AUA 02 - Variáveis de Processo

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Laboratório de Instalações 
Industriais
Processos Industriais e Variáveis de Processo
Conceitos básicos e Terminologia
Processos Industriais e Variáveis de Processo
Vários são os tipos de industrias existentes nos diversos ramos da atividade industrial. 
Em geral, podemos distinguir as indústrias em duas naturezas:
Indústrias de Processo Contínuo 
Indústrias de Processo Discreto
Processos Industriais e Variáveis de Processo
Indústrias de Processo Contínuo: são aquelas cujo o processo produtivo envolve de
maneira mais significativa variáveis contínuas no tempo.
A produção é medida em toneladas ou metros cúbicos, e o processo produtivo
essencialmente manipula fluidos. Podemos citar como exemplo as indústrias petrolíferas,
química, petroquímicas, tratamento de água, geração e distribuição de energia elétrica,
entre outras. Essas indústrias são tradicionalmente intensivas em capital, isto é,
movimentam grande aporte de capital, mas mobilizam pouca mão de obra.
Exemplos de variáveis nos processos contínuos: temperatura, pressão, vazão, nível,
condutividade elétrica potência, tempo, umidade, radiação velocidade, vibração, peso,
posição etc.
Torres de destilação de petróleo em 
uma refinaria. 
Foto: Golf_chalermchai / 
Shutterstock.com
Fonte:https://www.infoescola.com/quimica/refinaria-
de-petroleo/
Processos Industriais e Variáveis de Processo
Indústrias de Processo Discreto: referem-se às unidades industriais cujo processo
produtivo envolve de maneira mais significativa variáveis discretas no tempo.
Fábrica de sapatos na China.
Fonte: https://epoca.globo.com/ideias/noticia/2014/05/thomas-
piketty-o-profeta-bda-distribuicaob.html
A produção é medida em unidades
produzidas, tais como na indústria
automobilística e fábricas em
geral.
Essas industrias eram
tradicionalmente intensivas em
mão de obra, à medida que seu
processo produtivo necessitava de
grande contingente de mão de
obra.
Conceitos Básicos e Terminologia
Dinâmica: comportamento de um processo dependente do tempo.
Variáveis:
Variáveis de entrada ou manipuladas: são aquelas que iremos variar para controlar o
sistema ou identificadas como os fluxos de entrada dos processos.
Variáveis de saída ou controladas: são aquelas que queremos controlar ou
identificadas como os fluxos de saída dos processos.
Fonte: Conceitos Básicos de Instrumentação, Autor: Carlos Amaral – UTFPR
file:///C:/Users/Alessandra/Downloads/1_2%20-%20Conceitos%20Basicos%20(2).pdf
Exemplo: Controle da temperatura da água através da vazão de vapor.
Conceitos Básicos e Terminologia
Controle à Realimentação (feedback)
A maneira tradicional de se controlar um processo é:
1. Medir a variável a ser controlada;
2. Comparar seu valor com o valor de referencia, ou set point do controlador; e
3. Alimentar a diferença, o erro, em um controlador que mudará a variável
manipulada de modo a levar a variável medida (controlada) ao valor desejado.
Neste caso, a informação foi realimentada da saída, subtraída do valor de
referencia para, então, alterar a variável manipuladas de entrada.
Fonte: Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
Conceitos Básicos e Terminologia
Controle Antecipativo (feedfoward) 
• Esta estratégia foi difundida posteriormente à realimentação negativa e se aplica a
processos com grandes atrasos.
• A técnica consiste em:
1. Detectar o distúrbio assim que este ocorre no processo; e
2. Realizar a alteração apropriada na variável manipulada, de modo a manter
a saída igual ao valor desejado.
• Dessa forma, a ação
corretiva tem inicio
assim que o distúrbio na
entrada do sistema for
detectado, em vez de
aguardar que o mesmo
se propague por todo o
processo antes de a
correção ser feita, como
ocorre na realimentação.
Fonte:
Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, 
Controle e Automação de Processos. Autor: 
- 2° Edição - Ed.: LTC 
Conceitos Básicos e Terminologia
Estabilidade: Um processo é estável quando esta passa do regime transiente para o
regime estável, ou seja o resultado converge (Figura 1). Um processo é instável se sua
saída ficar cada vez maior, ou seja o resultado não converge (Figura 2).
