metros quadrados (SI)
 P(Pa) =
F(N)
A(m2)
Como você viu, a Metrologia Dimensional está diretamente ligada à cadeia pro-
dutiva de petróleo e gás, e para conseguirmos medir com confiabilidade torna-se 
imprescindível a utilização dos Instrumentos de Medidas da grandeza comprimen-
to. Você estudará os principais instrumentos de medida e suas aplicações.
1.000Pa  1 x 103Pa  1MPa
0,001Pa  1 x 10–3Pa  1mPa
2 SiStemaS de grandezaS 35
Paquímetro
Instrumento muito utilizado na indústria para medir peças de maneira rápida e prá-
tica. O paquímetro é um dos instrumentos mais versáteis, pois pode realizar medições 
externas, medições internas, medições de ressaltos e medições de profundidade. A fai-
xa de medição dos paquímetros geralmente inicia-se em 150mm e pode variar até 
1000mm ou mais, em casos de paquímetros especiais.
Os modelos de paquímetro podem variar bastante, porém os mais comuns são 
os paquímetros analógicos com resolução de 0,02mm, 0,05mm, 1/16”, 1/64” ou 
1/128” e paquímetros digitais com resolução de 0,01mm ou 0,001”.
Se
na
i-R
J
Nos modelos analógicos mais comuns, os paquímetros possuem uma escala infe-
rior em milímetros e uma superior em polegadas, fracionária ou milesimal. Nos paquí-
metros digitais você encontra um botão para a conversão da unidade de medição.
Figura 13 – Paquímetro analógico e paquímetro digital
Figura 14 – Paquímetro: características e aplicações
faces de 
medição 
interna
cursor
Encosto 
fixo faces de 
medição 
externaEncosto 
móvelfaces de 
medição 
externa
medida de 
profundidade
vernier 
(polegada)
fixador
Escala 
(polegada)
Haste de 
profundidade
Escala (mm)
Impulsor
Resolução ou valor de uma divisão
nônio ou vernier
medida 
interna
medida 
externa
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
36 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Micrômetro externo
Outro instrumento muito utilizado na indústria é o micrômetro externo, que, 
assim como o paquímetro realiza medidas externas, porém, por possuir uma reso-
lução melhor (0,01mm para os analógicos e 0,001mm para os digitais), é utilizado 
para medição de peças em que se necessita de um nível de confiança maior que 
o do paquímetro. Atualmente a grande maioria dos micrômetros tem uma catra-
ca que informa ao operador quando a força necessária à medição já foi aplicada.
O fuso micrométrico tem 25mm, e as faixas do micrômetro variam de acordo 
com essa dimensão, ou seja, temos micrômetros com faixas de 0 a 25mm, de 25mm 
a 50mm e assim por diante.
Relógio comparador e comparador de diâmetros internos (súbito)
A medição do diâmetro interno de tubulações é fundamental na indústria de 
petróleo e gás, e para realizar esse tipo de medição de maneira prática e rápida 
existe o súbito, que é a junção de um relógio comparador e um dispositivo para 
medição de diâmetros internos.
O relógio comparador é um instrumento utilizado principalmente para compa-
rar medidas e aprovar ou reprovar cotas e peças; e os modelos de relógio compa-
rador são bem diversificados, os relógios mais comuns têm faixas de medição de 
1mm, 10mm, 25mm e 50mm, e sua resolução, dependendo do modelo, pode ser 
de 0,0001mm ou 0,01mm.
Figura 15 – Características do micrômetro
Arco
Batente
Faces 
medição Fuso Bainha
Bucha interna
Porca de ajuste
Catraca
Tambor
Tambor
Trava
Isolante térmico
Se
na
i-R
J
2 SiStemaS de grandezaS 37
O súbito é o instrumento mais utilizado para me-
dição de diâmetros internos na indústria como um 
todo, pois ele é um instrumento que permite com-
parar de maneira extremamente prática a medição 
de um diâmetronominal ou diâmetro com valor de 
referência contra um ou mais diâmetros quaisquer, 
ou seja, se você precisa medir várias peças, como 
em uma linha de produção seriada, o comparador 
de diâmetros internos irá otimizar o trabalho. 
