Curso Instrumentação Básica - Petrobras

INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA


INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA PARA CONTROLE DE PROCESSOS

AGENDA Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáv Variáveis eis de Processo Processo::- Pressão Pressão,, Nível, Nível, Vazão, Temperatur Temperatura, a, Densida Densidade de e pH. Contro Controle le de Process Processo o Elemen Elementos tos Finais Finais de Contro Controle le Técnic Técnicas as de Segu Seguran rança ça Operaci Operaciona onall Segura Segurança nça Intrín Intrínseca seca

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Nelson Moreira Junior

1. Conceit Conceitos os Básicos de Instrum Instrumentação entação Industr Industrial ial - Intr Introduç odução ão - El Eleme ement ntos os de uma uma Mal Malha ha de Contr Control olee - Term Terminol inologia ogia e Simbolog Simbologia ia 2. Telemetri Telemetriaa - Tran Transmi smissão ssão em Ins Instrum trument entaçã ação o - Sina Sinais is Pne Pneumát umáticos icos - Si Sinai naiss An Analó alógic gicos os - Si Sinai naiss Di Digit gitais ais 3. Variáveis Variáveis de Processo Processo 3.1 Pressão - Conc Conceit eitos os de Pre Pressão ssão - Uni Unidade dadess de Pres Pressão são - Medi Medidore doress de Pres Pressão são - Sis Sistem temas as de Sel Selagem agem - Medi Medidore doress Espe Especia ciais is de Pre Pressão ssão - Tran Transmis smissor sores es de Pressão Pressão

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Nelson Moreira Junio



3.2 Medição Medição de Nível Nível - Intr Introduç odução ão - Me Mediç dição ão de Níve Nívell Dir Diret etaa - Me Mediç dição ão de Nível Nível Ind Indire ireta ta 3.3 Medição Medição de Vazão Vazão - Intr Introduç odução ão - Mé Métod todos os par paraa Med Mediç ição ão de Va Vazão zão - Medi Medição ção de Vaz Vazão ão por Elem Element entos os Dep Deprimo rimogêni gênios, os, Áre Áreaa Var Variáv iável, el, Magnético Magnéti co e outros. 3.4 Medição Medição de Temperatura Temperatura - Intr Introduç odução ão - Conc Conceit eitos os Bás Básicos icos - Esc Escalas alas de Temper Temperatu atura ra - Medidore Medidoress de Temperatura Temperatura (termor (termoresistê esistências, ncias, termopa termopares,et res,etc) c)

4. Controle Controle de Processos Processos - Intr Introduç odução ão - Co Contr ntrole ole em Malha Malha Ab Aber erta ta - Def Definiç inições ões - Atr Atrasos asos de Tempo Tempo em Process Processos os - Mod Modos os de Contr Controle ole - Sint Sintonia onia de Controla Controladore doress - Sis Sistem temas as de Cont Controle role 5. Elemen Elementos tos Fina Finais is de Contro Controle le (EFC (EFC)) - Tip Tipos os de Elemen Elemento toss Fin Finais ais de Contr Controle ole - Válv Válvulas ulas de Cont Control rolee - Ac Acess essório órioss de uma Vál Válvul vulaa de Cont Controle role - Co Conv nvers ersore oress I/ I/P P 6. Técnica Técnicass de Seguranç Segurançaa Operacio Operacional nal - Limi Limites tes Oper Operacio acionais nais - Sequ Sequênci ênciaa Oper Operaci acional onal - Outr Outros os Dis Disposi positiv tivos os 7. Segurança Segurança Intrínse Intrínseca ca - Intr Introduç odução ão - Comp Comparaç aração ão entr entree Técn Técnica icass de Prot Proteçã eção o - Funda Fundament mentos os de Sistema Sistemass Intr Intrinsi insicam camente ente Segu Seguros ros - Apr Aprovaç ovação ão e Certifica Certificação ção de Equipament Equipamentos os - Bar Barrei reiras ras de Segura Segurança nça Int Intrins rinseca eca - Cons Consider ideraçõ ações es Fina Finais is

3.5 Mediçã Medição o de Outras Outras Vari Variáve áveis is - De Densi nsidad dadee e pH pH

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4




INSTRUMENTAÇÃO


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INSTRUMENTAÇÃO é a ciê INSTRUMENTAÇÃO é ciênci nciaa que apl aplic icaa e dese desenvo nvolve lve téc técnic nicas as par araa ad adap apta taçã ção o de ins instr tru umen ento toss de med mediç ição ão,, tr tran ansm smiiss ssão ão,, indica ind icação ção,, registr registro o e control controlee de variáv variáveis eis fís física icass em equ equipa ipamen mentos tos nos pr proce ocesso ssoss ind indust ustria riais. is... O uso de intru intrumen mentos tos em proc processo essoss ind indust ustria riais is vi visa sa a obten obtenção ção de um pro produt duto o de me melho lhorr qua qualid lidade ade com men menor or cus custo to e meno menorr tem tempo po..

