Apostila Eletrônica EME2S

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Eletrônica I
Técnico em Eletromecânica
e-Tec Brasil5
Indicação de ícones
Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de 
linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual.
Atenção: indica pontos de maior relevância no texto.
Saiba mais: oferece novas informações que enriquecem o 
assunto ou “curiosidades” e notícias recentes relacionadas ao 
tema estudado.
Glossário: indica a definição de um termo, palavra ou expressão 
utilizada no texto.
Mídias integradas: sempre que se desejar que os estudantes 
desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: 
vídeos, filmes, jornais e outras.
Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em 
diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa 
realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado.
1.1 Instrumentação industrial
Para termos uma idéia do que é instrumentação e controle, podemos olhar 
para qualquer ser vivo, especialmente os humanos.
O nosso corpo é complexo, pois precisamos de vários sensores (ou instru-
mentos), para avaliar diversas grandezas e diversos processos.
• Quais são os sensores?
Nossos olhos, nariz, ouvidos, língua, pele para o sentido do tato, (tempera-
tura, entre outros).
• Quais as grandezas a serem avaliadas?
Como exemplo, usamos os olhos para avaliar distâncias, baseados nas informa-
ções recebidas pelo cérebro e na experiência; portanto, a grandeza é a distância, 
que pode ser determinada em metros ou por aproximação (longe ou perto).
• Quais são os processos?
São aqueles que envolvem a vida: andar, saltar, trabalhar, entre outros.
• O que gerencia tudo isso?
O processo da ida é gerenciado pelo nosso controlador, o cérebro.
1.1.1 Instrumentação para controle de processos 
Os processos industriais são variados, envolvem muitos tipos de produtos, 
máquina e matérias-primas. Também exigem controle adequado às exigên-
cias da precisão dos produtos gerados. Normalmente, os maiores usuários 
de instrumentação industrial pesada são as indústrias que atuam nas 
áreas de energia (petróleo, geração de energia elétrica, petroquímica), quí-
mica, alimentos, siderúrgica, celulose e papel. Tais processos decorrem da 
complexidade de seus processos e exigência de muitos pontos de controle, 
além da rápida variação e exigência de valores precisos nos seus parâmetros.
instrumentação
industrial pesada
É a denominação do conjunto 
formado por uma grande quan-
tidade de instrumentos ligados 
a um ou mais controladores, em 
uma indústria.
sensor
É um dispositivo tecnológico ou 
biológico que detecta, ou sente, 
um sinal ou condição física e 
compostos químicos. Podemos 
dividir os sensores grosseira-
mente em biológicos (existentes 
na natureza e que existem em 
nosso corpo) e artificiais (criados 
através de processos tecnológicos).
Eletrônica Ie-Tec Brasil 1
Aula 1 – Instrumentação Industrial
UNIDADE I - Conceitos Fundamentais de Instrumentação
Nos processos em geral é necessário controlar e manter constantes as prin-
cipais variáveis como pressão, nível, vazão, temperatura, pH, condutividade 
e outras específicas para cada indústria.
Os instrumentos de medição, ligados aos elementos de controle, permitem 
controlar e manter estas variáveis em condições mais adequadas/precisas do 
que se elas fossem controladas manualmente por um operador. Isto se deve 
ao fato de que um operador não pode manter a sua atenção em tempo total.
1.1.2 Instrumentos
São ferramentas indispensáveis utilizadas para estabelecer e manter os pa-
drões operacionais que identificam um produto a ser fabricado. São utiliza-
dos para controlar as variáveis em um processo ou sistema tão precisamente 
quanto necessário, a fim de alcançar as especificações do produto em com-
posição, forma, cor ou acabamento.
O instrumento ou sistema de instrumentação pode ser:
Mecânico, hidráulico, eletrônico, pneumático, elétrico ou a combinação destes.
Exemplo de instrumento mecânico: Manômetro de Bourdon.
e-Tec BrasilAula 1 - Instrumentação Industrial 2
Figura 1.1: (a) Funcionamento do manômetro de Bourdon; (b) manômetro de Bourdon; 
(c) o tubo Bourdon funciona como a língua de sogra (brinquedo) quanto mais forte 
é o sopro, mais desenrola
Fonte: CTISM
No manômetro, os dispositivos básicos são:
Detector – entrada de ar
Transdutor – tubo de Bourdon
Dispositivo de saída – o ponteiro e a escala
Com a finalidade de demonstrar a importância do controle de um processo, 
vamos exemplificar coisas do cotidiano.
a) Liste produtos ou processos que fazemos todos os dias e que você conhece.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 3
b) Escolha um dos processos que você conheça profundamente.
c) Descreva o processo, listando matérias primas, utensílios, ferramentas,
salientando onde deverão ser controladas as variáveis do processo.
Cada instrumento ou sistema possui três dispositivos básicos: detector; 
transdutor (dispositivo de transferência intermediário) e dispositivo de saída.
O tipo de instrumento ou sistema depende das variáveis a serem controladas 
ou medidas e da rapidez e precisão requeridas.
A automação, com requisitos de controle por computador e registro de da-
dos, expandiu o uso de estações ou sistemas de medição e controle. Para 
cada aplicação deve existir compreensão clara da função de cada instrumen-
to e de suas limitações no sistema de medição e controle.
Devemos conhecer a teoria, a operação funcional e as interações entre os 
componentes do processo a ser medido ou controlado.
A importância de um instrumento em qualquer sistema de medição e con-
trole depende da sua capacidade de ativar um dispositivo de controle e de 
segurança.
A instrumentação torna possível colocar a produção em massa sob controle 
e permite que se estabeleçam os limites do processo. 
Instrumentação é a ciência que desenvolve e aplica técnicas de medição, in-
dicação, registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização 
e eficiência desses processos.
A seleção e aplicação de instrumentos de processo deverão ser concomitan-
tes com a competência de processos industriais. São competências amplas e 
complexas, pelo volume de conhecimentos necessários para a operacionali-
zação, pois ainda exigem conhecimentos de eletrônica, obtenção, transfor-
mação, movimentação de materiais e tubulações industriais.
e-Tec BrasilAula 1 - Instrumentação Industrial 4
1.2.3 Instrumentação industrial
Os processos industriais são semelhantes aos do corpo humano, porém ini-
ciamos com a decisão do grau de automação desejado, pois no corpo huma-
no, diversos processos são “automáticos”, independentemente da decisão 
ou da vontade, como a respiração, circulação sanguínea, os processos que 
envolvem a digestão e outros. Na área industrial, o grau de automação me-
nor é de implantação mais barata e, um alto grau de automação exige com-
pra e instalação de máquinas caras e complexas como os robôs industriais.
As antigas plantas de processo possuíam controladores e registradores ins-
talados diretamente no campo, fisicamente muito próximos aos sensores e 
elementos finais de controle, o que garantia simplicidade e velocidade de 
comunicação entre esses elementos. Com o crescimento do número de pro-
cessos gerenciados nas plantas, necessitou-se implantar salas de controle 
centralizado (veja a Figura 1.2), perdendo-se as vantagens obtidas pela re-
ferida proximidade entre os equipamentos. Isso gerou atrasos e dificuldades 
de manutenção na planta; entretanto, as vantagens geradas compensavam 
essas desvantagens.
A sala de controle pode ser guarnecida (com a presença de um operador), 
ou não.
Figura 1.2: Sala de controle da usina nuclear de Angra dos Reis
Fonte: http://eletronuclear.gov.br
campo
Na área industrial nos referimos 
à palavra “campo” como aquilo 
(instrumento, máquina, sensor) 
que não está dentro de um 
prédio.
sala de controle
É o local de um empreendimento 
industrial, onde estão 
centralizados os comandos e a 
recepção de sinais das máquinas 
e sistemas.Para se informar sobre as 
atividades de um operador 
de processo, acessar a revista 
Átomo, número 99 (maio 
de 2007, da ELETROBRÁS), 
disponível em: 
http://www.eletronuclear.
gov.br/atomo/index.php?id_
atomo=76&id_materia=418
Eletrônica Ie-Tec Brasil 5
Com a evolução dos sistemas eletrônicos e das comunicações digitais que 
permitiu comunicação à longa distância, pôde-se retornar com os elementos 
controladores para o campo. Assim, diminuiu o atraso e a dificuldade de 
manutenção sem, contudo, perderem-se as funcionalidades de monitora-
mento, ajuste e configuração a partir de uma localização remota via internet 
ou por antenas (sistemas wireless).
A tecnologia atual evoluiu dessas implantações, concretizando os chamados 
Protocolos Abertos de Comunicação Digital, os quais possuem normas bem 
definidas e de domínio público que, se seguidas, garantem a intercomuni-
cação entre equipamentos certificados, os quais podem ser fornecidos por 
vários fabricantes diferentes.
Esses protocolos ficaram conhecidos como barramentos de campo ou fieldbus, 
sendo os mesmos, classificados quanto ao tipo de dispositivo que comuni-
cam e quanto ao formato dos dados que transportam.
Para que a automação de um processo possa ser executada adequadamente 
é necessário que tenhamos conhecimentos significativos de conceitos ini-
ciando pelos conceitos básicos.
wireless
Significa rede sem fio. Refere-se 
a uma rede de computadores 
sem a necessidade do uso de 
cabos. Por meio de equipamen-
tos que usam radiofrequência ou 
comunicação via infravermelho é 
estabelecida a comunicação.
fieldbus
É um sistema de rede de comuni-
cação industrial para controle em 
tempo real do processo.
a) Processo – é o conjunto de operações necessárias para a obtenção de
um produto ou o controle de uma operação.
