Curso realizado na Usina DAMATA de instrumentação

2. INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Definição:
É a ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e
controle de processos, através de instrumentos, dispositivos mecânicos,
elétricos, eletrônicos e microprocessados, visando a qualidade e eficiência do
processo.
Variável de Processo (PV)
É aquela que indica diretamente a forma ou estado desejado do produto.
Considere a figura a lado, a finalidade do sistema é fornecer uma vazão de
água aquecida, ou seja, a variável de processo é a temperatura da água de
saída.
Meio Controlado:
É a energia ou material no qual a variável é controlada. O meio controlado é a
água na saída do processo, onde a variável de processo, temperatura,
representa uma característica da água.
Variável Manipulada:
É aquela sobre a qual o controlador automático atua, no sentido de se manter a
variável no valor desejado.
A variável manipulada pode ser qualquer variável do processo que causa uma
variação rápida na variável controlada e que seja fácil de se manipular.
Para o aquecedor, a variável manipulada pelo controlador deverá ser a vazão
de vapor.

3. Malha de Controle:
É a ação de medir a variável de processo (PV), comparar com um valor pré-
determinado (SP – set-point) e atuar na variável manipulada de modo a
minimizar o erro. A malha de controle pode ser aberta ou fechada.

4. Instrumentação:
Instrumentos de Campo
Instrumentos de Painel
Elementos Primários:
São aqueles que alteram uma variável física no processo, ou altera o seu
estado físico para efetuar uma medição.
Estes instrumentos trabalham associados com outros, pois, sozinho não
consegue dar nenhuma informação.
- Placa de Orifício – FE
(Elemento primário para medir vazão)
- PT100 ou Termopar - TE
(Elemento primário para medir temperatura)
Indicadores de Campo:
São instrumentos que nos fornece uma indicação visual das variáveis de
processo.
Manômetros – PI
(Indicador de Pressão)
Termômetros – TI
(Indicador de Temperatura)
Manômetros – PI (Indicador de Pressão)

5. Opera com todos os líquidos e fluídos, exceto aqueles muito viscosos ou com
tendência à cristalização. Classe de precisão 1% .
Ideal para indústrias químicas, petroquímicas e farmacêuticas, papel e
celulose, usinas de açúcar e álcool.
Transmissores:
Instrumento que mede uma determinada variável e transmite esta informação
em um sinal proporcional e padronizado em instrumentação. Esta transmissão
pode ser:
pneumática (3 – 15 psi ),
elétrica (4 – 20 mA) ou
digital utilizando algum protocolo de comunicação
(Profibus–PA , FieldBus).
Tipos de Transmissores:
Transmissor de Pressão – PT
Transmissor de Nível – LT
Transmissor de Temperatura – TT
Transmissor de Vazão – FT
Transmissor de pH – AT
Transmissor de Condutividade - AT
Transmissor de Umidade - AT
Transmissor de Concentração de O2 - AT
Transmissor de Brix - AT
Dispositivos de Chave:
Utilizado para informar a situação de um equipamento (Sensor de rotação),
valores extremos de uma variável (alarme ou trip), ou o limite de um movimento
do equipamento (fim de curso p/ válvulas).
Modelos:
Pressostato – PSL/PSH
Fluxostato – FSL/FSH
Termostato – TSL/ TSH (Intertravamento, Alarme, Trip)
Sensor Magnético (sensor rotação, fim de curso p/ válvulas)
Sensor Capacitivo (sensor nível)
Elementos Finais de Controle:
Dispositivo que atua diretamente no processo para modificar o valor da variável
manipulada de uma malha de controle.

6. Válvula de Controle de Temperatura – TCV
(Controla a Vz Vapor para um Trocador de Calor)
Inversor de Freqüência em uma Bomba - LCZ
(Controle de Nível)
Inversor de Freqüência em uma Bomba - FCZ
(Controle de Vazão)
Indicadores de Painel:
São instrumentos que nos fornece uma indicação visual das variáveis de
processo, normalmente não estão em contato com o campo, pois, utiliza um
sinal padronizado de instrumentação, fornecido por um transmissor ou
conversor.
Ινδιχαδορ Ν ϖ λ ΛΙ
ε
Indicador Pressão – PI
Indicador Temperatura – TI
Conversores:
Transforma a informação da variável física de entrada, em um sinal de saída
proporcional e padronizado em instrumentação.
Conversor (3 a 15 psi) p/ (4 a 20 mA)
Conversor (4 a 20 mA) p/ (0 a 10 V)
Conversor (TC – K ) p/ (4 a 20mA)
Conversor (PT - 100) p/ (4 a 20mA)
Controladores:
Instrumento que executa um algoritmo do tipo PID, e gera uma saída para o
elemento final de controle. O Controle é feito a partir do erro encontrado entre o
Set-Point (valor ajustado pelo operador) e o valor da Variável de Processo
(PV). Este erro é submetido a um algoritmo do tipo PID, a qual os valores de
proporcional, integral e derivativo são ajustados de acordo com a malha.
CD600 (Controlador Digital) – LIC/FIC/PIC/TIC
PLC (Controlador Lógico Programável) - LIC/FIC/PIC/TIC
Terminologia:
Definição:
São definições e termos técnicos no campo de instrumentação com o objetivo
de promover a mesma linguagem.