A ut util iliz izaç ação ão de instru instrume ment ntos os no noss pe perm rmit ite: e: - Inc Increm rement entar ar e contro controlar lar a qualid qualidade ade do produ produto; to; - Au Aumen mentar tar a produ produção ção e o rendi rendimen mento; to; - Obt Obter er e for fornec necer er dad dados os seg seguro uross da mat matéri ériaa pr prima ima e qua quanti ntidad dadee produz pro duzida ida alé além m de ter em mão mãoss dad dados os rel relati ativos vos à eco econo nomia mia dos processos. 6




Definições Planta Uma planta é um conjunto de equipamentos que funcionam conjuntamente objetivando um produto final. Processo É uma operação que evolui progressivamente caracterizada por uma série de mudanças graduais que se sucedem. É caracterizado por uma série de ações controladas ou movimentos sistematicamente dirigidos objetivando um particular resultado. “Qualquer operação a ser controlada é um processo” 7


Sistemas É uma combinação de componentes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo.

Distúrbios Um distúrbio é um sinal que tende a afetar adversamente o valor da saída de um sistema

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FLUIDO AQUECIDO

MALHA DE CONTROLE LIQUIDO ENTRANDO

FLUIDO A SER AQUECIDO

VAPOR

LIQUIDO SAINDO

CONTROLADOR

SENSOR DE TEMPERATURA

VALVULA

PROCESSO INDUSTRIAL

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SP

VAPOR

CONDENSADO

Variável Cont Variável Controlad rolada: a: Meio Cont Controlad rolado: o: Variável Variá vel Manip Manipulada ulada:: Agente Agen te de Cont Controle: role:

MISTURADOR

Temperatura Fluído Vazão Vapor Nelson Moreira Junior

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

ABERTA: FECHADA:

Sistem Sist emaa se sem m rea eallim imen enta taçã ção o (o (ou u Fee eedb dbac ackk ) Sistem Sis temaa com reali realimen mentaç tação ão 10




ELEMENTOS DE CONTROLE

CAMPO

T e m p e r.

Bulbo de Resistência Resistência Termopar Termômetro Termômetr o de vidro TermômetroBimetálico TermômetroÓptico

P r e s s ã o

Manômetro Manômetr o tipoFole Monômetro tipo Bourdon Manômetr Manô metro o tip tipo o Colu Coluna na U Diafragma Fole Pressão Diferencial

V a z ã o

Pressão Diferencial Medidores Magnétic Magnéticos os Medidores Ultrasônico Ultrasônicoss Medidores dores ÁreaVariáve ÁreaVariávell Medidores Canais Abertos

CONTROLADOR

N í v e l

Tipo Flutu Flutuador ador Tipo Diferencial Tipo Capacitivo Tipo Ultrasônico

INDICADOR REGISTRADOR ALARME

O u t r o s

ELEMENTO PRIMARIO

E.F.C. PROCESSO

TRANSMISSOR

C A M P O P A I N E L CONVERSOR

Variável de Processo

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PAINEL

Indicador Registrador Conversor Controlador Set de Alarme Multi-Loop Single-Loop SDCD PLC

CAMPO

Elemento Final de Controle

Analisador de pH Analisador de Gás Umidade Balança Densidade Viscosidade

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Classificação dos instrumentos

Classificação por Função

Há vários métodos de classificação dos instrumentos de medição.

• Função • Sinal Sinal tran transm smiti itido do ou ou supri suprimen mento to • Tip Tipo de sinal

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Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associação desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma função. Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por função cuja descrição sucinta pode ser lida na tabela 01.


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Cada instrumento executa uma função !!!!

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Classificação por Sinal de Transmissão ou Suprimento

A Instrumentação Pneumática

Os instrumentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seu suprimento. 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 kgf/cm2 (aproximadam (aproximadamente ente 3 a 15psi 15psi no Sistema Sistema Inglês). 17


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Instrumentação Pneumática

Os Painéis Centralizados

A tecnologia pneumática usa um sinal de pressão de ar ( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus seu s elementos. Sensor Controlador

Válvula de Controle

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Painéis de Controle Centralizados

Zero Vivo Característica dos sinais telemétricos cuja faixa inicia-se num valor acima do zero de energia.