Assim, transportamos esse conceito básico para a indústria em todos os 
seus segmentos, pois convivemos com diversos processos, alguns especí-
ficos – como na medicina encontramos os processos de sensoriamento e 
manutenção da vida: medidores de pressão, respiradores artificiais, má-
quinas de diálise (utilizadas para substituir um rim doente) entre outros, 
como os processos voltados à área de informação, trânsito de automó-
veis, etc.
Vamos fixar nossa atenção na indústria.
b) Processo industrial – é o conjunto de operações necessárias para a ob-
tenção de um produto, simples ou complexo, ou o controle de uma ope-
ração no âmbito da indústria, que pode ser contínuo ou discreto.
A instrumentação é muito variada e ao mesmo tempo específica para 
cada segmento industrial e, ainda, ser especializada para um setor dentro 
de uma indústria. 
e-Tec BrasilAula 1 - Instrumentação Industrial 6
Exemplo
Para a industria de usinagem que utiliza as maquinas CNC, necessita-se dos 
parâmetros de medidas lineares (comprimento, diâmetro) e rugosidade.
Já na indústria petroquímica teremos a necessidade de parâmetros diversos 
relacionados a fluidos (como temperatura, vazão e pressão), mas ainda te-
remos diferenças de instrumentos. Alguns serão comuns, outros serão uti-
lizados em áreas classificadas, o que exige características especiais, o que 
torna um instrumento de área classificada, caro quando comparado a um 
instrumento comum.
Dessa maneira, este estudo deverá ser complementado sempre em função 
da especificidade de cada empresa ou de cada segmento.
Resumo
Nesta aula estudamos os aspectos iniciais da instrumentação e sua ligação 
com os processos industriais, os tipos de processos e o que são instrumentos, 
elementos importantes para entender as próximas etapas, como os sistemas 
voltados à metrologia.
Atividades de aprendizagem
Para se informar sobre 
rugosidade, acesse:
http://www.mspc.eng.br/tecdiv/
rugosid110.shtml
http://www2.dbd.
puc-rio.br/pergamum/
tesesabertas/5000033531_02_
cap_02.pdf
1. O que é processo?
2. O que é processo industrial?
3.
4.
5. O que são instrumentos?
6. Explique os três dispositivos básicos dos instrumentos.
Defina instrumentação.
Liste quatro instrumentos industriais.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 7
e-Tec Brasil
Aula 2 – Metrologia
Objetivos
Estabelecer as diferenças entre metrologia e instrumentação para 
desenvolver a base da automação.
Compreender como ocorre a medição de grandezas.
Despertar nos alunos o interesse pelas diferenças sutis dos sistemas 
de medição.
Desenvolver ações de conscientização, orientação e pesquisa vol-
tadas aos sistemas de medição.
Relacionar os termos técnicos em português e inglês.
2.1 Conceitos fundamentais
Juntamente com a colocação dos conceitos fundamentais relacionados à 
Metrologia, será definida uma terminologia compatível, com normas nacio-
nais e internacionais. Essa terminologia será usada nesta disciplina. Procura-
se respeitar uma base técnica científica e a objetividade. Pode-se encontrar 
diferença em relação a outras instituições, já que ainda não existe uma ter-
minologia comum em uso no Brasil. A terminologia a ser utilizada possui 
uma forte influência do VIM, Vocabulário Internacional de Metrologia (no 
Brasil publicado pelo INMETRO).
2.1.1 A diferença entre metrologia 
 e instrumentação
Para iniciar o estudo da metrologia, torna-se necessário fazer uma distinção 
entre metrologia e instrumentação.
A metrologia é a ciência da medição. Trata dos conceitos básicos, dos mé-
todos, dos erros e sua propagação, das unidades e dos padrões envolvidos 
na quantificação de grandezas físicas, bem como da caracterização do com-
metrologia
É a ciência das medições. 
Abrange todos os aspectos teóri-
cos e práticos que asseguram 
a precisão exigida no processo 
produtivo, procurando garantir a 
qualidade de produtos e serviços 
através da calibração de instru-
mentos de medição, sejam eles 
analógicos ou eletrônicos (digi-
tais), e da realização de ensaios, 
sendo a base fundamental para 
a competitividade das empresas. 
Metrologia também diz respeito 
ao conhecimento dos pesos e 
medidas e dos sistemas de uni-
dades de todos os povos, antigos 
e modernos.
INMETRO
O Instituto Nacional de Metrolo-
gia, Normalização e Qualidade 
Industrial – Inmetro – é uma 
autarquia federal, vinculada ao 
Ministério do Desenvolvimento, 
Indústria e Comércio Exterior. 
Atua como Secretaria Executiva 
do Conselho Nacional de Metro-
logia, Normalização e Qualidade 
Industrial (Conmetro), colegiado 
interministerial, que é o órgão 
normativo do Sistema Nacional 
de Metrologia, Normalização e 
Qualidade Industrial (Sinmetro).
e-Tec BrasilAula 2 - Metrologia 8
portamento estático e dinâmico dos sistemas de medição. Na metrologia, o 
sistema de medição é considerado uma caixa preta.
A instrumentação é o conjunto de técnicas e instrumentos usados para ob-
servar, medir, registrar, controlar e atuar em fenômenos físicos. A instrumen-
tação preocupa-se com o estudo, desenvolvimento, aplicação e operação 
dos instrumentos.
2.1.2 O procedimento de medir
Medição (measurement) – conjunto de operações que tem por objetivo 
determinar o valor de uma grandeza (a medir), por meio de processos ma-
nuais ou automáticos.
A “Grandeza a Medir” (GM) pode ser temperatura, força, umidade, intensi-
dade luminosa, pH, comprimento, etc. A operação de medição é realizada, 
genericamente, por um “Sistema de Medição” (SM). Vários outros nomes 
podem ser encontrados para designar um sistema de medição, tais como 
máquina de medir, medidor, instrumento de medição, aparelho de medir, 
equipamento de medição. 
Obtém-se da operação instrumentada a chamada “Leitura” (L) que é caracteri-
zada por um número (lido pelo operador) acompanhado da unidade de leitura.
A medida é o valor correspondente ao valor momentâneo da grandeza a 
medir, no instante da leitura, obtida pela aplicação dos parâmetros do siste-
ma de medição. A leitura é expressa por um número acompanhado da uni-
dade da grandeza a medir. A transformação da leitura em medida obedece 
aos parâmetros do sistema de medição que podem ser:
fator multiplicativofator aditivo
fator aditivo e multiplicativo correlação analítica
correlação tabular correlação gráfica e outros
Resumindo
M = L (parâmetro do sistema de medição) + unidade de medida.
Para o leigo, o trabalho de medição terminaria ao se obter um número. Para 
que se pudesse afirmar isto, duas hipóteses deveriam ser cumpridas:
Veja mais informações
sobre metrologia:
http://pt.wikipedia.org/wiki/
metrologia
Pesquise sobre instrumentação, 
acessando:
http://pt.wikipedia.org/wiki/
instrumenta%c3%a7%c3% 
a3o
caixa preta
São os elementos desconhecidos, 
de difícil entendimento ou 
ocultos de alguma coisa.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 9
• A medida é relativa a uma dimensão perfeita.
• O sistema de medição é pereito.
Efetivamente nada é perfeito, portanto o trabalho de medição não termina neste 
ponto. Na verdade, aqui se inicia o trabalho do profissional dedicado à metrolo-
gia, que deve chegar à informação denominada “Resultado de Medição” (RM).
O resultado de medição expressa propriamente o que se conhece sobre o va-
lor da grandeza medida, e é um “Resultado Base” (RB) acompanhado de sua 
indeterminação ou “Incerteza da Medição” (IM) e da unidade da “Grandeza 
Medida” (GM). Veja a fórmula abaixo:
Exemplo
É dada uma série de medidas:
50,40 mm; 50,37 mm; 50,39 mm; 50,38 mm; 50,36 mm.
Após o tratamento desses dados, que podem representar comprimento 
qualquer, o resultado seria:
RM (Resultado de Medição) = 50,38 ± 0,04 mm
Compare:
50,40 mm é menor que 50,42 é maior que 50,34 mm;
50,37 mm é menor que 50,42 é maior que 50,34 mm;
50,39 mm é menor que 50,42 é maior que 50,34 mm;
50,38 mm é menor que 50,42 é maior que 50,34 mm;
50,36 mm é menor que 50,42 é maior que 50,34 mm.
Como se pode ver não se sabe o valor exato da medida. Só se pode afirmar 
que o resultado provável está entre 50,34 mm e 50,42 mm.
No resultado de medição, o resultado base pode ser uma medida, ou a ob-
tenção de várias medidas, ou um valor calculado em função de diversas 
outras grandezas medidas, etc.
A incerteza de medição, caracterizada pelo limite superior e inferior em rela-
ção ao resultado base, aparece devido a:
e-Tec BrasilAula 2 - Metrologia 10
Em função dos erros dos sistemas de medição e da variação da grandeza 
medida, a medição deverá ser realizada, com base no:
• Conhecimento do processo que define a grandeza medida;
• Conhecimento do sistema de medição;
• Bom senso.
A determinação do resultado da medição não é uma atividade simples. É 
necessário que todos os envolvidos em metrologia dominem:
• Estatística básica;
• Conhecimento de qualificação de sistemas de medição;
• Métodos.
Somente assim se pode fazer uma metrologia dimensional correta e com 
confiabilidade. Antes de abordar mais profundamente esse assunto, outros 
conceitos precisam ser revistos.
2.1.3 Sistema generalizado de medição
Apesar de a metrologia ocupar-se, do SM (Sistema de Medição) como 
“caixa preta”, é importante, neste ponto, analisar sua constituição básica 
(Figura 2.1). Em muitos casos torna-se interessante caracterizar em módu-
los estes SMs, de forma independente ou para formar um novo sistema de 
Medição pelo acoplamento de módulos diversos. Pode-se caracterizar da 
seguinte forma:
Transdutor – transforma a grandeza medida em um sinal proporcional (me-
cânico, pneumático elétrico ou outro) segundo uma função transferência, 
baseada em um ou mais fenômenos físicos.