Num sistema real sempre haverá um limite para as oscilações (regime transiente),
porque existirá alguma restrição física, como uma válvula que ficará totalmente aberta ou
fechada ou uma esfera movendo dentro de uma superfície côncava até alcançar o
equilíbrio estável (Figura 3).
Fonte das Figuras 1 e 2: Prof. Felippe de Souza / UBI -
Departamento de Engenharia Eletromecânica
http://webx.ubi.pt/~felippe/texts/contr_systems_ppt10p.pdf
Figura 1: Sistema estável. Figura 2: Sistema instável.
Figura 3: Exemplos de 
Sistemas
Fonte: 
https://mundoeducacao.bol.uol.com
.br/fisica/equilibrio-estatico-
dinamico.htm
Laboratório de Instalações 
Industriais
Instrumentos para 
Controle de Processos
Classificação dos Instrumentos
As diversas funções necessárias ao correto funcionamento de uma malha de controle 
são desempenhadas por dispositivos chamadas de instrumentos para controle de 
processos. 
De acordo com a função despenhada, os instrumentos mais comumente encontrados
numa malha de controle são:
• Elemento Primário ou Sensor;
• Indicador;
• Transmissor;
• Controlador;
• Registrador;
• Conversor;
• Válvula de Controle;
• Chave.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Classificação dos Instrumentos
Elemento Primário ou Sensor: Parte de uma malha ou de um instrumento que primeiro
afere o valor da variável de processo.
Exemplos:
• Pressão: Bourdon, diafragma, capacitivo e etc;
• Temperatura: termopar, termoresistência, radiação e etc
• Vazão: orifício, volumétrico, ultrassom e etc.
• Nível: flutuação, pressão, ultrassom e etc.
Indicador: Dispositivo que apenas indica o valor de uma determinada variável de
processos sem interferir no processo.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Classificação dos Instrumentos
Fonte:https://www.antferramentas.co
m.br/termopar-tipo-k-de-superficie-
minipa-mtk-14b/p
Manômetro de Bourdon
Fontes:
• Faculdade SENAI de 
Tecnologia Ambiental 
(SENAI) 
Eletrônica,Engenharia;
• https://www.termometr
orc.com.br/manometro
-de-bourdon
Fonte: tps://pt.banggood.com/LZS-
25-300-3000LH-Flow-Meter-Plastic-
Tube-Type-Water-Rotameter-Liquid-
Flowmeter-Measuring-Tools-p-
1430754.html?cur_warehouse=CN
Sensor de Nível Hidrostático 
Fonte:https://www.pasehidro.com.br
/produtos/sensor-de-nivel/
Pressão Temperatura
Termopar Tipo 
K de Superfície 
Minipa Mtk-14b 
Vazão
Nível
Rotâmetro
Classificação dos Instrumentos
Transmissor: Dispositivo que “sente” uma variável de processo por meio de um elemento
primário e produz uma saída cujo valor é geralmente proporcional ao valor da variável de
processo.
O elemento primário pode ser ou não parte integrante do transmissor.
Exemplo:
• Pulso (vazão)
• Pneumáticos 3-15 psig (0,2 – 1,0 kg/cm2)
• Analógico 4 – 20 mA 1-5 volts
• Controladores digitais, Protocolos HART e Fieldbus
Controlador: Dispositivo que tem por finalidade manter em um valor predeterminado uma
variável de processo.
Exemplo:
• Pneumáticos locais e de painel;
• Eletrônicos analógicos,
• Eletrônicos digitais multimalhas;
• CLP.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Classificação dos Instrumentos
Registrador: Dispositivo destinado ao armazenamento dos valores de uma determinada
variável de processo.
Essa função anteriormente era realizada por meio do traçado de gráficos sobre
um papel de forma contínua. Atualmente o armazenamento de tais informações é
feito de modo digital.
Exemplo:
Pneumáticos locais e de painel;
Eletrônicos analógicos;
Eletrônicos digitais multimalhas.
Conversor: Dispositivo que emite um sinal de saída padronizado modificado em relação
à naturezado correspondente sinal de entrada.
Válvula de Controle: É um elemento final de controle que manipula diretamente a vazão
de um ou mais fluidos de processo.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Classificação dos Instrumentos
Chave: Dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos, manual
ou automaticamente.
Neste caso, atuado diretamente pela variável de processo ou seu sinal
representativo. Sua saída pode ser usada para atuar alarmes, lâmpadas-piloto,
intra travamento ou sistema de segurança. As chaves não participam do controle
contínuo das variáveis de processo.