Figura 16 – Relógio comparador
Figura 17 – Relógio comparador 
montado com o súbito
In
-F
ól
io
/P
au
la
 M
ou
ra
É importante observar que 
este instrumento deve ser 
calibrado de maneira a 
garantir os resultados do 
relógio comparador sozinho e 
do conjunto relógio montado 
juntamente com o súbito.
Fique ligado!
Agora você vai 
acompanhar na 
página seguinte as 
normas e a legislação 
aplicada à Metrologia.
Capa do fuso Parafuso de 
fixação do aro
Limitador 
de torerância
Contador 
de voltas
Mostrador
Canhão
Ponta de contato
Fuso
Aro
Ponteiro principal
Limitador 
de torerância
Se
na
i-R
J
In
-F
ól
io
/C
ris
 M
ar
ce
la
38 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
2.7 nOçõEs dE nORmas E LEGIsLaçãO aPLIcada à mETROLOGIa
Normas são documentos estabelecidos por consenso entre partes interessadas 
em um determinado assunto e aprovado por organismo reconhecido; no Brasil, é 
a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas que fornece regras, diretrizes 
ou características para atividades ou para seus resultados. Na prática, os padrões 
normativos estão presentes na transferência de tecnologia, fabricação de produ-
tos e na melhoria da qualidade de vida. Levando em consideração as condições 
funcionais, os requisitos de segurança e aquecimento econômico.
Figura 18 – Surgimento de uma norma
Figura 19 – Com as normas, o mundo está conectado
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As normas são desenvolvidas a partir da identificação de demanda e redigidas 
pelos comitês brasileiros da ABNT (ABNT/CB) e/ou organismos de normalização 
setorial (ONS) credenciados pela ABNT. Estes discorrem sobre um determinado te-
ma. Quando o grupo de estudos chega a um consenso, envia o projeto de norma 
brasileira para consulta pública e após 30 dias de aprovação entra em vigor como 
norma brasileira (NBR). 
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2 SiStemaS de grandezaS 39
Agora que você conhece o que é uma norma, sabe como ela é elaborada e o 
motivo de sua existência, vai conhecer algumas das principais organizações bra-
sileiras em termos de normalização na área de petróleo e gás.
Autarquia federal vinculada ao 
ministério do Desenvolvimento, 
Indústria e Comércio Exterior que 
tem por missão prover confiança 
à sociedade nas medições e nos 
produtos, através da metrologia e 
da avaliação da conformidade.
INMETRO
 Instituto Brasileiro de Petróleo 
Organização privada de fins não 
econômicos que tem como foco a 
promoção do desenvolvimento 
do setor nacional de petróleo, gás 
e biocombustíveis.
IBP
Credenciado na ABNT desde 
1998, visa dotar o setor de 
petróleo com normas técnicas 
que reflitam suas necessidades e 
interesses, baseadas nos 
princípios de representatividade, 
imparcialidade e competência 
técnica.
ONS-34-Petróleo
É uma associação brasileira que 
tem por missão prover 
conhecimento sistematizado, 
por meio de documentos 
normativos. É a responsável pela 
elaboração, comercialização e 
distribuição de normas no Brasil.
ABNT
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2.7.1 nORmas InTERnacIOnaIs
Diante de um mundo globalizado, em que o produto que é fabricado no Brasil 
é comercializado em diversos países, a indústria vê-se obrigada a atender requisi-
tos de normas internacionais, que podem ser traduzidas pela ABNT para uso co-
mum ou podem ser adquiridas em seus países de origem e respectivos organis-
mos internacionais. Veja a seguir os de maior influência no mercado brasileiro.
Qualquer pessoa pode opinar na elaboração de uma nor-
ma, basta acessá-la no site da ABNT na fase de exposição e 
fazer seus comentários. Sendo ou não membro da associa-
ção, seus comentários serão analisados e podem ou não 
tornar-se parte da norma em estudo.
VOCÊ
sabia?