Tratamento do sinal – necessário, pois na maioria dos casos, os transdu-
tores oferecem um sinal de baixa amplitude. Além da função amplificação, 
pode também ter filtros, processamento, etc.
Indicador – recebe o sinal tratado e transforma em dados inteligíveis para 
o usuário.
• Erros no sistema de medição;
• Variação da grandeza medida.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 11
Figura 2.1: Sistema generalizado de medição
Fonte: CTISM
2.1.4 Unidades e padrões
Medir é comparar uma grandeza qualquer com uma unidade previamente 
estabelecida. Como se vê a unidade é essencial para a realização da medi-
ção. As unidades são então estabelecidas por padrões segundo normas da 
convenção própria, regional, nacional ou internacional.
No transcorrer do tempo, diversos foram os sistemas de unidades estabele-
cidos nas diferentes regiões do mundo. Em função do intercâmbio interna-
cional de produtos e informações, bem como da própria incoerência entre 
muitas unidades anteriormente adotadas, estabeleceu-se em 1960, um con-
junto coerente de unidades (SI), que consta de unidades de base, derivadas 
e suplementares.
O sistema internacional é homogêneo, coerente, absoluto e decimal. 
a) É homogêneo porque, fixadas as grandezas e suas unidades fundamen-
tais, é possível derivar delas outras grandezas e unidades.
b) É coerente porque a multiplicação ou a divisão de duas ou mais grande-
zas origina a unidade de uma nova grandeza.
c) É absoluto porque as unidades fundamentais são inalteráveis.
d) É decimal porque as unidades das grandezas são sempre múltiplos ou
submúltiplos de dez.
e-Tec BrasilAula 2 - Metrologia 12
Existem diversos sistemas de unidade, sendo que o sistema inglês é ainda 
bastante utilizado, sendo ele baseado, supostamente, nas medidas do rei.
a) Polegada – correspondente à largura do polegar do rei.
b) Uma polegada equivale a 25,4 mm.
c) O pé equivale a 12 polegadas.
d) Uma jarda, equivalente a um passo, vale 3 pés de comprimento.
Para se ter uma ideia da razão e evolução das unidades, vamos fazer um 
breve relato da história do metro.
A história do metro inicia por volta do ano de 1790 na França, onde se pro-
curava a definição de um padrão do comprimento que não dependesse nem 
do corpo humano nem de materializações deterioráveis pelo tempo.
Nessa época ele foi definido como a décima milionésima parte de um quarto 
do meridiano terrestre que passa por Paris. Em 20 de maio de 1875 foi ado-
tada, como unidade oficial de medidas de 18 nações.
O metro foi definido em 1960 como sendo 1.670.763,73 vezes o compri-
mento de onda de uma luz emitida pela transição entre os níveis de energia 
2p10 e 5d5 do átomo de Kriptônio 86 no vácuo. Dessa forma, conseguia-se 
uma reprodução do metro com um erro de ± 1f nm.
Em 1983, o metro passou a ter uma nova definição que é a seguinte: “um 
metro é a distância percorrida pela luz no vácuo, no intervalo do tempo de 
1/299.792.458 de segundo”. O erro atual de reprodução por este meio cor-
responde a ± 1,3 nm, o que significa um erro de 1,3 milímetros para 1000 
quilômetros.
O metro em si, com o passar do tempo, não foi alterado. O que ocorreu 
foi uma impressionante melhoria na precisão de sua definição. Além disso, 
obteve-se dessa forma, um padrão internacional indestrutível, não sujeito ao 
desgaste devido ao uso ou mudança física e que pode ser repetido simulta-
neamente em todas as partes do mundo.
A materialização da dimensão pode ser realizada através de trenas, réguas e 
diversos instrumentos, selecionados conforme a precisão exigida. Veja Figura 2.2.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 13
Figura 2.2: (a) Trena comum e (b) paquímetro
Fonte: CTISM
O uso do sistema internacional é obrigatório no Brasil e traz uma série de 
vantagens:
• Simplificação das equações que descrevem os fenômenos físicos, pelo
fato de existir coerência entre as unidades das grandezas envolvidas.
• Facilidade de entendimento das informações em nível internacional (co-
mercial e científico).
• Demonstração da maturidade técnico-científica pelo abandono dos sis-
temas superados.
Para saber mais sobre 
paquímetro, pesquise em:
http://www.starrett.com.br/
http://pt.wikipedia.org/wiki/
Paqu%C3%ADmetro
http://www.youtube.com/
watch?v=jqSEirwBZ3E
Simulador de paquímetro e 
precisão de 0,02 mm:
http://www.stefanelli.eng.br/
webpage/p_paq_02.html
Resumo
Nesta aula passamos pelos conceitos iniciais da metrologia e por consequên-
cia, da instrumentação. É uma atividade penosa para o aluno, porém funda-
mental para a compreensão das etapas seguintes. 
Atividades de aprendizagem
1. Qualo conceito de metrologia?
2. Cite cinco grandezas que podem ser medidas.
e-Tec BrasilAula 2 - Metrologia 14
3. O que é medida?
4. O resultado de uma medição é exato? Justifique.
5. Quais são os procedimentos de determinação do resultado de medição?
6. Quais as bases do procedimento de determinação do resultado de medição?
7. O que é medir?
8. Quais são as características do Sistema Internacional?
9. Qual a definição de metro?
10. Quais as vantagens do uso do Sistema Internacional?
Eletrônica Ie-Tec Brasil 15
e-Tec Brasil
Aula 3 – Características gerais dos instrumentos
Objetivos
Conhecer os principais instrumentos de medição dos processos 
industriais.
Identificar os sistemas de medição no processo.
3.1 Classes dos instrumentos
Os processos são diferentes para diversos tipos de produtos, como, a fabricação 
dos derivados do petróleo, produtos alimentícios, a indústria de papel e 
celulose, etc.
Pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade, umidade, 
são exemplos de variáveis cujo controle é importante para manter constantes 
seus valores nos processos. 
O sistema de controle que permite fazer isto se define como aquele que compara 
o valor da variável do processo com o valor desejado e toma uma atitude de
correção de acordo com o desvio existente, sem a intervenção do operador. 
Figura 3.1: Malha de controle fechada 
Fonte: CTISM
e-Tec BrasilAula 3 – Características gerais dos instrumentos 16
As malhas de controle podem ser abertas ou fechadas. Na Figura 3.1 vemos 
uma malha fechada e na Figura 3.2, uma malha de controle aberta.
Figura 3.2: Malha de controle aberta 
Fonte: CTISM
3.2 Características, padrões e erros dos 
 instrumentos
Alves (2005) aponta os principais instrumentos de controle:
Faixa de medida (range) – são os valores medidos no instrumento que estão 
dentro do limite mínimo e máximo da capacidade indicada.
Alcance (span) – é a diferença algébrica entre o valor superior e o inferior 
da faixa de medida do instrumento.
Erro – é a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em 
relação ao valor real da variável medida. 
Exatidão – quando o instrumento de medição dá respostas próximas a um 
valor verdadeiro. 
Rangeabilidade (largura de faixa) – é a relação entre o valor máximo e o 
valor mínimo, estes lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento.
Zona morta – é a máxima variação que a variável pode ter sem que provoque 
alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.
Sensibilidade – é a mínima variação que a variável pode ter, provocando 
alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 17
Histerese – é o erro máximo apresentado por um instrumento para um mesmo 
valor em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda 
a escala nos sentidos ascendente e descendente. 
Repetibilidade – é a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo 
valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação.
3.3 Tipos dos instrumentos 
Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumen-
tação de acordo com a função que desempenham no processo.
3.3.1 Indicador
“Dispositivo que apenas indica o valor de uma determinada variável de pro-
cesso sem interferir no processo.” (ALVES, 2005). Como podemos 
observar na Figura 3.3.
Figura 3.3: Indicador
Fonte: http://www.vicro.com.br/tacometrospainel.htm
3.3.2 Registrador
Instrumento que registra a variável através de um traço contínuo ou pontos 
em um gráfico. Atualmente as informações são armazenadas em modo digital. 
Observamos na Figura 3.4, um registrador gráfico.
e-Tec BrasilAula 3 – Características gerais dos instrumentos 18
Figura 3.4: Registrador
Fonte: http://www.instrumentacao.net/introducao/iniciacoes.php
3.3.3 Transmissor
A Figura 3.5 apresenta um instrumento que determina o valor de uma 
variável no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal 
de saída (pneumático ou eletrônico) cujo valor varia apenas em função da 
variável do processo.
Figura 3.5: Transmissor
Fonte: http://www.instrumentacao.net/introducao/iniciacoes.php
Eletrônica Ie-Tec Brasil 19
3.3.4 Controlador 
A Figura 3.6 mostra um instrumento que compara a variável controlada 
com um valor desejado e fornece um sinal de saída, a fim de manter a 
variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. 
A variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente 
através do sinal de um transmissor ou transdutor.
Figura 3.6: Controlador do processo
Fonte: http://www.contemp.com.br/produtos.php?area=1&segment=1&categoria=1&subcategoria=1&produto=5&tipos 
egmento=0
3.3.5 Elemento final de controle 
Observe na Figura 3.7 esse instrumento. Ele modifica diretamente o valor 
da variável manipulada de uma malha de controle.
e-Tec BrasilAula 3 – Características gerais dos instrumentos 20
Figura 3.7: Válvula de controle
Fonte: http://www.eibis.com/eibis/eibiswww/eibisdoc/4221pt.htm
3.4 Sistemas de medição
3.4.1 Telemetria 
Chamamos de telemetria a técnica de transportar medições obtidas no processo 
a distância, em função de um instrumento transmissor. Veja a Figura 3.8.