• Para visualização do processo, os painéis assumem a forma de um quadro sinótico. 21


Faixas comuns de transmissão: • 4 a 20 ma • 1 a 5 Vc c • 3 a 15 PSI • 0.2 0.2 a 1.0 1.0 Kgf Kgf/c /cm m2 22




Sobre a telemetria pneumática: 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 uma unidade de condicionamento de ar para fornecer aos instrumentos, um ar seco e sem partículas pa rtículas 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. 23


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 troc c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, filtros, bombas, etc... 24




Tipo elétrico Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão. Face a tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação de instrumentos eletrônicos microprocessados, hoje, é esse tipo de transmissão largamente usado em todas as indústrias, onde praticamente não ocorre risco de explosão.

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 utilizam-se sinais em tensão contínua de 1 a 5V.

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. 25


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Vantagens •Permite transmissão para longas distâncias sem perdas. •A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão. •Necessita de poucos equipamentos auxiliares. •Permite fácil conexão aos computadores. •Fácil instalação.

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.

•Permite de forma mais fácil realização de operações matemáticas. 27


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Desvantagens

Tipo Digital

•Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em instalações localizadas em áreas de riscos. •Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais. •Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos elétricos.

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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

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Vantagens

Desvantagens

•Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento. •Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados.

•Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.

•Imune a ruídos externos.

•Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a informação informação e/ou contro controle le de várias malha. malha.

•Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha. •Menor custo final.

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Via Rádio

Via Modem

Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à sua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica.

A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude.

Vantagens

Vantagens •Não necessita de cabeamento. •Pode-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento.

Desvantagens

Desvantagens •Alto custo inicial. •Necessidade de técnicos altamente especializados. 33

•Baixo custo de instalação. •Pode-se transmitir dados a longas distâncias.


•Necessita de profissionais especializados. •Baixa velocidade na transmissão de dados. •sujeito a interferências externas, inclusive Ver arquivo cd senai violação de informações. carreta carret a – teori teoria a histórico 34




SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO

Símb Sí mbol olos os Ge Gerai raiss p/ In Instr strum ument entos os ou Fun Funçã ção o Pr Prog ogra rama mada da LOCALIZAÇÃO

Com objetivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentos utilizados para representar as configurações utilizadas para representar as configurações das malhas de instrumentação, normas foram criadas em diversos países. No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através de sua norma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de símbolos gráficos para representação dos diversos instrumentos e suas funções ocupadas nas malhas de instrumentação. 35


TIPO

Locação Princ Locação Principal ipal normalmente acessível ao opera operador dor

Montado no Campo

Locação Auxi Locação Auxiliar liar normalmente acessível ao opera operador dor

Locação Auxi Locação Auxiliar liar normalmente não acessí acessível vel ao opera operador dor

Instrumentos Discretos

Instrumentos Compartilhados

Computador de Processo

Controlador Programável

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Símbo Sím bolos los de Lin Linhas has p/ Ins Instru trumen mento toss ou F.P F.Prog rogram ramada ada SUPRIMENTO OU IMPULSO

SINAL NÃO DEFINIDO

Símbol Sím bolos os e Funçõ Funções es de Proc Process essame amento nto de Sina Sinais is SÍMBOLO 

SINAL ELÉTRICO

SINAL PNEUMÁTICO

SINAL ELETROMAGNÉTICO O U MAGNÉTICO SÔNICO (TRANSMISSÃO GUIADA)

SINAL ELETROMAGNÉTICO OU SÔNICO (TRANSMISSÃO NÃO GUIADA)

LIGAÇÃO CONFIGURADA INTERNAMENTE AO SISTEMA (SOFTWARE)

LIGAÇÃO MECÂNICA

SINAL BINÁRIO PNEUMÁTICO

SINAL BINÁRIO ELÉTRICO

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+

 /m 

TUBO CAPILAR

SINAL HIDRÁULICO

OU

K

OU OU

_ P

SÍMBOLO

FUNÇÃO

SOMA

×

MULTIPLICAÇÃO

MÉDIA

÷

DIVISÃO

FUNÇÃO

SUBTRAÇÃO

 n

PROPORCIONAL

 n

,

OU

I

INTEGRAL

x

d/dt

OU

D

DERIVATIVO

f(a)

EXTRAÇÃO DE RAIZ QUADRADA EXTRAÇÃO DE RAIZ EXPONENCIAÇÃO FUNÇÃO NÃO LINEAR



SELETOR de SINAL ALTO

LIMITE SUPERIOR



SELETOR de SINAL BAIXO

LIMITE INFERIOR

±

POLARIZAÇÃO

LIMITADOR DE SINAL

f(t)