ISO – International Organization for Standardization
IEC – International Eletrotechnical Comission
ITU – International Telecommunications Union
ISA – The Instrumentation, Systems and Automation Society
40 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
2.7.2 nORmas na mETROLOGIa
Como você viu, uma norma surge a partir de uma necessidade. Na metrologia, 
deve-se padronizar as calibrações de instrumentos, garantindo a confiabilidade, a 
eficácia e a rastreabilidade dos métodos de calibração e padrões de instrumentos 
e/ou equipamentos de medição. 
Para conhecer a listagem completa de laboratórios acredita-
dos junto ao Inmetro, acesse:
http://www.inmetro.gov.br/laboratórios/rbc/.
saiba 
mais
Neste capítulo, você conheceu diversos conceitos essenciais para garantir a 
qualidade e a confiabilidade dos processos e dos instrumentos de uma plan-
ta de petróleo e gás. Aprendeu os sistemas de unidades mais usados, seus 
múltiplos e submúltiplos e como realizar as conversões de unidades que po-
dem fazer a diferença em campo. Aprendeu também que a Metrologia no 
Brasil é dividida em Científica, Industrial e Legal e que as mais importantes 
para o ramo do petróleo e gás são a Científica e a Industrial, a importância 
de um vocabulário técnico afiado e as aplicações da Metrologia Dimensio-
nal. Conheceu os principais instrumentos de medição da grandeza compri-
mento e como colocar em prática a confiabilidade metrológica, garantindo 
dessa forma a manutenção de equipamentos e processos produtivos.
Por fim, viu que a normalização é a base para alcançar altos níveis de excelên-
cia em seu trabalho. As normas são os norteadores e indicadores nas indús-
trias, agregando valor para os processos produtivos e qualidade intrínseca aos 
produtos gerados. Agora é com você! Busque mais fontes. O conhecimento 
não é limitado, portanto, sua vontade de aprender também não deve ser.
reCapitulandO
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Figura 20 – Símbolo de 
acreditação do Inmetro
Quando você enviar seus instrumentos de medição 
para calibração, preferencialmente escolha 
laboratórios de calibração acreditados junto ao 
Inmetro, ou seja, laboratórios que baseiam seu 
sistema da qualidade nas diretrizes da norma ABNT 
NBR ISO/IEC 17025 e foram avaliados com êxito por 
uma equipe de avaliadores do Inmetro que, entre 
outras coisas, avaliou os métodos utilizados, a 
qualificação do pessoal e o sistema da qualidade.
41
Anotações:
2 SiStemaS de grandezaS 
Instrumentação é a ciência que estuda, aplica e desenvolve técnicas de medição, transmis-
são, indicação, registro e controle de variáveis físicas nos processos industriais.
Arquitetura e simbologia
Elementos de um sistema de instrumentação/automação – I /A
Arquitetura Fieldbus
Representação de malhas de I/A
Critérios gerais para instrumentação de uma planta industrial
Alguns requisitos para que ocorra um bom desempenho operacional são:
�Equipamentos e sistemas dimensionados adequadamente: bombas, compressores, tubula-
ções, vasos, torres, tanques, trocadores de calor, fornos, reatores.
�Seleção de instrumentos de medição adequados, especialmente os medidores de vazão.
�Instrumentos instalados e calibrados de forma adequada.
Controladores bem sintonizados.
�Válvulas de controle operando dentro das faixas para as quais foram projetadas.
Introdução à instrumentação
3
Figura 21 – Na plataforma de petróleo, a instrumentação
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I
44 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
3.1 mÉTOdOs dE cLassIfIcaçãO dE InsTRumEnTOs dE mEdIçãO
 Os instrumentos de medição podem ser classificados por:
�Função
�Sinal transmitido ou suprimento
�Tipo de sinal
Função do instrumento
São instrumentos 
analógicos ou digitais nos 
quais podemos ler o valor 
da variável. Existem também 
indicadores digitais que 
indicam barras gráficas.
