NOÇÕES DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

1. NOÇÕES DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

2. Instrumentação É a arte e a ciência que projeta, constrói, instala, Opera e mantêm os instrumentos. Instrumentos É medem variáveis de processo. Em instrumentação quando dizemos “medir” geralmente queremos dizer indicar registrar, totalizar ou controlar.

3. Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associação dessesinstrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma função.Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por função. Classificação por Função

4. a) Indicador: Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector, transmissor, etc.

5. b) Registrador: Instrumento que registra a(s) variável(is) através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico, Figura 1.4.

6. c) Transmissor: Instrumento que tem a função de converter sinais do detector em outra forma capaz de ser enviada à distância para um instrumento receptor, normalmente localizado no painel.

7. d) Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica, caso necessário, essas informações e fornece um sinal de saída resultante.

8. e) Controlador: Instrumento que compara o valor medido com o desejado e, baseado na diferença entre eles, emite sinal de correção para a variável manipulada a fim de que essa diferença seja igual a zero.

9. f) Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle, Figura 1.8.

10. f) Detector: São dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável do processo. Pode ser ou não parte do transmissor.

11. Terminologia A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os usuários e os organismos que intervêm, diretamente ou indiretamente, no campo da instrumentação industrial. Os termos a seguir estão de acordo com o Vocabulário internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia (VIM). a) Faixa de medida (Range) - Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior Exemplos: Range entre 100 e 500oC Range entre 0 e 20 PSI

12. b) Amplitude da faixa nominal (Span) - É a diferença, em módulo, entre o valor superior e inferior de uma faixa de medida (range). Em algumas áreas, a diferença entre o maior e o menor valor é denominada “faixa”. Exemplos: Para uma faixa nominal de -10V a +10V a amplitude da faixa nominal é 20V. Um instrumento com range de 100 – 500 C seu Span é de 400 C. c) Erro (de medição) – É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida. d) Repetitividade - Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas sob as mesmas condições de medição.

13. e) Exatidão de medição - Podemos definir como sendo a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão. A exatidão pode ser descrita de três maneiras: Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.) Percentual do Span (% do Span) Percentual do Valor Lido (% do V.L.) Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250 ° C e valor medido 100 °C determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições:

14. f) Rangeabilidade (Largura de Faixa) - É a relação entre os valores máximos e os valores mínimos, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento. Exemplo: Para um sensor de vazão cuja escala é 0 a 300 GPM (galões por minuto), com exatidão de 1% do span e rangeabilidade 10:1, significa que a exatidão será respeitada entre 30 e 300GPM g) Zona Morta - Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em ambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de um nstrumento de medição. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200ºC e com zona morta de 0,1% representa ± 0,2°C h) Sensibilidade - Variação da resposta de um instrumento de medição dividida pela correspondente variação do estímulo.

15. Identificação e símbolos de instrumentos As normas de instrumentação estabelecem símbolos, gráficos e codificação para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação. O Tagname ou Tag é um código alfanumérico cuja finalidade é a de identificar equipamentos ou instrumentos, dentro de uma planta de processos. De acordo com a norma ISA-S5 e a Norma 8190 da ABNT, cada instrumento ou função programada será identificada por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo.

16. Identificação funcional A identificação funcional do instrumento ou seu equivalente funcional consiste de letras da Tabela 1.1. A identificação funcional do instrumento é feita de acordo com sua função e não com a sua construção. A primeira letra é a variável do processo medida ou de inicialização. A primeira letra pode ter um modificador opcional. As letras subseqüentes identificam as funções do instrumento, podendo ser: • Funções passivas - elemento primário, orifício de restrição, poço; • Funções de informação - indicador, registrador, visor, • Funções ativas ou de saída - controlador, transmissor, chave e outros; • Funções modificadoras - alarmes ou indicação de instrumento multifunção.

17. Identificação da malha A identificação da malha geralmente é feita por um número, colocado ao final da identificação funcional do instrumento associado a uma variável de processo. A numeração pode ser serial ou paralela. Numeração paralela começa de 0 para cada nova variável, por exemplo, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI-100. Numeração serial usa uma única seqüência de números para um projeto ou seção grande de um projeto, de modo que se tem TIC-100, FIC-101, LIC-102 e AI-103. A numeração pode começar de 1 ou qualquer outro número conveniente, como 101, 1001, 1201. Quando a malha tem mais de um instrumento com a mesma função deve-se usar apêndice ou sufixo ao número.