FUNÇÃO TEMPO

**

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CONVERSÃO DE SINAL




Tran Transm smis isso sorr de Pre Press ssão ão Fiel Fieldb dbus us LD30 LD3022 • • • •

• • • • • • 39


Medi Mediçã ção o dire direta ta digi digita tall de capa capaci citâ tânc ncia ia.. Rang Rangea eabi bililida dade de:: 40: 40:1, 1, p/ todo todoss os mode modelo los. s. Exat Exatid idão ão:: 0.07 0.075 5 %, p/ p/ todo todoss os mode modelo los. s. Linha completa: – D, M, L, A, H, S and T – Selos Remotos – P. Molhadas: 316SS, 316SS, Hastelloy, Tantalu Tantalu 0-12 0-125 5 Pa a 0-40 0-40 MPa MPa (0-1 (0-1/2 /2”” a 0-5 0-580 800 0 psi) psi).. Capa Capaci cida dade de de Diag Diagnó nóst stic ico. o. Inst Instan anci ciaç ação ão de Blo Bloco coss Func Funcio iona nais is.. A Pro Prova va de Temp Tempo, o, A Pro Prova va de Expl Explos osão ão.. Intr Intrin inse seca came ment nte e Segu Seguro ro.. Capac apacid idad ade e de Ser Ser Mest Mestre re da Red Rede. 40




LD292 LD292 Transm Transmiss issor or de Pressã Pressãoo Man. Man. Fieldb Fieldbus us • • • •

• • • • • •

Aces Ac essó sóri rios os pa para ra Tran Transm smis isso sore ress de Pre Press ssão ão

Medi Mediçã ção o dire direta ta digi digita tall de capa capaci citâ tânc ncia ia.. Rang Rangea eabi bililida dade de:: 40: 40:1, 1, p/ todo todoss os mode modelo los. s. Exat Exatid idão ão:: 0.01 0.01 %, p/ todo todoss os mode modelo los. s. Complete line – Selos Remoto – P. Molhadas: 316SS, 316SS, Hastelloy, Tantalum Tantalum 0-12 0-125 5 Pa a 0-25 0-25 MPa MPa (0 - 5” a 0 - 3600 3600 psi) psi).. Capa Capaci cida dade de de Diag Diagnó nóst stic ico. o. Inst Instan anci ciaç ação ão de Blo Bloco coss Func Funcio iona nais is.. A Pro Prova va de Temp Tempo, o, A Pro Prova va de Expl Explos osão ão.. Intr Intrin inse seca came ment nte e Segu Seguro ro.. Capac apacid idad ade e de Ser Ser Mest Mestre re da Rede Rede.. 41


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TT302 TT302 Transmis Transmissor sor de Temper Temperatu atura ra Fieldb Fieldbus us • Pre Precisã cisão o Bási Básica ca:: 0.02 0.02%. %. • Dois Canais de Entrada. • Entrada Universal: – RTD, TC, ohm, mV – Lead wire compensation compensation – Compensação de Junta Fria – Isolação e Linearização • Aut Auto Dia Diagn gnós ósttico ico • Diag iagnóst nóstic ico o do Se Senso nsor • Inst Instan anci ciaç ação ão de Blo Bloco coss Func Funcio iona nais is.. • A Pro Prova va de Temp Tempo, o, A Pro Prova va de Expl Explos osão ão.. • Intr Intrin inse seca came ment nte e Segu Seguro ro.. • Capa apacida cidade de de Ser Ser Mest Mestre re da Rede ede. 43


DT302 DT302 Transm Transmiss issor or de Den Densid sidade ade Fieldb Fieldbus us • • • • • • • • • • • •

Exat Exatid idão ão:: ±0.1 ±0.1ºº Brix Brix ou ±0.0 ±0.000 004 4 g/cm g/cm². ². Comp Compen ensa saçã ção o de Tem Tempe pera ratu tura ra.. Diagn iagnó ósti stico Remot emoto o Contí ontínu nuo. o. Sem Partes Móveis. Faix Faixa: a: 0.5 0.5 a 5 g/c g/cm² m².. Cone Conexõ xões es:: Padr Padrõe õess Indu Indust stri riai aiss e Sani Sanitá tári rios os.. A Pro Prova va de Temp Tempo, o, A Pro Prova va de Expl Explos osão ão.. Intr Intrin inse seca came men nte Segu Seguro ro Facil Manutenção. Não requer limpe mpeza periódica. Inst Instan anci ciaç ação ão de Blo Bloco coss Func Funcio iona nais is.. Capac apacid idad ade e de Ser Ser Mest Mestre re da Red Rede. 44