Indicador
Instrumento utilizado para 
medir uma variável no 
processomediante um 
elemento primário, tendo o 
mesmo sinal de saída 
(pneumático, 
eletroeletrônico ou digital) 
enviado a distância para um 
receptor; o valor varia 
apenas em função da 
variável do processo.
Transmissor
Dispositivo pneumático, 
eletroeletrônico, digital, 
hardware ou software que 
compara a variável 
controlada com um valor 
desejado e fornece um sinal 
de saída para um elemento 
final de controle. A variável 
pode ser medida 
indiretamente por meio do 
sinal de um transmissor ou 
transdutor.
Controlador
Instrumento que registra 
graficamente a(s) variável(s) 
por meio de um traço 
contínuo ou pontos.
Registrador
Um transdutor é um 
dispositivo que transforma 
uma grandeza física em 
outra grandeza física 
proporcionalmente, ou um 
tipo de energia noutro tipo 
de energia, utilizando para 
isso um elemento sensor 
que recebe os dados e os 
transforma.
Transdutor
Instrumento que modifica 
diretamente o valor da 
variável manipulada para 
estabilizar a variável 
controlada.
Elemento final de controle
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3 Introdução à Instrumentação 45
3.2 HIsTÓRIcO dOs sIsTEmas dE cOnTROLE
3.2.1 cOnTROLE manuaL (LOcaL)
No início da era industrial, havia muitas pessoas atuando no campo. O projeto 
era simples, os operários controlavam manualmente as variáveis.
Os instrumentos eram outros, não eram complexos, os processos também eram 
simplificados.
3.2.2 cOnTROLE cEnTRaLIzadO
Os processos industriais foram modificados; com as mudanças tecnológicas, o 
que era manual passou a ser feito por instrumentos de medição e de controle, o 
que permitiu a centralização das variáveis em uma única sala.
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3.2.3 cOnTROLE dIGITaL
Controle digital centralizado
Na era digital foram desenvolvidos os seguintes sistemas:
�Sistema de aquisição de dados – DAS
�Sistema de controle supervisório – SPC
�Controle digital direto – CDD
�Controle digital distribuído
Figura 22 – Sala de controle com instrumentos de medição
46 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Sistema de aquisição de dados – DAS
Vantagens
1. Coletar dados com precisão.
2. Emitir relatórios de produção.
3. Geração de alarmes e/ou eventos.
Desvantagens
1. Custo elevado dos computadores.
2. Configuração complexa.
Sistema de controle supervisório – SPC
Vantagens
1. Mantém as mesmas características do DAS.
2. Calcula e envia set points otimizados para os controladores de processo.
Desvantagens
1. Custo elevado dos computadores.
2. Uma configuração complexa.
3. Controladores com circuito de memória em caso de falhas do computador.
Figura 23 – Operação do sistema de aquisição de dados
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3 Introdução à Instrumentação 47
Controle digital direto – CDD
Este sistema mantém as características do DAS e do SPC, elimina os controla-
dores e os painéis.
Desvantagens
1. Custo elevado dos computadores.
2. Configuração complexa.
3. Perda total de controle do processo em caso de falha do computador.
Figura 24 – Sistema supervisório
Sistema supervisório é 
um sitema que recebe 
informações de 
diversos devices 
(instrumentos), com 
possibilidade de 
monitorar, controlar, 
manter e operar uma 
planta industrial. 
Incorpora funções de 
controle supervisório, 
tais como: comando de 
atuadores de campo, 
monitoração de dados 
de processo, controle 
contínuo, controle em 
bateladas e controle 
estático, além de 
alarmes de condições e 
estado de variáveis de 
processo, emissão de 
relatórios e aquisição 
de dados.
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Protocolos de 
comunicação
Estação Remota 
de Controle 
(ERC)
Instrumentos de 
campo inteligentes 
ou analógicos
PC utilizado 
como estação 
de operação
48 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Controle digital distribuído
1. Descentralização é a base do projeto.
2. As funções de controle são distribuídas em estações remotas com comuni-
cação digital entre as estações de controle e monitoração.
3. Economia nas instalações com fiação e suporte para instalação elétrica; os 
projetos têm como base microprocessadores de baixo custo.