21. PI = Indicador de pressão: “P" é a variável medida (Pressão), e “I“ é a função de informação ou passiva. Neste caso pode-se ter vários tipos de instrumentos, desde um manômetro mecânico à instrumentos eletrônicos sofisticados. PIC = Indicador Controlador de Pressão: Neste caso a função final é o controle de uma malha, portanto, a letra "C" da coluna “função final". A letra "I” é somente uma função passiva mencionando que o instrumento também esta indicando de alguma forma a variável "P" pressão. LAH = Alarme de Nível Alto: Neste exemplo a letra "A" define a função de informação, indicando que o instrumento está sendo utilizado para um alarme. A letra modificadora "H“ complementa esta informação indicando o parâmetro do alarme, no caso nível alto. HV = Válvula de controle manual: A letra “V“ indica a função final e a letra “H“ indica a variável inicial. LCV = Válvula de controle de nível auto-operada: Neste exemplo a letra “C" pode estar indicando que a válvula é auto-operada.

22. Símbolos • A simbologia correta da instrumentação deve conter os seguintes parâmetros: • Identificação das linhas de interligação dos instrumentos, por exemplo, eletrônica física, eletrônica por configuração, pneumática. • Determinação do local de instalação dos instrumentos, acessível ou não acessível ao operador de processo. • Filosofia da instrumentação, quanto ao instrumento ser dedicado a cada malha ou compartilhado por um conjunto de malhas de processo. • Identificação (tag) do instrumento, envolvendo a variável do processo, a função do instrumento e o numero da malha do processo.

29. Principais sistemas de medida Quanto à Natureza: Dois são os sistemas principais: L.M.T. e L.F.T. Quanto ao Valor Atribuído: As unidades fundamentais temos: a) Tipo L.M.T. 1°) Físico ou Cegesimal (C.G.S.) : centímetro, grama, segundo. 2°) Industrial Francês (M.T.S.) : metro, tonelada, segundo. 3°) Métrico Decimal (M.K.S.) : metro, quilograma, segundo. 4°) Absoluto Inglês (Ft, Pd, S): pé, libra, segundo. b) Tipo L.F.T. 1°) Prático, Terrestre ou Gravitatório (M. kgf.s.): metro, quilograma força, segundo. 2°) Prático Inglês (Ft, Pd, sec.): pé, libra-força, segundo.

30. Pressão A Medida de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível etc. podem ser feitas utilizando-se esse princípio. P = F / A onde: P = Pressão F = Força A = Área

31. DEFINIÇÕES BÁSICAS • Sólido: Toda matéria cuja forma não muda facilmente quando submetida à uma força. • Líquidos: Toda matéria cuja forma pode ser mudada facilmente quando submetida à uma força, porém sem mudar o volume. • Gás: Toda matéria cuja forma e volume podem ser mudadas facilmente quando submetida à força. • Fluido: Toda matéria cuja forma pode ser mudada e por isso é capaz de se deslocar. Ao ato de se deslocar é caracterizado como escoamento e assim chamado de fluido.

32. Massa Específica: Também chamada de densidade absoluta é a relação entre a massa e o volume de uma determinada substância. É representada pela letra Ró (ט) e no SI pela unidade (kg/m). • Densidade Relativa: Relação entre massa específica de uma substância A e a massa específica de uma substância de referência, tomadas à mesma condição de temperatura e pressão.

33. Teorema de Bernoulli) • Através desse teorema pode-se concluir que para um fluido perfeito, toda forma de energia pode ser transformada em outra, permanecendo constante sua somatória ao longo de uma linha de corrente. Assim sua equação representativa é:

34. Pressão atmosférica É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre, que é medida em um barômetro, Figura 2.2. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente De 760mmHg. Quanto mais alto o local, menor a pressão atmosférica.

36. Pressão manométrica ou relativa É a pressão medida em relação à pressão Atmosférica.

37. Pressão absoluta É a soma da pressão relativa e atmosférica.

38. Pressão diferencial É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo ∆P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão etc.

39. Pressão estática É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso.

40. Pressão dinâmica É a pressão exercida por um fluído em movimento paralelo à sua corrente.