TP302 TP3 02 Tra Transm nsmiss issor or de Pos Posiçã içãoo Fie Fieldb ldbus us • Sen Sensor de de Po Posição por Efeito Hall (Sem Contato Contato). ). • Movi Movime ment nto o Line Linear ar:: 10 10 ~ 100 100 mm mm • Movi Movime ment nto o Rota Rotatitivo vo:: 30 30 ~ 120º 120º • Exat Exatid idão ão:: 0.1 0.1 %. • Auto Auto Di Diagnó agnóst stiico. co. • Diag Diagnó nóst stiico do Sens Sensor or • Inst Instan anci ciaç ação ão de Bloc Blocos os Func Funcio iona nais is.. • A Pro Provva de Te Tempo, A Prova de Explosão. • Intr Intriinsec nsecam amen ente te Segu Seguro ro.. • Cap Capacidad dade de Ser Mestre da Rede. de. 45


FY302 FY3 02 Pos Posici iciona onador dor de Vál Válvul vulas as Fie Fieldb ldbus us • Sen Sensor de de Po Posição por Efeito Hall (Sem Contato Contato). ). • Versatil: – Movimento: Linear / Rotativo Rotativo – Ação: Simples / Dupla Dupla

• Inst Instan anci ciaç ação ão de Bloc Blocos os Func Funcio iona nais is.. • Diag Diagnó nóst stic icos os para para Válv Válvul ula a e Atua Atuado dor. r.

• A Pro Provva de Te Tempo, A Prova de Explosão. • Int Intrins rinsec ecam amen ente te Segu Seguro ro.. • Cap Capacidad dade de Ser Mes Mestre da Rede 46




FY40 FY 4022 Posic Posicio iona nado dorr de Vá Válv lvul ulas as Fi Fiel eldb dbus us de Simples Ação • Senso nsor de Po Posição por Efeito Hall (Sem (Sem Contato Contato). ). • Movi Movimen mento to:: Linea Linearr e Rota Rotatitivo vo.. • Simples Ação. • Inst Instan anci ciaç ação ão de Bloc Blocos os Func Funcio iona nais is.. • Diagnós nósticos. • A Pr Prova ova de Te Tempo, A Prov rova de Explosão. • Intr Intriinsec nsecam amen ente te Segu Seguro ro.. • Cap Capacidade de Ser Mestre da Rede 47


Conver Con versor sores es Fie Fieldb ldbus us • IF302 - Três Entradas de Co Corren rente – 4-20 mA, 0-20 mA

• FI302 - Três Saí Saídas de Corr orrente – 4-20 mA – Modos de Falha Segura ( Fail - Safe )

• FP302 - Conversor FF pa para Pres ressão – 3 - 15 PSI – Modos de Falha Segura ( Fail - Safe )

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Controladores

PORTA TAG DISPLAY ALFANUMÉRICO DE 8 DÍGITOS PARA USO GERAL

SELETOR DO DISPLAY SELETOR DA MALHA

MONITORAÇÃO GERAL

MONITORES DA MALHA

LOCAL/REMOTO RECONHECIMENTO DE ALARME

BARRAS GRÁFICAS

AUTO/MANUAL

SET-POINT VARIÁVEL DE PROCESSO

ATUAÇÃO MANUAL

SAÍDA

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Modulação Analógica e Digital

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TERMINOLOGIA 1 - Ra Rang ngee (fai (faixa xa me medi dida da)) 2 - Spa Span n (alcan (alcance) ce) 3 - Er Erro ro (e (est stát átic ico o e din dinâm âmic ico) o) 4 - Pr Preci ecisã são o 5 - Zo Zona na Mort rtaa 6 - Sen Sensib sibili ilidad dadee 7 - His Hister teresis esis 8 - Repet Repetibili ibilidade dade 9 - Co Confo nformi rmidad dadee 10 - Repr Reproduc oducibili ibilidade dade 57


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REPETIBILIDADE

HISTERESIS LEITURA OU SAIDA

LEITURA (l/min)

CARACTERISTICA DESCENDENTE

REPETIBILIDADE = ± 1 l/min ± 0,1 % DO SPAN

1000

200 200 " C

753

120,2

MAXIMO ERRO DE REPETIBILIDADE

DIFERENCA MAXIMA 752

119,8 CARACTERISTICA ASCENDENTE

ENTR EN TRAD ADA A ( " C) 0

120

200

0 59

ERRO DE REPETIBILIDADADE

VAZÃO REAL (l//min)

0

750 (l/min)