Figura 3.8: Telemetria 
Fonte: CTISM
Eletrônica Ie-Tec Brasil 21
3.4.2 Transmissores 
Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e 
a transmitem a distância a um instrumento receptor, indicador, registrador, 
controlador ou a uma combinação desses. Existem vários tipos de sinais de 
transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos e eletrônicos.
3.4.2.1 Transmissão pneumática
Em geral, os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável. 
Isto está dentro de normas que garantem uma margem de pressão para esta 
modalidade.
Figura 3.9: Válvula de transmissão pneumática 
Fonte: http://www.eibis.com/eibis/eibiswww/eibisdoc/4221pt.htm
3.4.2.2 Transmissão eletrônica 
Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis. Os mais 
utilizados são 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. 
3.4.2.3 Protocolo HART (Highway Adress Remote 
 Transducer) 
O HART é baseado no sistema mestre/escravo, permitindo a existência de 
dois mestres na rede simultaneamente. As desvantagens são uma limitação 
Para saber mais sobre os 
benefícios do protocolo de 
comunicação HART® em 
sistemas de instrumentação 
inteligentes, acesse:
http://www.smar.com/brasil2/
hart.asp
e-Tec BrasilAula 3 – Características gerais dos instrumentos 22
quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia 
de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento).
Figura 3.10: O protocolo HART® permite que dois equipamentos mestres 
acessem informação de um mesmo equipamento de campo (escravo)
Fonte: CTISM
3.4.2.4 Fieldbus 
É um sistema de comunicação digital bidirecional que interliga equipamentos 
inteligentes de campo com o sistema de controle ou com 
equipamentos localizados na sala de controle, como mostra a Figura 3.11. 
Esse padrão permite comunicação entre uma variedade de equipamentos 
tais como: transmissores, válvulas, controladores, CLP, etc. Eles podem ser 
de fabricantes diferentes (interoperabilidade) e ter controle distribuído (cada 
instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar infor-
mações a outros instrumentos para correção de uma variável – pressão, vazão, 
temperatura, etc.). 
Uma grande vantagem é a redução do número de cabos do controlador 
ligados aos instrumentos de campo. Apenas um par de fios é o suficiente para 
a interligação de uma rede fieldbus, como se pode observar na Figura 3.11.
Para saber mais sobre 
arquitetura foundation
fieldbus, acesse:
http://www.smar.com/brasil2/
fieldbus.asp
Eletrônica Ie-Tec Brasil 23
Figura 3.11: Sistema fieldbus
Fonte: CTISM
e-Tec BrasilAula 3 – Características gerais dos instrumentos 24
Resumo
Nesta aula estudamos a base da instrumentação, verificamos a nomenclatura 
e tipos de instrumentos.
Atividadesde aprendizagem
1. Diferencie malha aberta e malha fechada.
2. Cite tipos de instrumentos do processo.
3. Cite características dos instrumentos.
4. Escreva sobre os sistemas de medição estudados.
e-Tec Brasil
Aula 1 – Sinais Padronizados
Exemplo
Determinar o valor da temperatura no interior de um vaso cujo transmissor 
de temperatura é pneumático e está enviando um sinal de 10,2psi.
Dados: Range: -10 a 50ºC
 Sinal padrão: 3 a 15psi
e-Tec BrasilAula 1 - Sinais Padronizados 25
Unidade II - Sinais para Instrumentação
No caso dos transmissores pneumáticos, o sinal considerado padrão no 
mercado brasileiro é o de 3 a 15psi; em instrumentos mais antigos, ou 
importados, podem-se encontrar outras faixas, tais como: 3 a 27psi, 6 a 
30psi etc.
No sistema métrico, a faixa de 3 a 15psi é expressa com 0,2 a 1 bar, e são 
praticamente equivalentes.
Nos transmissores eletrônicos, independentemente de serem 
microprocessados ou não, o sinal considerado padrão é o de 4 a 20mA cc 
ou 1 a 5V cc.
Em escala bem mais reduzida, aparecem outras faixas, tais como: 0 a 
20mA, 10 a 50mA etc.
Como se pode perceber, na maioria das faixas utilizadas e, notadamente, 
nas faixas padronizadas (3-15psi e 4-20mA), o nível mínimo de sinal não é 
zero. Dizemos que existe um “zero vivo”.
O “zero vivo” adotado no nível mínimo oferece a vantagem de podermos 
detectar avarias (descalibração ou rompimento do cabo), quando o sinal de 
entrada for 0%.
Seja o sinal eletrônico ou pneumático, a relação com a variável medida é 
sempre linear. Assim sendo, torna-se muito fácil correlacionar o sinal 
enviado pelo transmissor com o valor da variável. Observe o exemplo a 
seguir.
1.1 Sinais Padronizados
Independentemente do tipo de transmissor em questão, este sempre atuará 
enviando um sinal proporcional à variável medida. Esse sinal poderá variar, 
dependendo da grandeza e do tipo de transmissor.
1.2 Tipos de Sinais
1.2.1 Classificação por sinal transmitido ou 
suprimento
Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal 
transmitido ou o seu suprimento. A seguir estão descritos os principais 
tipos, suas vantagens e desvantagens.
1.2.1.1 Tipo pneumático
Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme 
o valor que se deseja representar. Nesse caso a variação da pressão do gás é
linearmente manipulada numa faixa específica, padronizada 
internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu 
limite inferior até seu limite superior. O padrão de transmissão ou recepção 
de instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 
(aproximadamente 3 a 15psi).
Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em um valor 
acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio 
de comunicação. 
Os gases mais usados são: ar comprimido e N2, em casos específicos são 
utilizados outros gases.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 26
1. Comparando-se as duas faixas, tem-se:
2. Interpolando-se os valores, tem-se:
Vantagens:
A grande e única vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumáticos 
está no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco 
de explosão (centrais de gás, por exemplo).
Desvantagens:
a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu
suprimento e funcionamento.
b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro,
desumidificador, etc..., para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem 
partículas sólidas.
c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser
enviado à longa distância, sem uso de reforçadores. Normalmente a 
transmissão é limitada a aproximadamente 100 m.
d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos
são difíceis de serem detectados.
e) Não permite conexão direta aos computadores.
e-Tec BrasilAula 1 - Sinais Padronizados 27
1.2.1.2 Tipo Hidráulico
Similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo 
hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos 
para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde 
torque elevado é necessário ou quando o processo envolve pressões 
elevadas.
Vantagens:
a) Podem gerar grandes forças e assim acionar equipamentos de grande peso
e dimensão.
b) Resposta rápida.
Desvantagens:
a) Necessita de tubulações de óleo para transmissão e suprimento.
b) Necessita de inspeção periódica do nível de óleo bem como sua troca.
c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, filtros,
bombas, etc...
Eletrônica Ie-Tec Brasil 28
1.2.1.3 Tipo elétrico
Esse tipo de transmissão é feito utilizando sinais elétricos de corrente ou 
tensão.
Face a tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação de 
instrumentos eletrônicos micro processados, hoje, é esse tipo de transmissão 
largamente usado em todas as indústrias, onde não ocorre risco de explosão. 
Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em 
uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite 
mínimo e máximo de uma variável de um processo qualquer. Como padrão 
para transmissão a longas distâncias são utilizados sinais em corrente 
contínua variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15 metros 
aproximadamente, também utilizasse sinais em tensão contínua de 1 a 5V.
Vantagens:
a) Permite transmissão para longas distâncias sem perdas (por corrente).
b) A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de
transmissão.
c) Não necessita de poucos equipamentos auxiliares.
d) Permite fácil conexão aos computadores.
e) Fácil instalação.
f) Permite de forma mais fácil realização de operações matemáticas.
g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja “lido” por mais de um
instrumento, ligando em série os instrumentos. Porém, existe um limite 
quanto à soma das resistências internas destes instrumentos, que não deve 
ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor.
Desvantagens:
a) Necessita de técnico especializado para sua instalação e manutenção.
b) Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em instalações
localizadas em áreas de riscos.
c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de
sinais.
d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos elétricos.
e-Tec BrasilAula 1 - Sinais Padronizados 29
1.2.1.4 Tipo Digital
Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados 
para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e 
padronizados. Para que a comunicação entre o elemento transmissor receptor 
seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão chamado 
protocolo de comunicação.
Vantagens:
a) Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.
b) Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados.
c) Imune a ruídos externos.
d) Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto
da malha.
e) Menor custo final.
Desvantagens:
a) Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação
entre equipamentos de marcas diferentes.
b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a
informação e/ou controle de várias malhas.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 30
1.2.1.5 Via Rádio
Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à sua 
estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de frequência 
específica.
Vantagens:
a) Não necessita de cabos de sinal.
b) Pode-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em
movimento.
Desvantagens:
a) Alto custo inicial.
b) Necessidade de técnicos altamente especializados.
1.2.1.6 Via Modem
A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas 
pela modulação do sinal em frequência, fase ou amplitude.
Vantagens:
a) Baixo custo de instalação.
b) Pode-se transmitir dados a longas distâncias.
Desvantagens:
a) Necessita de profissionais especializados.
b) baixa velocidade na transmissão de dados.
c) sujeitoa interferências externas, inclusive violação de informações.