7. Range (faixa de medida)
Conjunto de valores da variável medida, que está compreendida dentro do
limite inferior e superior da capacidade de medida ou de transmissão do
instrumento. Expressa-se determinando-se os valores extremos.
Exemplo:
100 a 500 ºC
0 a 10 Kgf/cm2
-50 a 150 mmCA
Span (alcance)
É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do
instrumento.
Exemplo:
Um instrumento de 200 a 500 ºC
têm um Span de 300 ºC
Erro:
Diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação real da
variável medida.
Pode ser estático ou dinâmico.

8. Precisão:
É o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter ao longo de sua
faixa de trabalho. Pode ser expresso em porcentagem do span ou em unidade
da variável.
Em porcentage da variável:
Um instrumento com range de 50 a 150 ºC, está indicando 80 ºC e sua
precisão é de ± 0,5 % do span.
Temperatura:
Definição:
É o grau de agitação térmica das moléculas, pois, toda a substância são
constituídas de pequenas partículas (moléculas) que estão em contínuo
movimento. Quanto maior a temperatura mais rápido é o movimento das
moléculas. Na prática a temperatura é representada por uma escala numérica,
onde, quanto maior é seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos
do corpo em questão.
Escala:
Fahrenheit
Definida com o valor 32 no ponto de fusão do gelo e 212 no ponto de ebulição
da água. O intervalo entre estes pontos fixos é dividido em 180 partes iguais, e
cada parte é um grau Fahrenheit. O símbolo da unidade é “ ºF ”.
Celsius:
Definida com o valor 0 no ponto de fusão do gelo e 100 no ponto de ebulição
da água. O intervalo entre estes pontos fixos é dividido em 100 partes iguais, e
cada parte é um grau Celsius. O símbolo da unidade é “ ºC ”.
Medidores de Temperartura:
Termômetro À dilatação de líquido
(Termômetro de vidro)
Esta baseado na lei de dilatação volumétrica de um líquido dentro de um
recipiente. É feito de um tubo de vidro sob vácuo tendo em uma das
extremidades um bulbo ligado á um tubo capilar. O bulbo é preenchido com
um líquido que se expande pela ação do calor, indicando em uma escala
gravada diretamente sobre o vidro ou sobre uma escala externa.
Termômetro Bimetálico:
São dois metais, com diferentes coeficientes de dilatação térmica, soldado
entre si e preso a um apoio fixo em uma das suas extremidades. O aumento de
temperatura, resulta em uma deflexão das lâminas. Na prática os dois metais

9. são soldados de maneira a formar uma lâmina que é enrolada em forma de
espiral, aumentando a sua sensibilidade
Termo resistência (PT 100)
Os bulbos de resistência são sensores que se baseiam no principio de variação
da resistência em função da temperatura.
Os materiais mais utilizados para a fabricação destes tipos de sensores são a
platina, cobre e níquel.
platina, cobre e níquel
Estes metais apresentam estas características
Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do
sensor;
Alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura;
Alta rigidez para ser transformado em fios finos.
Termopares:
São dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros
ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o
nome de junta quente ou de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao
instrumento de medição da F.E.M. (Força EletroMotriz), fechando um circuito
elétrico por onde flui a corrente.
O ponto onde o termopar se conecta ao instrumento de medição é chamado de
junta fria ou de referência.
TIPO J
VANTAGENS 1) Baixo custo
2) Indicados para serviços contínuos até 760° em
C
atmosfera neutra ou redutora
TIPO J
RESTRIÇÕES 1) Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante
de 760° devido à rápida oxidação do ferro.
C
2) Utilizar tubo de proteção acima de 480°C

10. TIPO K
ELEMENTO POSITIVO Chormel
ELEMENTO NEGATIVO Alumel
FAIXA DE TEMPERATURA 0 a 1260ºC
USUAL
TIPO K
VANTAGENS 1) Indicado para atmosfera oxidante.
2) Para faixa de temperatura mais elevada fornece
rigidez mecânica melhor do que os tipos S ou R e
vida mais longa do que o tipo J.
TIPO K
RESTRIÇÕES 1) Vulnerável em atmosferas redutoras, sulfurosas e
gases como SO2 e H2S, requerendo substancial
proteção quando utilizado nessas condições.
Pressão:
Definição:
É a força aplicada uniformemente sobre uma superfície.
É uma variável muito importante no processo industrial, pois, a sua medição
pode determinar outras variáveis como vazão, nível e densidade.