0 Nelson Moreira Junior

1000 60




TELEMETRIA TRANSMISSÃO EM INTRUMENTAÇÃO


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2.1 - Sin Sinais ais Pne Pneumá umátic ticos os Sinais Sina is Típic Típicos os: 3 a 15 PSI / 3 a 27 PSI / 0 a 30 PSI. Países País es com Siste Sistema ma Métr Métrico ico : 0,2 a 1,0 kgf/cm². Nas válv válvulas ulas: 0,6 a 1,4 kgf/cm² kgf/cm² ou 0,8 a 2,4 kgf/cm². Linhas de Transmissão : As linh linhas as de tran transmissão smissão pneu pneumátic máticas as são const constituí ituídas das de tubo de cobr cobre e ou vinil de 1/4" (diâ (diâmetro metro exter externo). no). Em casos espe especiais ciais (atmo (atmosfera sferass oxida oxidantes) ntes),, usam-se usam-se tubo tuboss de aço inox inox.. A distância distâ ncia prát prática ica para tran transmissã smissão o do campo campo para para o painel painel é de apro aproximad ximadament amente e 150m. Para distâ distâncias ncias superiore super iores, s, é recomendável recomendável inte intercala rcalarr relé reléss pne pneumáti umáticos cos (ampl (amplifica ificadore dores) s) a cada 100m a fim de atenuar atenuar os retar retardos dos de transmiss transmissão. ão. Consi Considera dera-se -se viável, viável, a trans transmissão missão pneu pneumática mática até a distância distância de 500m. 500m.

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Noções Noç ões em Transmi Transmissão ssão de Dados

2.2 - Sin Sinais ais Ana Analóg lógico icoss Sinais Sina is Típi Típicos cos: 4 a 20mA / 10 a 50 mA / 0 a 20 mA / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10 V.

A - Com Comuni unicaçã cação o Par Parale alela la

Linhas Linh as de Trans Transmiss missão ão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas geralmente de fios de cobre flexí geralmente flexível vel com isol isolament amento o de até 600 Volts Volts.. Os sinai sinaiss DC contí contínuos nuos elimi eliminam nam a possibilid possib ilidade ade de captur capturar ar pert perturba urbações ções elet eletroma romagnéti gnéticas cas pode podendo ndo util utilizar izar 2 fios fios blin blindado dados. s.

Zero Vivo: Utili Utilizado zado quan quando do adot adotamos amos o nível nível mínim mínimo o de 4 mA, ofere oferece ce a vantag vantagem em de pode podermos rmos detectar uma avari detectar avaria a (romp (rompimen imento to de um dos fios) fios),, quer provo provocaria caria a qued queda a do sinal abai abaixo xo de 0%. Note também, també m, que o nível nível mínimo do sina sinall pneu pneumátic mático o não é zero zero e sim sim 3 PSI, PSI, deste modo modo,, consegu conseguimos imos calib calibrar rar corretamen corret amente te o instr instrumen umento, to, compr comprovan ovando do sua corre correta ta cali calibraçã bração o como por exemp exemplo lo no caso de um transmissor trans missor pneu pneumático mático de temperat temperatura ura de range range 0 a 150ºC 150ºC onde o sensor sensor estivesse estivesse com 0ºC e o sinal sinal de saída em 1 PSI, o mesmo visive visivelmen lmente te seria possí possível vel dete detectar ctar sua descal descalibra ibração. ção. Se o nível mínimo fosse 0 PSI, não seria possív possível el fazer fazermos mos esta compr comprovaçã ovação o rapi rapidame damente. nte.

B - Co Comu muni nica cação ção Se Seri rial al B1 - Tra Transm nsmissã issão o Ser Serial ial Assín Assíncro crona na B2 - Tra Transm nsmiss issão ão Ser Serial ial Síncr Síncron onaa B3 - EIA EIA-RS -RS232 232 C B4 - EIA EIA-RS -RS422 422 B5 - EIA EIA-RS -RS485 485 C- Ti Tipo poss de Mod Modul ulaç ação ão FSK, ASK e PSD D - Vel Veloci ocidad dadee de Tran Transmi smissã ssão o (Ba (Baud ud Rate Rate))

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COMUNICAÇÃO Painell de Cont Paine Controle role Conv Convencio encional nal 4 - 20 mA Comp Computa utador dor de 1-5 V Processo

F O N T E

-

HART 20mA mA 250 4 - 20

+ 250 ohms

Vfonte = (A x N x 250) + 12 A = 0.004 (para (para TRM) ou 0.021 (par (paraa PID). N = Núm Número ero de TRM TRMss ou PIDs.