Atividades de aprendizagem
1. Qual o padrão de transmissão de sinais pneumáticos?
2. Qual padrão de transmissão que utiliza a modulação de linha telefônicas?
3. Qual a principal vantagem da utilização da transmissão hidráulica?
4. Cite dois tipos de transmissores
5. O pôr que do “zero vivo” nos sinais de transmissão?
6. Calcule o valor pedido:
e-Tec BrasilAula 1 - Sinais Padronizados 31
 Exemplo: 50% do sinal de 3 à 15 psi 
 Valor Pedido = [ ( Final - Início) ou Span] x ( % ) + zero vivo 
15 
 100% 
 12 x 50 + 3 = - 3 
 100 12 Span 
 9 psi 
a) 70% de 3 - 15 psi = _______________________ 
b) 80% de 3 - 15 psi = _______________________ 
d) 30% de 0,2 - 1 kgf/cm2 = _______________________ 
e) 55% de 20 - 100 kPa = _______________________ 
f) 65% de 4 - 20 mA = _______________________ 
c) 37% de 1 - 5 V = _______________________ 
2.1 Identificação e símbolos de instrumentos 
As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificações 
para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções p rogramadas 
que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos 
de instrumentação.
Os símbolos gráficos (ver Figura 2.1) e codificações estabelecidas pelas nor-
mas são utilizados para uniformizar a identificação de instrumentos e siste-
mas de instrumentação, facilitar o entendimento dos diagramas e malhas de 
instrumentação e uniformizar a comunicação entre usuários, fornecedores 
e projetistas.
A norma S 5.1, da ISA (The Instrumentation, Systems and Automation Society, 
antigamente denominada Instrument Society of America) é a simbologia/
codificação mais utilizada na área de instrumentação e controle de processos 
padronizados. Toda norma deve fornecer informações suficientes para que, 
ao se examinar um documento, seja possível entendê-lo facilmente, sem que 
seja exigida a presença de um especialista.
A padronização ISA identifica cada instrumento ou função programada com 
um conjunto de letras e algarismos. A primeira letra do conjunto indica a 
variável medida/controlada, e as letras seguintes indicam a função que o 
instrumento desempenha na malha de controle. O primeiro conjunto de al-
garismos indica a área/unidade e o segundo conjunto indica a malha à qual 
o instrumento ou a função programada pertence. Ainda poderá receber um
sufixo (Quadro 2.1).
Pesquise mais sobre
simbologia ISA em:
www.si.ips.pt/ests_si/
conteudos_service.conteudos_
cont?pct_id=18462&pv_
cod=08D1kaRIJauh
Conheça a ISA:
http://www.isa-es.org.br/
e-Tec BrasilAula 2 - Simbologia 32
Aula 2 – Simbologia ISA
As necessidades de procedimentos de vários usuários são diferentes. A 
norma reconhece essas necessidades quando estão de acordo com os 
objetivos e fornece métodos alternativos de simbolismo. Vários exemplos 
são indicados para adicionar informações ou simplificar o simbolismo. A 
norma destina-se a fornecer informações suficientes a fim de permitir que 
qualquer pessoa, ao revisar qualquer documento sobre medição e controle 
de processos, possa entender as maneiras de medir e controlar o processo 
(desde que possua um certo conhecimento do assunto). As simbologias e o 
método de identificação desta norma são aplicáveis para toda classe de 
processo de medição e instrumentação de controle. Podem ser utilizados 
não somente para identificar instrumentos discretos e suas funções, mas 
também para identificar funções analógicas de sistemas que são 
denominados de várias formas como “Shared Display”, “Shared Control”, 
“Distribuided Control” e “Conputer Control”.
A norma é adequada para uso 
sempre que qualquer referência a 
um instrumento ou a uma função 
de um sistema de controle for 
necessária com o objetivo de 
simbolização de identificação.
Tais referências podem ser 
aplicadas para as seguintes 
utilizações (assim como outras): 
projetos; exemplos didáticos; 
material técnico - papeis, literatura 
e discussões; diagramas de 
sistema de instrumentação, 
diagramas de malha, diagramas 
lógicos; descrições funcionais; 
diagrama de fluxo: processo, 
mecânico, engenharia, sistemas, 
tubulação (processo) e desenhos/
projetos de construção de 
instrumentação; especificações, 
ordens de compra, manifestações 
e outras listas; Identificação de 
instrumentos (nomes) e funções 
de controle; instalação, instruções 
de operação e manutenção, 
desenhos e registros.
Quadro 2.1: Letras de identificação da instrumentação
1º Grupo de Letras
Variável Medida ou Inicial
2º Grupo de Letras
Função
1ª Letra Modificadora
Informação ou 
Passiva
Ativa Modificadora
A analisador alarme
B
chama (de queima-
dura)
C
condutividade 
elétrica
controlador
D
densidade ou 
massa específica 
(density)
diferencial
E tensão elétrica
elemento
primário-sensor
F vazão (flow) razão fração
G
medida
dimensional
visor
H
comando manual 
(hand)
alto
I corrente elétrica indicador
J potência
varredura ou 
seleção manual
K tempo taxa de variação estação de controle
L nível lâmpada baixo
M multivariável multifunção multifunção multifunção
N livre escolha
O livre escolha orifício
P pressão
conexão para
ponto teste
Q
quantidade ou 
evento
integrador ou
totalizador
R
radiação,
radioatividade
registrador
ou impressor
S
velocidade
ou frequência
segurança chave
T temperatura transmissor
U unidade instantâneo média
V viscosidade válvula
W peso ou força
ponto de prova
ou poço
X não classificado eixo dos X não classificado não classificado não classificado
Y
estado, presença
ou sequência
de eventos
eixo dos Y
relé, conversor, 
solenóide
Z
posição
ou dimensão
eixo dos Z
acionador,
atuador não 
classificado
Eletrônica Ie-Tec Brasil 33
Exemplo
a) TRC - 210 - 02A
T variável medida: Temperatura
R função passiva: Registrador
C função ativa: Controlador
210 área da fábrica onde o instrumento atua
02 número da malha de controle
A sufixo
O instrumento classificado como TRC é, portanto, um registrador e contro-
lador de temperatura.
Figura 2.1: Símbolos gerais para instrumentos ou função programada 
Fonte: CTISM
A Figura 2.1 representa como os instrumentos e componentes do 
processo são localizados e a sua configuração. Podemos exemplificar: Um 
termômetro poderá ser localizado “no campo”, ou seja, não estará em uma 
sala, e pode-rá ser ou não acessível ao operador. A aplicação desses 
símbolos juntamente com os da Figura 2.3 e outros formarão os 
fluxogramas representados na Figura 2.4. 
e-Tec BrasilAula 2 - Simbologia 34
Os símbolos e funções de processamento de sinais, Figura 2.2, são 
utilizados nos fluxogramas de processo. Eles representam a necessidade de 
operações matemáticas, como a soma de variáveis ou a necessidade de 
converter um sinal elétrico em pneumático.
Figura 2.2: Símbolos e funções de processamento de sinais 
Fonte: CTISM
Símbolos para linhas de instrumentos ou função programada, 
conforme pode ser observado e identificado na Figura 2.4. As linhas 
representam a interligação e comunicação entre os diversos elementos do 
fluxograma que, por sua vez, representam uma indústria qualquer.
Para compreender como serão ligados os instrumentos, será necessário ter 
em mãos o fluxograma e a planta da fábrica. Na planta, poderemos verificar 
as distâncias reais a serem percorridas pelos sinais e como serão levados os 
sinais de instrumento até uma válvula de controle.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 35
Figura 2.3: Símbolos para linhas de instrumentos ou função programada 
Fonte: CTISM
Todos esses símbolos são utilizados em fluxogramas como o representado 
na Figura 2.4. Dessa maneira descomplicada, podemos representar através 
de símbolos padronizados o que desejamos.
Figura 2.4: Exemplo de simbologia 
Fonte: CTISM
e-Tec BrasilAula 2 - Simbologia 36
Esta é a função do projetista do processo, aquele especialista que irá de-
monstrar em um documento (físico ou eletrônico) o que é desejado. Logo 
após, o projetistade instrumentação irá analisar (com o projetista de proces-
so) as necessidades de medição e controle e implementará a instrumentação 
ao fluxograma de processo, passando a especificar a instrumentação dese-
jada. Isso compreende:
• As grandezas a serem medidas (temperatura, pressão, nível, vazão, etc.);
• Como será medida a grandeza;
• As unidades de medição de cada grandeza;
• Os tipos de instrumentos;
• O material de construção do instrumento.
Resumo
Nesta aula tratamos da classificação dos instrumentos e a elaboração dos 
fluxogramas, que são elementos básicos para a compreensão dos sistemas 
de automação. Esses itens estão intimamente ligados ao processo a ser au-
tomatizado.
Atividades de aprendizagem
1.
2.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 37
Qual a finalidade da simbologia gráfica nos projetos de instrumentação?
Conforme a ISA, qual a variável medida pelas letras mencionadas?
C ______________________
J _______________________
K _______________________
L _______________________
3. Usando as referências da simbologia ISA, identifique os instrumentos ci-
tados a seguir:
L ________
I ________
Descrição completa do instrumento:
__________________________________________
T _________
Descrição completa do instrumento:
_________________________________________
F ________
Descrição completa do instrumento:
_________________________________________
a) LIC-210-02
b) TE-110-01B
c) FT-110-03
C ________
E _________
T ________
e-Tec BrasilAula 2 - Simbologia 38
Qual a finalidade das normas de instrumentação?4.
e-Tec Brasil
Aula 1 – Conceitos e noções preliminares
 de controle automático
Objetivos
Conhecer conceitos básicos de controle automático.
Interpretar diagramas de blocos que representam sistemas de controle.
Identificar e conhecer malhas de controle e suas características.
1.1 Sistemas de controle
A engenharia de controle baseia-se no princípio da realimentação (ou retroa-
ção) e objetiva ao controle de determinadas variáveis de um sistema. Devido 
à combinação de conhecimentos que exige, pode-se dizer que é uma matéria 
interdisciplinar com aplicações em engenharia química, mecânica, aeronáutica, 
biomédica, entre outras. Especialmente em engenharia elétrica, o número de 
aplicações é extenso. O especialista em controle lida com a instrumentação 
ou hardware para medição e controle, técnicas de projetos para sistemas de 
controle, estratégias básicas de controle, comunicação digital, computação, 
programação e manutenção de sistemas de controle.