11. Unidade de Pressão:
A PRESSÃO pode ser expressa em várias unidades
UNIDADE SIGNIFICADO
Kgf – unidade de força
Kgf/cm2 cm2 – unidade de superfície
P - “Pound = Libra” unidade de força
SI - “Square Inch = Polegada Quadrada” = unidade
PSI de superfície
N – “Newton” unidade de força
N/m2 ou Pa m2 = unidade de superfície
(Pascal)
Pressão Relativa:
Conhecida como pressão efetiva ou manométrica.
É medida tomando como referência a pressão atmosférica e pode ser positiva
ou negativa (vácuo).
Pressão Atmosférica:
É a pressão exercida pela camada gasosa que envolve a terra,
aproximadamente 50 Km.
No nível do mar e a 0ºC esta pressão é igual a 1 ATM = 760mmHg.
Pressão Absoluta:
É a pressão medida a partir do vácuo perfeito (zero absoluto).
As unidades de pressão na escala absoluta devem ser precedidas com a letra
“a”.
Pressão absoluta = Pressão relativa + Pressão atmosférica
Medidores de Pressão:
Medidores por Coluna Líquida
São dispositivos constituídos por um tubo transparente de secção circular e
uniforme, contendo um líquido de densidade conhecida e medem pressões
relativamente baixas com excelente precisão.

12. Colunas em U
É utilizada em:
medições de pressão;
pressão diferencial e
vácuo.
Transmissor Pressão Capacitivo
Um capacitor possui a capacidade de armazenar energia na forma de um
campo eletrostático e também pode se opor a variações de tensão.
Transmissor Pressão Capacitivo
É constituído por um par de placas condutoras separadas por um material
isolante (dielétrico), e o valor da capacitância é dado por :
Transmissor Pressão Capacitivo
Baseado neste principio, foi desenvolvido a célula capacitiva para medição de
pressão relativa ou diferencial, que é formada por duas placas fixas em
estrutura isolante (vidro) e entre as placas um diafragma sensor.
As pressões P1 e P2 são aplicadas sobre dois diafragmas isoladores que
transmitirão através de um líquido de enchimento (dielétrico) a pressão
diferencial ao diafragma sensor.
A alteração da distância relativa entre as placas provoca a alteração da
capacitância que é conectada a circuitos eletrônicos responsáveis pela
conversão em sinal analógico.
Nível:
Definição:
É a altura de um produto em um recipiente.
É necessário para a contabilidade de material estocado, distribuição da matéria
prima para processamento e para a própria operação.
Os principais métodos de medição de nível são:
Régua ou gabarito
Visores de Nível
Medição de Nível por delta P
Medição por célula de carga
Medição por Ultrasom
Medição por Radiação
Medição tipo Capacitivo

13. Régua ou Gabarito:
Consiste em uma régua graduada, que tem um comprimento conveniente para
ser introduzida dentro do reservatório a ser medido.
A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento
molhado na régua pelo líquido.
Visores de Nível:
Consiste em um tubo de vidro, com seus extremos conectados a blocos
metálicos onde possuem válvulas de bloqueio e dreno.
Medição de Nível por Delta P
É a medição de nível por pressão hidrostática, esta baseada no Teorema de
Stevin, que relaciona o nível de um reservatório pela pressão hidrostática
gerada pela coluna líquida dentro do reservatório.
Medição por Célula de Carga:
A medição é feita determinando o peso total do reservatório onde contém o
produto. Deste total é subtraído o peso do reservatório, obtendo-se o peso do
produto e a partir das dimensões do tanque e da densidade do produto chega-
se ao nível.
Medição tipo Ultrasom:
Este tipo de medição se baseia na emissão de um sinal de ultrasom (c/
freqüência acima de 20 KHz) que será refletido na superfície do líquido e
captado por um receptor. Esta técnica de medição, chamada eco-sônica, mede
o tempo gasto pela onda desde o instante em que é gerada até o instante em
que retorna ao receptor.
Medição por Radiação:
O sistema de medição por radiação consiste em um emissor de raios-gama
(Cobalto 60, Césio 137, etc) montado verticalmente na lateral do tanque. Do
outro lado do tanque, temos um detetor de radiação, por exemplo do tipo
Contador Geiger, que transforma a radiação gama recebida, em um sinal
elétrico de corrente contínua.
Vazão:
Definição:
A determinação da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por um
determinado local na unidade de tempo. O produto pode ser medido em
unidades de