ROCESSO Válvulas

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PID - 2

TRM - 14 14 TRM - 15 15

HART - Hig HART Highwa hwayy Addres Addresss Remote Remote Tran Transdu sducer cer - Sis Siste tema ma que com combin binaa o padrão pad rão 4 a 20 mA com a comun comunica icação ção dig digita ital. l. É um sistem sistemaa a dois fio fioss com taxa taxa de comunicaç comunicação ão de 1200 bit/s bit/s e modulação modulação FSK (frequên (frequência). cia). O Hart Hart é basead baseado o no sistem sistemaa mest mestre re escr escravo, avo, perm permitindo itindo a existên existência cia de doiss mes doi mestre tress na red redee simu simulta ltane neame amente nte.. O Har Hartt não dev devee se tor tornar nar um padrão pad rão dev devido ido à limi limitaç tação ão de ve veloc locida idade. de. Em méd média ia uma tr trans ansaçã ação o no barra bar ramen mento to oco ocorre rre a cada cada 375 ms.

4 - 20 mA

ransmissores

PID - 1


66




FIELDBUS

SDCD ALIMENTAÇÃO

CARTÃO DE CONTROLE FUNÇÕES DE CONTROLE

ÁREA DE CONTROLE CAMPO

CARTÃO DE ENTRADA

4 -2 0 m A

4-20 m A

VISUALIZAÇÃO E OPERAÇÃO

CARTÃO DE SAÍDA

4 -2 0 m A

SDCD

FT-123

FT-102

FCV-102

Fontes Cartões de Controle Cartões de Entrada Cartões de Saída Fusível I/O Terminador Cartões 4-20 mA

67


68




Comp Co mpar araç ação ão En Entr tree os Si Sist stem emas as DDC

69


DCS

70

FCS




Evolução dos Sistemas de Automação MÁQUINA OU PROCESSO INDUSTRIAL

Fieldbus é a próxima grande transição tecnologica no campo da automação industrial SENSORES, CHAVES, BOTOEIRAS, ETC.

Tecnologia Dominante

Pneumática

Analógica

Digital

Fieldbus

ATUADORES

CP 1940

1960

11980 980

2000

71

Tempo


72




INÍCIO

contat con tato o abe aberto rto

CONDIÇÕES DE INICIALIZAÇÃO

contat con tato o fec fechad hado o

()

LEITURA DAS ENTRADAS ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS IMAGENS DAS ENTRADAS PROCESSAMENTO E INSTRUÇÕES DE USUÁRIOS

ativa ati varr saí saída da

() () ()

Exempl Exem plo o de Diagra Dia grama ma de Relés Relés

ACIONAMENTO DAS SAÍDAS ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS IMAGENS DAS SAÍDAS 73


Funçõe Funç õess Bá Bási sica cass do Diagra Dia grama ma de Relés Relés

74




3 - VARI VARIÁVEIS ÁVEIS DE PROCE PROCESSO SSO

AGENDA Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáveis de Processo Processo::- - Pressão Pressão,, Nível , Vazão Pressão Vazão,, Temperatura, Densidade e pH. Contro Controle le de Process Processo o Elemen Elementos tos Finais Finais de Contro Controle le Técnic Técnicas as de Segu Seguran rança ça Operaci Operaciona onall Segura Segurança nça Intrín Intrínseca seca

75


3.1 3. 1 - Me Medi dição ção de Pr Pres essã são o Definições: Pres Pr essã são o = força área

[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]

Massa Mas sa Esp Especí ecífic fica( a(p)=

massa [ kg/m²; g/cm²] volume

Peso Específico()=

peso [kgf/m³; gf/cm³] volume 76




TEOREMA DE STEVIN

h

δ

“A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cota entre os dois pontos”.

PRINCÍPIO DE PASCAL A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, se transmite integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais. Devido serem os fluidos praticamente incompressíveis, a força mecânica desenvolvida em um fluido sob pressão pode ser transmitida.

P2 - P1 = .P = (h2 - h1) . δ

77


78




DEFINIÇÃO

BARÔMETRO DE TORRICELLI

Pode ser definida como sendo a relação entre uma força aplicada perpendicularmente (90º) à uma área (fig. 4) e é expressa pela seguinte equação:

A pressão pode ser também expressa como a somatória da pressão estática e pressão dinâmica e assim chamada de pressão total.

As bomb bombas as funcio funcionam nam em virtu virtude de do princ princípio ípio segun segundo do o qual a pressã pre ssão o atm atmosf osféri érica ca exe exerci rcida da sob sobre re a sup superf erfíci íciee da águ águaa é cap capaz az de equilibr equilibrar ar uma colu coluna na de água água de 10,33m 10,33m de de altura. altura. Na bomba bomba aspira asp irante nte a pressão pressão atm atmosf osféri érica ca pod podee ele elevar var a água a esta alt altura ura desde des de o subsolo, subsolo, mas mas,, devido devido às imp imperf erfeiç eições ões da bom bomba, ba, na práticaa a altura prátic altura é de uns 8 metros. metros. 79


80




Pressão Estática

Pressão absoluta

É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, que é transmitida integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.