• Conforme sua função, os instrumentos podem estar localizados no campo ou num
painel dentro de uma sala de controle.
• Os instrumentos recebem o nome correspondente à variável de processo sob
controle.
• Assim, pode-se ter um transmissor de nível, um indicador e controlador de
temperatura, uma chave de pressão (também chamada de pressostato, entre
outras combinações de funções e variáveis de processo.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Malha de Controle
Uma Malha de Controle é 
composta de:
1- Sensor: detectar a variável 
de processo que se quer 
controlar;
2- Transmissor: converte o 
sinal do sensor em sinal 
pneumático ou elétrico 
equivalente;
3- Controlador: compara o sinal 
do processo com set point e 
produz um sinal apropriado de 
controle;
4-Elemento Final de Controle: 
altera a variável manipulada.
Controlador e 
indicador de nível
Válvula 
de nível
Transmissor 
de nível
Malha de Controle de Nível
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
1. A Malha de Controle é alimentada por uma fonte de até 45 Vcc;
2. O transmissor envia uma corrente que varia de 4 a 20mA em função da variável controlada do
processo detectado pelo sensor;
3. A corrente oriunda do transmissor é aplicada à entrada do Controlador;
Malha de 
Controle de 
Nível
4. O Controlador resolve o algoritmo
de controle, levando em
consideração o valor atual da
varável controlada e do set point
ajustado, fornecendo uma saída,
também em 4 a 20mA, que irá
variar a abertura da válvula de
controle;
5. Na válvula de controle um
instrumento denominado de
conversor de I/P transforma a
corrente de 4 a 20mA em sinal
pneumático de 3 a 15psig, que fará
com que o atuador pneumático
movimente a haste da válvula,
abrindo ou fechando a mesma, de
modo a levar a varável controlada
para o set point.
Malha de Controle
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 
Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
*Fonte: Parede, Ismael Moura Eletronica: Automacao Industrial / Ismael Moura
Parede, Luiz Eduardo Lemes Gomes (autores); Edson Horta (coautor), Luiz
Carlos da Cunha e Silva (revisor); Jun Suzuki (coordenador). -- Sao Paulo:
Fundacao Padre Anchieta, 2011 (Colecao Tecnica Interativa. Serie Eletronica,
v. 6). Disponível em: http://eletro.g12.br/arquivos/materiais/eletronica6.pdf
• O transmissor pode assumir a função de controle através dos transmissores inteligentes.
• O “transmissor inteligente” contem um controlador microprocessado incorporado e pode atuar
no campo.
1. O transmissor recebe a informação do sensor, (elemento primário de medição);
2. Transforma esta informação em valor digital;
3. Resolve o algoritmo de controle através de seu controlador microprocessado;
4. Envia um sinal de saída analógico de 4 a 20 mA para a válvula atuar na variável
manipulada.
Malha de Controle
• A troca de informações com o
operador, neste caso, dá-se através de
sinal digital superposto aos 4 a 20 mA,
sendo possível mudanças no set point e
de parâmetros em geral;
• O protocolo mais usado neste tipo de
comunicação chama-se HART (Highway
Addressable Remote Transducer, ou,
Larga Comunicação para Transdutores
Remotos Endereçáveis).
➢ Esse protocolo permite
comunicação digital simultânea
com o sinal analógico de corrente
de 4 a 20 mA*.
• Tanto a operação como a alimentação de
até 45 Cvv são realizadas a partir da sala
de controle.
Malha de Controle de Nível 
Transmissor Inteligente
**Fonte: Hermini, Helder Anibal. Redes de Comunicação em Automação Industrial – UNICAMP. Disponível 
em: http://www.fem.unicamp.br/~hermini/ES746/aula%2009b.ppt.
Malha de Controle
Porém....
• A indústria vem buscando consolidar um padrão para a comunicação digital de
campo entre instrumentos para o controle de processos (substituir o sinal analógico
de corrente de 4 a 20 mA);
• Essa tecnologia é chamada de barramento de campo ou Fieldbus
Vantagens do Fieldbus**: 
Redução de cabos, bandejas, borneiras, etc;
Melhoria na qualidade das informações;
Os transmissores transmitem muito mais informações;
Os equipamentos indicam falha em tempo real;
Facilidade na manutenção.