Figura 25 – Arquitetura de uma rede industrial
Supervisão
Servidor
Banco de dados
Outros níveis
1
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REDE DE PLAnTA
REDE DE COnTROLE
REDE DE CAMPO
1 nível de planta 2 nível de controle 3 nível de campo
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3 Introdução à Instrumentação 49
3.2.4 ELEmEnTOs dE um sIsTEma dE InsTRumEnTaçãO/auTOmaçãO
Sensores
São os elementos primários que estão ligados direto no processo e recebem os 
sinais das variáveis, com propriedades físicas e químicas.
Transdutores e transmissores
São elementos que transformam uma grandeza em outra grandeza física pro-
porcionalmente ou nela mesma.
Transdutor 
�Transdutor de corrente/pressão (I/P) 
�Transdutor de corrente /corrente (3.000A / 3A)
Transmissores
São elementos ou dispositivos que medem e enviam os sinais das variáveis de 
processo a uma determinada distância, por meio de um protocolo de comunicação.
 Cabos e multicabos
São diversos cabos em um único cabo que fazem as interligações entre os ele-
mentos do sistema.
 Sistemas de aquisição de dados e controle
São subsistemas que fazem a aquisição de dados e o controle do sistema de 
instrumentação e automação.
�Sistemas de supervisão e controle (Supervisório + CPL)
�Supervisory control and data acquisition system (SCADA)
�Sistemas digitais de controle distribuido (SDCD)
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São exemplos de propriedades:
Propriedades físicas
Temperatura
Termopares, RTD, bimetálicos...
Pressão
Tubo de Bourdon, capacitivo...
Vazão
Placa de orifício, vórtex, coriólis...
Nível
Displacer, radar, ultrassônico...
Propriedades químicas
Analisadores
50 Metrologia e instruMentação aplicadas a petróleo e gás
Componentes dos sistemas de supervisão e controle
�Unidades terminais remotas (UTR) – CLP + Comunicação via rádio
�Controladores lógicos programáveis (CLP)
�Sistemas eletrônicos programáveis (PES)
�Softwares de supervisão e controle em tempo real (ifix, intouch, elipse etc.)
Elementos finais de controle e intertravamento
Elementos finais de controle:
�Válvulas de controle
�Válvulas On – Off
�Variadores de velocidade de motores
�Governadores de turbina
�Válvulas motorizadas
�Válvulas solenoides
Representação de malhas 
ANSI/ISA S5.1 
Identificação dos símbolos de instrumentação
Uma regra básica
O nome de um instrumento (tag) é formado por um conjunto de letras que o 
identificam funcionalmente, sendo a primeira letra que identifica a variável medi-
da pelo instrumento e as letras subsequentes descrevem funcionalidades adicio-
nais do instrumento, por um número que identifica o instrumento com uma ma-
lha de controle. E todos os instrumentos da mesma malha devem apresentar o 
mesmo número.
O uso correto da simbologia de representação de instrumentos é fundamental 
para a correta apresentação de documentos na área de controle e instrumenta-
ção. Toda essa simbologia foi padronizada pelos órgãos normativos, no caso a ISA 
(The International Society for Measurement and Control, antiga Instrument Socie-
ty of America) e a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
3 Introdução à Instrumentação 51
ANSI/ISA S5.1 – Identificação dos símbolos de instrumentação
Identificação ISA S5.1
PRIMEIRA LETRA LETRAS SUBSEQUENTES
Variável medida 
ou iniciadora
Modificadora Leitura ou
função passiva
Função 
de saída
Modificadora
A Análise – Alarme – –
B Queimador, combustão
– – Escolha 
do usuário
–
C Escolha do usuário
– – Controle –
D Escolha do usuário
Diferencial – – –
E Tensão elétrica – – – –
F Vazão Razão (Proporção)
– – –
G Escolha do usuário
– Vidro, visor – –
H Manual – – – Alto
I Corrente elétrica
– Indicação – –
J Potência Varredura – – –
K Tempo, sequência
Variação