Dada a abrangência deste estudo, nesta aula vamos apresentar alguns con-
ceitos básicos da teoria de controle e diagramas de blocos para interpretação 
gráfica de sistemas de controle em malhas abertas e fechadas.
1.2 Conceitos e noções preliminares
Para facilitar o entendimento de alguns termos do vocabulário comum desta 
disciplina, definições sucintas são dadas a seguir:
Processo – conjunto de atividades ou passos que objetivam atingir uma meta. 
Utilizado para criar, inventar, projetar, transformar, produzir, controlar, manter 
e usar produtos ou sistemas.
e-Tec BrasilAula 1 - Conceitos e noções preliminares de controle automático 39
UNIDADE III - Controle Automático de Processos
Processos industriais – procedimentos envolvendo passos químicos ou 
mecânicos que fazem parte da manufatura de um ou vários itens, usados 
em grande escala.
Variável de processo – qualquer grandeza ou condição de um processo que 
é passível de variação.
Controle de processos – técnica de manter variáveis de um processo (como 
temperatura e pressão) em valores predeterminados a partir de um procedi-
mento que calcula correções proporcionais a uma ou mais variáveis que são 
medidas em tempo real por um determinado equipamento.
Automação – sistema automático de controle pelo qual os mecanismos 
verificam seu próprio funcionamento, efetuando medições e introduzindo 
correções, sem necessidade de interferência do homem.
Variável controlada – variável sobre a qual o controle atua, no sentido de 
manter um determinado comportamento desejável no processo.
Variável manipulada – qualquer variável do processo que causa uma varia-
ção rápida na variável controlada e que seja fácil de manipular. 
Valor desejado (setpoint) – sinal de entrada que estabelece o valor desejado 
da variável controlada. O setpoint e a variável controlada são expressos nas 
mesmas unidades.
Exemplo: Sistema de aquecimento de água a vapor para uma temperatura 
de 75ºC.
• Variável controlada: temperatura da água
• Variável manipulada: vazão do vapor
• Setpoint: 75ºC
Neste estudo, mais especificamente, vamos tratar do Controle Automático de 
Processos Industriais, em que técnicas são aplicadas ao controle e otimização 
de um determinado processo industrial. Exemplos: produção de aço (processos 
siderúrgicos), produção de celulose, extração e beneficiamento de minérios, 
refino de petróleo, entre outros. 
Eletrônica Ie-Tec Brasil 40
Figura 1.1: Indústria automotiva
fonte: http://g1.globo.com/noticias/carros/foto/0,,20603683-ex,00.jpg
Podemos citar como objetivos operacionais do controle dos processos industriais:
• Adaptação a perturbações externas
• Adaptação às restrições dos equipamentos e materiais
• Aumento da estabilidade operacional
• Atendimento da especificação do produto
• Otimização do uso de recursos e matéria-prima
• Melhora nos resultados econômicos do processo;
• Segurança operacional e pessoal
• Redução do impacto ambiental.
No princípio da era industrial o operário procurava atingir os objetivos citados 
através de controles manuais em instrumentos como manômetro, termômetro e 
válvulas. Isso era suficiente devido à simplicidade dos processos. Com o passar 
e-Tec BrasilAula 1 - Conceitos e noções preliminares de controle automático 41
do tempo, os mesmos tornaram-se mais sofisticados, exigindo a automação 
através de instrumentos de medição e controle. Com isso, os operadores 
puderam se liberar da atuação física direta no processo. Simultaneamente, 
ocorreu a centralização das atividades em uma única sala de monitoramento 
e controle de processos.
A centralização das variáveis do processo possibilitou a fabricação de produtos 
que seria impossível por meio do controle manual. De fato, para atingir o nível 
de produção que as indústrias possuem hoje, o monitoramento e controle 
de processos sofreram grandes transformações tecnológicas, como controle 
mecânico e hidráulico, controle pneumático, controle elétrico, controle ele-
trônico, controle digital, além do controle manual. 
Todos esses controles compartilham das mesmas estratégias básicas, que são 
duas: controle realimentado (feedback) e controle antecipatório (feedforward). 
Ou ainda, uma terceira que é a combinação das duas estratégias de controle 
para resolver problemas de estabilidade. 
Na grande maioria dos casos é utilizada a estratégia de controle realimentado. 
Nesse caso, o valor de uma variável controlada é medido com um sensor e 
comparado ao valor desejado (setpoint). A diferença encontrada entre o 
setpoint e a variável controlada determina um erro ou desvio e é utilizada 
na definição da saída do controlador para ajustar uma variável manipulada. 
Uma desvantagem do controle realimentado reside no fato de ele atuar 
somente após detectar um erro entre o valor da variável controlada e o 
setpoint. Idealmente seria melhor evitar que erros ocorressem. O controle 
antecipatório é baseado nesta filosofia. 
Existe a possibilidade de modificar uma variável manipulada para prevenir, 
ou pelo menos minimizar, erros surgidos na variável controlada sempre que 
houver uma forma de predizer variações de carga e de seus efeitos. Em 
qualquer controle antecipatório é necessário definir um modelo matemático 
que descreva adequadamente o processo e que leve em conta a relação entre 
as variáveis de carga e os respectivos efeitos na variável controlada. 
Uma desvantagem do controle antecipatório é o fato deste não efetuarmedi-
ções na variável controlada, dependendo exclusivamente da precisão da relação 
dos valores estabelecidos entre o setpoint e a variável manipulada. Uma forma 
de superar as desvantagens é a combinação das duas estratégias de controle. 
Eletrônica Ie-Tec Brasil 42
Observe que uma variedade de erros pode surgir, por isso a escolha da variável 
do processo a ser manipulada é determinada pelas características do processo, 
por fatores econômicos e também de produção. 
Diante disso, podemos concluir que a filosofia básica de um sistema de con-
trole consiste em aplicar sinais adequados na entrada do processo com o 
intuito de fazer com que o sinal de saída satisfaça certas especificações e/ou 
apresente um comportamento particular.
Um problema de controle consiste então em determinar os sinais adequados 
a serem aplicados a partir da saída desejada e do conhecimento do processo.
1.3 Diagrama de blocos 
A análise de um sistema de controle pode mostrar-se uma tarefa difícil, uma 
vez que não raramente ele é composto por vários elementos. Para facilitar o 
entendimento, um processo pode ser adequadamente representado de forma 
simplificada por um diagrama de blocos.
Um diagrama de blocos apresenta uma abstração das funções desempenhadas 
por cada componente e um fluxo de sinais, veja a Figura 1.2. 
Figura 1.2: Forma elementar
Fonte: CTISM
As setas identificam a direção da informação, e o bloco representa a operação 
a ser aplicada à entrada que proporciona a saída. O bloco pode ser identificado 
a partir de uma legenda, etiqueta ou símbolo do elemento. 
O diagrama de blocos representado pela Figura 1.2 mostra o sistema como 
uma caixa preta, no qual não se conhecem detalhes internos e sim as relações 
entre um sinal de entrada (variável controlada) e o sinal de saída (variável 
controlada). Observe que esta abstração não necessariamente prejudica o 
entendimento, uma vez que vários sistemas totalmente diferentes podem 
apresentar comportamentos ou sinais de saída semelhantes.
e-Tec BrasilAula 1 - Conceitos e noções preliminares de controle automático 43
O diagrama de blocos da Figura 1.3 apresenta os componentes principais de 
um sistema, integrados por meio de linhas que indicam os sentidos de fluxos 
de sinais entre os blocos. A partir deste diagrama é possível estudar as relações 
de dependência entre as variáveis que interessam à cadeia de controle. 
No diagrama, o setpoint expressa a saída desejada (ou ideal) para o sistema, 
enquanto a variável controlada expressa o que realmente ocorre (saída real). 
O controlador gera o sinal de controle que atua sobre o processo no sentido 
de diminuir o erro e, idealmente, levar a zero. 
Figura 1.3: Diagrama de blocos de um sistema
Fonte: CTISM
1.4 Controle em malha aberta e malha 
 fechada
Os sistemas de controle são classificados em sistemas de controle em malha 
aberta e sistemas de controle em malha fechada. A diferença entre esses sis-
temas reside na forma em que o controle atua para produzir a saída desejada. 
1.4.1 Sistemas em malha aberta
Num sistema em malha aberta, o sinal de entrada é um sinal predefinido, 
baseado em experiências passadas, de forma que o sistema forneça o sinal de 
saída desejado. Nesse sistema, não existe informação de realimentação e é pos-
sível corrigir o sinal de entrada de forma a alcançar um sinal de saída desejado.
Um exemplo prático desse tipo de sistema é o forno de micro-ondas. Após 
ter sido programada a função “descongelar”, com tempos pré determinados, 
não há possibilidade de verificar se ela foi efetuada de forma correta. Torna-se 
Eletrônica Ie-Tec Brasil 44
necessário retirar o alimento e verificar se ele está nas condições desejadas 
pelo usuário.
As principais vantagens desse tipo de malha são a simplicidade e o baixo 
custo. As desvantagens são a imprecisão devido à falta de realimentação.
Os elementos básicos de uma malha aberta são:
Controlador – composto por um elemento de controle e um elemento 
de correção que envia um ou mais sinais ao processo, conforme os ajustes 
predeterminados, para se obter a saída desejada. 
Processo – sistema no qual a variável é controlada. 
Um diagrama de bloco para esse sistema é apresentado na Figura 1.4.