Fonte: Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: José Luiz Loureiro Alves - 2° Edição - Ed.: LTC 
Malha de Controle
Objetivo: 
Controlar a temperatura do
produto na saída do processo
através da troca de calor entre a
água quente e o produto que
circula pelos tubos internos ao
equipamentos trocador de calor.
Funcionamento:
O transmissor de temperatura TT
transmite o valor da variável de
processo para o controlador TIC
que, por sua vez, controla a
abertura da válvula TV que
manipula a vazão de água quente.
Malha de Controle de temperatura 
convencional
Símbolos Gráficos e Identificação dos Instrumentos
Cada função programada ou
instrumento deve ser identificado por
um conjunto de letras que o classifica
funcionalmente e um conjunto de
algarismos que indica a malha ao qual o
instrumento ou função pertence.*
Norma ISA 5.1 (International Society of
Automation, antiga Instrumentation
Society of America)**
Fontes:
*Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e 
Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
** Prof. Eduardo Stockler Tognetti - Simbologia e 
Terminologia de Instrumentação da Norma ISA 5.1 
Laboratório de Automação e Robótica (LARA) Dept. 
Engenharia Elétrica - UnB Disponível em: 
http://www.ene.unb.br/estognetti/files/Simbologia_ISA.pdf
Símbolos Gráficos e Identificação dos Instrumentos
Fontes:
*Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e 
Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
** Prof. Eduardo Stockler Tognetti - Simbologia e 
Terminologia de Instrumentação da Norma ISA 5.1 
Laboratório de Automação e Robótica (LARA) Dept. 
Engenharia Elétrica - UnB Disponível em: 
http://www.ene.unb.br/estognetti/files/Simbologia_ISA.pdf
Símbolos Gráficos e Identificação dos Instrumentos
Símbolos para linhas de instrumentos
Todas as linhas que interligam os
instrumentos devem ser mais finas do
que as tubulações de processos e,
dependendo da natureza do sinal de
transmissão, os símbolos a seguir devem
ser usados:
Fonte:
Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e 
Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
Símbolos Gráficos e Identificação dos Instrumentos
Símbolos gerais para 
instrumentos ou funções
A tabela a seguir mostra os
símbolos gerais para instrumentos
ou funções programadas previstas
na ISA 5.1
Fonte: Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
Símbolos Gráficos e Identificação dos Instrumentos
Exemplo de um Fluxograma simplificado de tubulação e instrumentação (P&ID) de um
vaso de separador de produção
Fonte: Alves, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Autor: - 2° Edição - Ed.: LTC 
Nota do Autor: ESD (Emergency Shutdown System) e SDW (Shutdown Valve) não fazem parte do sistema de controle
de processo, mas do sistema de desligamento de emergência (ou sistema de intertravamento de segurança). Não
fazem parte da norma ISA 5.1.
Fontes Consultadas:
• ALVES, José Luiz Loureiro. Instrumentação, Controle e Automação deProcessos. 2° Edição - Ed.:
LTC, 2017.
• AMARAL , Carlos. Conceitos Básicos de Instrumentação – UTFPR. Disponível em:
file:///C:/Users/Alessandra/Downloads/1_2%20-%20Conceitos%20Basicos%20(2).pdf. Acesso em: 19
agosto 2019.
• HERMINI, Helder Anibal. Redes de Comunicação em Automação Industrial – UNICAMP. Disponível
em: http://www.fem.unicamp.br/~hermini/ES746/aula%2009b.ppt. Acesso em: 19 agosto 2019.
• PAREDE, Ismael Moura; GOMES, Luiz Eduardo Lemes; HORTA, Edson; SILVA, Luiz Carlos da Cunha
e; SUZUKI, Jun. Eletrônica: Automação Industrial. - São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011
(Colecao Tecnica Interativa. Serie Eletronica, v. 6). Disponível em:
http://eletro.g12.br/arquivos/materiais/eletronica6.pdf . Acesso em: 19 agosto 2019.
• SOUZA , Felippe de. UBI - Departamento de Engenharia Eletromecânica. Disponível em:
http://webx.ubi.pt/~felippe/texts/contr_systems_ppt10p.pdf. Acesso em: 19 agosto 2019.
• TOGNETTI, Eduardo Stockler. Simbologia e Terminologia de Instrumentação da Norma ISA 5.1
Laboratório de Automação e Robótica (LARA) Dept. Engenharia Elétrica – UnB. Disponível em:
http://www.ene.unb.br/estognetti/files/Simbologia_ISA.pdf. Acesso em: 19 agosto 2019.