14. Volume
Litros;
mm3;
cm3;
m3;
Galões
Unidades de massa
g;
Kg;
Toneladas;
Libras
Dividida por uma unidade de tempo (seg, min, hora).
Tipos de Medidores de Vazão:
Placa de Orifício (Pressão Diferencial)
Bocal (Pressão Diferencial)
Rotâmetro (Área Variável)
Turbina (Velocidade)
Medição por Tensão Induzida (Medidor Magnético)
Medição por elementos deprimogênios (placa de orifício, Bocal)
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários
colocados na tubulação de forma tal que o fluído passe através deles.
A sua função é aumentar a velocidade do fluido diminuindo a área de seção em
um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão.
A vazão pode ser medida a partir desta queda.
Medição por velocidade (turbina):
Consiste em um rotor provido de palhetas em ângulo com seu eixo de rotação
paralelo ao fluxo. Uma bobina alimentada por uma fonte externa de energia
produz um campo magnético e cada vez que uma palheta cruza o campo
magnético gera um impulso devido a relutância do fluxo magnético. O sinal de
saída é uma seqüência de pulsos cuja freqüência é proporcional a vazão. O
sinal gerado pelas turbinas pode ser tanto para medição de vazão como para
totalização.
Medição por tensão induzida (medidor magnético de vazão)
A lei de Faraday estabelece que a tensão induzida através de um condutor ao
mover-se perpendicularmente entre um campo magnético é proporcional a
velocidade do condutor.
O campo magnético é formado por um eletroímã, ou por um par de bobinas
alimentadas por uma fonte de corrente alternada. Dois eletrodos são colocados
nas paredes do medidor que é revestido por um material isolante (normalmente

15. teflon). De acordo com a lei de Faraday, quando o fluído atravessar o medidor
cortando as linhas do fluxo magnético, uma pequena tensão será induzida
entre os eletrodos sendo proporcional ao movimento do fluído. A milivoltagem
gerada é amplificada e convertida em sinal analógico padronizado para
instrumentação (4-20 mA).
Controladores Lógicos Programáveis
Definição:
É um controlador de alta velocidade, com arquitetura flexível, capaz de efetuar
controles lógicos, funções de controle avançada e comunicação com outros
dispositivos.
O CLP permite alterar seu programa sem parar o processo produtivo.
CLP: Tradução para o português da sigla Programmable Logic Controller, ou
seja, Controlador Lógico Programável, a qual tem sua utilização restrita uma
vez que se tornou marca registrada de propriedade exclusiva de um fabricante
nacional. Antiga Metal Leve Controle eletrônico sendo posteriormente adquirida
pela Rockwell Automation.
PLC: Abreviatura do termo em inglês Programmable Logic Controller
Histórico:
O desenvolvimento do CLP iniciou-se em 1968 em resposta a uma requisição
da Divisão Hidramática da General Motors. Naquela época, a General Motors
freqüentemente passava dias ou semanas alterando sistemas de controle
baseados em relés, sempre que mudava um modelo de carro ou introduzia
modificações na linha de montagem. Para reduzir o alto custo de instalação
decorrente destas alterações, a especificação de controle da GM necessitava
de um sistema de estado sólido, com a flexibilidade de um computador, mas
que pudesse ser programado e mantido pelos engenheiros e técnicos na
fábrica. Também era preciso que suportasse o ar poluído, a vibração, o ruído
elétrico e os extremos de umidade e temperatura encontrados normalmente
num ambiente industrial
Os primeiros CLP’s foram instalados em 1969, fazendo sucesso quase
imediato. Funcionando como substitutos de relés, até mesmo estes primeiros
CLP’s eram mais confiáveis do que os sistemas baseados em relés,
principalmente devido a robustez de seus componentes de estado sólido
quando comparados as peças móveis dos relés eletromecânicos. Os CLP’s
permitiram reduzir os custos de materiais, mão-de-obra, instalação e
localização de falhas ao reduzir a necessidade de fiação e os erros associados.
Os CLP’s ocupavam menos espaço do que os contatores, temporizadores e
outros componentes de controle anteriormente utilizados. E a possibilidade de
serem reprogramados permitiu uma maior flexibilidade para trocar os
esquemas de controle.
Talvez a razão principal da aceitação dos CLP’s pela indústria foi que a
linguagem inicial de programação era baseada nos diagramas ladder e
símbolos elétricos usados normalmente pelos eletricistas.

16. Funcionamento:
Todas as suas operações são programadas, para uma determinada aplicação,
por meio de comandos pré-definidos. O Controlador Lógico Programável
trabalha de forma cíclica, ou seja, existe um tempo (scan) para a realização de
suas tarefas. Sua tarefa repetitiva é fazer leitura dos dispositivos de entrada,
executar o programa criado pelo usuário, atualizar suas saídas e executar
diagnósticos.
FIM