Figura 1.4: Sistema em malha aberta
Fonte: CTISM
1.4.2 Controle em malha fechada 
Num sistema em malha fechada o sinal de saída é realimentado, fazendo-se 
uma comparação com o sinal de entrada, o que gera um sinal corrigido que 
entra novamente no sistema de forma a alcançar o sinal de saída desejado.
Este tipo de malha apresenta como vantagens a compensação de erros, saída 
constante e robustez (menor sensibilidade a distúrbios). A complexidade e o 
maior custo são desvantagens.
Os elementos básicos de uma malha fechada são:
Comparador – compara o valor de referência com o valor medido na saída 
e gera um sinal de erro que indica o quanto o sinal de saída está longe do 
sinal de entrada. 
e-Tec BrasilAula 1 - Conceitos e noções preliminares de controle automático 45
Controlador – determina a ação a ser tomada com base no erro enviado 
pelo comparador. 
Atuador – a partir do sinal recebido do controlador, atua sobre a variável 
manipulada para ajustar e alterar a variável controlada de modo a corrigir o erro.
Processo – é o sistema no qual a variável está sendo controlada.
Sensor – lê a variável controlada na saída e envia sua condição na forma de 
sinal para o comparador, fechando o laço. 
O sinal enviado por um sensor pode ser elétrico, digital, mecânico e outros.
Conforme mostra a Figura 1.5, um sensor lê informações da variável contro-
lada e as transmite, através de um equipamento adequado para o comparador 
que calcula o desvio e que fornece informações necessárias para o controlador 
atuar sobre o processo.
Figura 1.5: Sistema em malha fechada
Fonte: CTISM
Os sistemas em malha fechada apresentam uma sensibilidade a mudanças 
de carga muito menor do que sistemas em malha aberta e são, consequen-
temente, muito mais estáveis que as malhas abertas. Para que um sistema 
em malha fechada consiga reduzir o erro no decorrer do tempo, ele deve ser 
capaz de gerar internamente, a partir de um sinal de perturbação, um sinal 
a fim de cancelá-lo.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 46
Resumo 
Diagramas de blocos podem ser utilizados para representar um sistema de 
controle a partir de dispositivos abstratos que recebem entradas e produzem 
saídas como resposta a essas entradas.
O controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal de controle pré 
determinado com a finalidade de que, ao final de um determinado tempo, a 
variável controlada atinja um valor ou determinado comportamento esperado. 
No controle em malha fechada, é feita uma realimentação da saída para a 
entrada, de modo a determinar um sinal de controle a ser aplicado ao processo 
em um instante específico. 
Atividades de aprendizagem 
1. O que é processo?
2. O que é processo industrial?
3. Qual é a diferença entre variável controlada (VC) e variável manipulada (VM)?
4. Como pode ser classificado um controle em relação a sua ação?
5. Dê um exemplo prático de um sistema de controle em malha aberta.
6. Faça um digrama de blocos para a questão anterior.
7. Dê um exemplo prático de um sistema de controle em malha fechada.
e-Tec BrasilAula 1 - Conceitos e noções preliminares de controle automático 47
e-Tec Brasil
Aula 2 – Ação liga-desliga (on-off) e
ação proporcional (P)
Objetivos
Compreender o comportamento da ação de controle liga-desliga.
Compreender o comportamento da ação de controle Proporcional. 
2.1 Ações básicas de controle
Usualmente, sistemas de controle sofrem a ação de distúrbios, como atrito 
e folgas. Esses distúrbios podem ser representados como sinais de entrada 
no sistema que afetam diretamente o sistema a ser controlado. Para manter 
o valor da variável controlada no setpoint são implementados algoritmos ou
ações de controle que agem sobre o processo. 
Nesta aula vamos estudaras ações de controle liga-desliga e proporcional.
2.2 Ação liga-desliga (on-off)
Em muitos sistemas básicos o controle pode ser efetuado a partir de uma 
simples chave liga-desliga que é acionada/desacionada, por exemplo, a partir 
de uma determinada temperatura ou nível do reservatório. Nesse tipo de 
ação, o controlador compara o sinal de entrada com a realimentação e, se 
a saída superar a entrada, desliga o atuador; se a realimentação for menor, 
liga o atuador.
Refrigeradores são exemplos nos quais um termostato controla o compressor, 
que é um controlador liga-desliga com par bimetálico. Quando a temperatura 
fica abaixo de um determinado valor, um dos metais se dilata mais que o outro, 
vergando-se e abrindo o contato, o que leva o compressor a se mudar, e algum 
tempo depois o bimetálico retorna à posição original, fechando o contato 
e ligando o compressor novamente. A Figura 2.1 exemplifica este processo.
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 48
Figura 2.1: Representação do funcionamento de um controlador liga-desliga com bimetálico 
Fonte: CTISM
Esta é a ação de controle mais básica e, geralmente, o controlador é modelado 
por um relé, conforme o diagrama de blocos representado na Figura 2.2. 
Figura 2.2: Diagrama de blocos de um controlador liga-desliga 
Fonte: CTISM
O sinal de controle assume apenas dois valores, de acordo com um erro posi-
tivo ou negativo. Para evitar uma perturbação devida a ruídos para valores 
próximos a zero, utilizamos um controlador liga-desliga com histerese. 
O comportamento deste controlador é representado na Figura 2.3. Observe 
que é necessário que o erro fique abaixo de E2 para que haja um 
chaveamento de U1 para U2. De forma similar, é necessário que o erro 
ultrapasse E1 para que haja um acionamento para U1.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 49
Figura 2.3: Curva de histerese 
Fonte: CTISM
Para melhor entender a curva de histerese, considere o exemplo do forno. 
Imagine que o objetivo do controle é manter a temperatura constante em 
175ºC e que, devido a alterações na temperatura ambiente, seja introduzida 
uma pequena variação de temperatura, possivelmente entre 174º C e 176ºC 
(± 1ºC). Nessa situação, a válvula seria constantemente acionada para ligar 
e desligar, o que pode ocasionar dano físico. A histerese retarda o sinal, e 
a válvula que controla o gás é acionada quando a temperatura cai abaixo 
da temperatura mínima estipulada, como 170ºC e só desligará quando a 
temperatura ultrapassar a temperatura máxima, como 180ºC.
A curva que representa a resposta em malha fechada com o respectivo sinal 
de controle para a ação liga-desliga com histerese é apresentada na 
Figura 2.4. Observe que no regime permanente o sinal de saída oscila em 
torno do setpoint. Essa oscilação varia em frequência e amplitude por causa 
do intervalo entre as ações e também pela variação da carga. Com isso, o 
valor médio da grandeza sob controle será sempre diferente do valor 
desejado, provocando o aparecimento de um desvio residual denominado 
off-set.
As vantagens deste controlador são a simplicidade e o baixo custo. A desvan-
tagem reside na contínua oscilação da saída entre os limites de atuação do 
controlador conhecida como histerese. Esta inerente instabilidade é devida à 
inexistência de uma realimentação negativa para diminuir o seu ganho que, 
teoricamente, é infinito. A oscilação não garante precisão e pode desgastar 
o controlador e o atuador pelo excesso de partidas.
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 50
Figura 2.4: Diagrama de blocos de um controlador liga-desliga 
Fonte: CTISM
2.3 Ação proporcional (P)
A ação proporcional de controle pode ser considerada uma evolução do modo 
de controle liga-desliga.
Esse tipo de ação atua conforme o valor do erro. Voltando para o 
exemplo do forno descrito anteriormente, a Figura 2.5 apresenta um 
mecanismo para controlar a válvula de gás. Especificamente, adicionamos 
um controle proporcional. 
O mecanismo é constituído por uma pequena haste de metal que faz a função 
de uma alavanca conectada em uma das extremidades a um bulbo com um 
fluido no seu interior. Na outra extremidade é conectado à válvula. Sempre 
que o líquido receber calor e se expandir alterará a posição da alavanca e o 
ajuste da válvula. Esse movimento é linear num intervalo definido na confecção 
do mecanismo, como comprimento da haste e dimensões do bulbo. Dito de 
outra forma, a válvula é ajustada proporcionalmente à amplitude do erro.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 51
Figura 2.5: Mecanisno de controle proporcional 
Fonte: CTISM
A palavra proporcional tem o mesmo significado que relação ou razão.
Se o ponto de apoio é posicionado no centro da haste de metal, a relação 
é de 1 para 1, ou seja, a variação do fluxo da vávula será igual a variação 
do erro. Em termos técnicos dizemos que o ganho proporcional é igual a 1.
Vamos considerar agora que o ponto de apoio é deslocado para a esquerda, 
a uma distância de ¼ do comprimento total em relação à extremidade ligada 
à válvula. Nesse caso, a relação é de 1 para 4 entre a variação do erro e o 
ajuste da válvula, ou seja, o ganho proporcional é igual a 4. 
Seguindo essa mesma lógica, quando o ponto de apoio é deslocado para 
esquerda a uma distância de ¼ do comprimento total em relação a extremi-
dade, a relação é de 4 para 1 e o ganho proporcional de 0,25.
Não é difícil concluir que a relação entre a variação máxima da grandeza a 
ser controlada, no caso a temperatura, e o curso total da válvula depende, 
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 52
nesse caso, do ponto de apoio escolhido. Este ponto de apoio vai determinar 
uma relação de proporcionalidade.
Esse tipo de mecanismo pode parecer primitivo e antiquado, mas é necessário 
lembrar que os sistemas modernos usados atualmente utilizam os mesmos 
conceitos básicos. 
Observe que existe uma faixa proporcional ou banda proporcional que é a faixa 
na qual a proporcionalidade é mantida. Neste exemplo é representado pelo 
deslocamento máximo da alavanca. A saída de um controlador proporcional 
pode assumir qualquer valor, desde que compreendido entre os limites de 
saídas máxima e mínima.
Mais formalmente, a faixa proporcional é a porcentagem de oscilação da variável 
controlada capaz de produzir abertura ou fechamento total da válvula. Para 
uma faixa proporcional de 20%, uma variação de 20% no desvio em relação ao 
setpoint levará a válvula a um dos extremos, ou seja, ficará totalmente aberta 
ou totalmente fechada, quando o erro variar em 20% da faixa de medição.
O gráfico da Figura 2.6 mostra a relação entre a abertura da válvula e a 
variável controlada (temperatura). 
Figura 2.6: Faixas de proporcionalidade com os respectivos ganhos 
Fonte: CTISM
Eletrônica Ie-Tec Brasil 53
É possível observar que, em um dos casos, quando a abertura da válvula varia 
de 40% a 60% da capacidade total, a correspondente oscilação na variável 
controlada é de 0% a 100% respectivamente. Essa relação corresponde a um 
ganho de 500%. De forma semelhante, observamos que, quando a abertura 
da válvula varia de 0% a 100%, e a variação na variável controlada é de 40% 
a 60%, o ganho é de 20%.
Observou-se que na ação liga-desliga, quando a variável controlada se desvia 
do setpoint, o controle oscila com um sinal brusco de liga (on) para desliga 
(off). O controle proporcional, foi desenvolvido para evitar essa oscilação e 
para produzir uma ação corretiva proporcional ao valor do desvio. 
Para um melhor entendimento, a Figura 2.7 apresenta a resposta da ação 
propor-cional em malha aberta, quando é aplicado um desvio em degrau no 
controlador. 
Figura 2.7: Resposta da ação proporcional em malha aberta 
Fonte: CTISM
Observe que existe um sinal inicial do controlador mesmo com desvio zero cuja 
finalidade é a de manter a variável controlada no valor desejado (setpoint).Quanto 
ocorre um desvio repentino no valor da variável controlada (sinal degrau) o sinal 
de controle varia proporcionalmente ao desvio, ou seja, de acordo com o ganho. 
Embora a ação proporcional elimine as oscilações no processo do controle 
liga-desliga em malha fechada, não é possível eliminar o erro de off-set, visto 
que após um distúrbio qualquer no processo persiste uma diferença entre o 
setpoint e o valor medido. No exemplo do forno, um distúrbio de temperatura 
repentino provocado pela abertura de uma janela ou porta, causa uma 
reação de controle sobre o ajuste na válvula de gás. Na Figura 2.8 é 
apresentado o distúrbio inflingido ao sistema, no caso a variação de 
temperatura.
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 54
Figura 2.8: Representação do controle em uma variação de carga pela ação proporcional 
Fonte: CTISM
O erro off-set ocorre devido às novas condições de equilíbrio que acontecem 
após o sinal do controlador proporcional atuar. Suponha que a válvula de gás 
esteja aberta em 80% e que a variável controlada (temperatura) esteja igual ao 
valor desejado, 175ºC. Se ocorrer uma variação de carga fazendo com que a 
temperatura aumente, a válvula é fechada proporcionalmente a essa variação, 
até que o sistema entre em equilíbrio novamente. Como houve alteração na 
quantidade de temperatura cedida/recebida do ambiente e quantidade de 
gás enviada para os queimadores, as condições de equilíbrio sofreram alte-
ração e ele será conseguido em outra posição. Este novo ponto de equilíbrio 
implica em uma diferença entre os valores medidos e desejados (off-set). Esta 
diferença permanece constante enquanto nenhum outro distúrbio ocorrer. 
Neste exemplo, quando a variável controlada apresenta um valor maior do 
que o setpoint, ou seja, off-set positivo, a saída do controlador diminui, o 
que caracteriza ação de saída reversa.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 55
Em outros sistemas o controlador pode aumentar a saída para corrigir um 
off-set positivo, a isso denominamos ação de saída direta. 
Em resumo:
off-set mais positivo → saída aumenta 
 Ação direta 
off-set mais negativo → saída diminui
off-set mais positivo → saída diminui 
 Ação reversa 
off-set mais negativo → saída aumenta
O valor do erro off-set depende diretamente da faixa proporcional e também 
do tempo morto inerente ao sistema. À medida que a faixa proporcional 
diminui o erro, tende a ser menor. No entanto, isso aumenta a possibilidade 
do aparecimento de oscilações semelhantes à ação liga-desliga. Veja o 
efeito da faixa proporcional na Figura 2.9.
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 56
Figura 2.9: Efeito da redução da faixa proporcional no comportamento do setpoint 
Fonte: CTISM
A principal vantagem deste controlador é a eliminação das oscilações pro-
vocadas pelo controle liga-desliga devido à correção proporcional ao desvio. 
Uma desvantagem é o aparecimento do erro de off-set sempre que ocorrer 
variação de carga. Esta ação é especialmente útil quando grandes variações 
de carga no processo são improváveis e podem-se tolerar pequenos erros de 
off-set. O controlador também é útil em processos com tempo morto pequeno 
Eletrônica Ie-Tec Brasil 57
no qual o ganho do controle pode ser alto (faixa proporcional pequena) para 
gerar um menor erro de off-set.
O controle proporcional responde imediatamente quando detecta um sinal 
de erro e daí inicia sua ação corretiva. É um dos tipos de controle mais fáceis 
de serem utilizado, pois requer somente o ajuste do ganho. 
Resumo
Um sistema de controle tipo liga-desliga possui um elemento de atuação com 
apenas duas posições, ou seja, o dispositivo fornece apenas dois valores na 
saída. A grande utilização desse tipo de controlador pode ser justificada pela 
simplicidade da sua construção e pelo seu baixo custo. 
O controlador proporcional fornece energia ao processo com valor propor-
cional à diferença entre o setpoint e o valor da variável controlada. Em outras 
palavras, na presença de erro nulo a grandeza a ser controlada está estabi-
lizada, não necessitando, portanto, de nenhuma atuação do controlador, e 
a partir do momento que houver diferença, o controlador atua, com valor 
tanto maior, à medida em que o erro for maior.
Esse tipo de controlador é ainda relativamente simples e de baixo custo, porém 
em alguns casos, dependendo do processo a ser controlado, pode apresentar 
o chamado erro de regime permanente (off-set), com a tendência do valor
permanecer pouco abaixo do ponto de controle, prejudicando a precisão 
desta ação.
Atividades de aprendizagem 
1. Qual a importância da histerese em um controlador do tipo duas posições?
2. Exemplifique um controle duas posições sem histerese.
3. Quais as vantagens e desvantagens da ação de controle proporcional?
4. Assinale a alternativa correta para um sistema com ação de controle pro-
porcional.
a) O valor do off-set não depende da faixa proporcional e do tempo morto.
e-Tec BrasilAula 2 - Ação liga-desliga (on-off ) e ação proporcional (P) 58
b) O erro tende a ser menor à medida que a faixa proporcional diminui.
c) À medida que a faixa proporcional diminui, a possibilidade do aparecimento
de oscilações também diminui.
d) A principal vantagem deste controlador é a eliminação do erro no regime
permanente.
Eletrônica Ie-Tec Brasil 59
e-Tec Brasil
Aula 3 – Ação integral (I) e derivativa (D)
Objetivos
Compreender o comportamento da ação de controle integral e 
derivativa.
3.1 Ação integral e derivativa
Como sabemos, ainda que a ação de controle proporcional não apresente 
oscilações no regime permanente, ela tem como característica o erro de 
off-set. Para entender como eliminar esse erro é necessário estudar a ação 
de controle integral.
Também é importante considerar mecanismos para corrigir o off-set antes 
que o seu valor se torne demasiadamente grande. Para tanto, vamos estudar 
a ação de controle derivativa. 
3.2 Ação integral (I)
Uma forma de eliminar o erro de off-set da ação proporcional é reajustar 
o valor do setpoint. Ainda no exemplo do forno, suponhamos que a tem-
peratura, após a ação proporcional, está 10ºC abaixo do valor desejado de 
175ºC. Uma forma de corrigir essa discrepância é ajustar o setpoint para 
185ºC, com o objetivo de aproximar o valor da variável controlada para 175ºC. 
Obviamente, este processo é inexato e demorado, além de necessitar de um 
controle manual. O modo integral executa automaticamente o reajuste para 
eliminar o off-set.
A ação integral atua no processo ao longo do tempo enquanto a diferença 
entre o valor desejado (setpoint) e o valor mensurado persistir. Diferentemente 
da ação proporcional que corrige os erros instantaneamente, o sinal de cor-
reção age de forma lenta até eliminar por completo o off-set. Quanto mais 
tempo o desvio perdurar, maior será a saída do controlador.
A ação integral não é, isoladamente, uma técnica de controle, pois não pode 
ser empregada estando separada de uma ação proporcional. 
e-Tec BrasilAula 3 - Ação integral (I) e derivativa (D) 60
Para compreender melhor, consideremos um processo estabilizado com 
um controle proporcional, conforme se apresenta na Figura 3.1.
Figura 3.1: Efeito da ação integrativa na redução do off-set 
Fonte: CTISM
Na Figura 3.1(b), observamos o efeito da ação proporcional na variável 
mani-pulada (VM) e o respectivo resultado na variável controlada VC (Figura 
3.1(a). Como já vimos, após a ação proporcional, um novo ponto de 
equilíbrio é obtido. Ainda na figura, a ação integral começa agir com o 
respectivo resul-tado representado em (c) e (d). Observemos que a resposta 
da ação integral aumenta enquanto o desvio estiver presente e, com 
menor intensidade, quando o desvio for pequeno. No exemplo do forno, o 
gráfico (d) representa um aumento do fluxo de gás para aumentar a 
temperatura do forno de modo a alcançar o valor desejado.
Eletrônica Ie-Tec