Pressão Dinâmica É a pressão exercida por um fluido em movimento paralelo à sua corrente. A pressão dinâmica é representada pela seguinte equação:

Pd =

É a pressão positiva a partir do vácuo perfeito, ou seja, a soma da pressão atmosférica do local e a pressão manométrica. Geralmente coloca-se a letra A após a unidade. Mas quando representamos pressão abaixo da pressão atmosférica por pressão absoluta, esta é denominada grau de vácuo ou pressão barométrica.

1 2 ρ v 2 81


82




Pressão manométrica

Pressão diferencial

É a pressão medida em relação à pressão atmosférica existente no local, podendo ser positiva ou negativa. Geralmente se coloca a letra “G” após a unidade para representá-la. Quando se fala em uma pressão negativa, em relação a pressão atmosférica chamamos pressão de vácuo.

83


É o resultado da diferença de duas pressões medidas. Em outras palavras, é a pressão medida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referência da pressão atmosférica.

Pressão total É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento.

84




ESCALAS DE PRESSÃO ESCALA h m m H g

A B

UNIDADES DE PRESSÃO

- Pre Press ssão ão Re Rela lati tiva va ( ou P. Efe Efeti tiva va ou Pr Pres essã são) o) - Pre Press ssão ão Ab Abso solu luta ta ( ou Ze Zero ro Abs Absol olut uto o ou Vá Vácu cuo o Perfeito)

# Sistemas CGS ( dina/cm² dina/cm² ) e MKS ( Newton/m² Newton/m² ) são rarame rar amente nte uti utiliz lizado adoss nas ind indúst ústria rias. s. # Sis Siste tema ma Mé Métr triico (k (kg g*/ */ccm² ). # Países Países de L.Inglesa" L.Inglesa" PSI " ( pound/square pound/square in ).

P ab abss = P re rell + P at atm m pressão pre ssão rel relativ ativa a

Conversão: 01 libra = 0,451 0,4516 6 kg e 01 poleg polegada ada = 2,54 cm portanto, 1 kg/cm² = 14,223 PSI.

pressão pre ssão abs absolut oluta a ZERO RELATIVO

vácuo ZERO ABSOLUTO 85


Unidades + utiliza Unidades utilizadas: das: 1 atm=760 mmhg(0°C)=762,4 mmhg(20°C)=10.332mmca= mmhg(20°C)=10.332mmca= 10.351mmca(20°C)=10,332kgf/m²=1,033kgf/c 10.351mmca(20°C)=1 0,332kgf/m²=1,033kgf/cm²=14,696PSI= m²=14,696PSI= 101,325 kpa(N/m²)=1,01325 bar=407,2 "H2O. 86




Composição dos Medidores de Pressão PS I

K PA

Polegadas H2O

m mm m H 2O

Polegadas Hg

m m Hg

B a rs

m B a rs

kg/ cm ²

PSI PS I

1

6,8947

27,705

703,07

2,036

51,7148

0,0689

68,947

0,0703

KP A

0,14504

1

4,01832

101,9716

0,2953

7,50062

0,01

10,0

0,0102

Polegadas H2O

0,03609

0,24886

1

25,4

0,07307

1,8719

0,00249

2,491

0,00254

mm H2O

0,0014

0,0098

0.03937

1

0,00289

0,07307

0,00009

0,09806

0,00001

Polegadas Hg

0,4912

3,3867

13,62

345,94

1

25,4

0,0339

33,864

0,0345

m m Hg

0,0193

0,1331

0,5362

13,62

0,03937

1

0,0013

1,3332

0,0014

B a rs

14,504

100,0

401,5

10.215, 0

29,53

750,06

1

1.000

1,0197

m B ar s

0,0145

0,1

0,4022

10,215

0,0295

0,7501

0,001

1

0,001

kg/ cm ²

14,223

97,9047

394,06

10.018, 0

28,959

735,56

0,9807

980,7

1

g/c m ²

0,0142

0,0979

0,3941

10,018

0,02988

0,7356

0,00098

0,9807

0,001

TABELA 2: CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO.

87


Elemento de recepção: Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em deslocamento ou força (ex:bourdon, fole, diafragma). Elemento de transferência: Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou que transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo elétrica ou pneumática, que é enviada ao elemento de indicação (ex: links mecânicos, relé piloto, amplificadores operacionais). Elemento de indicação: Aquele que recebe o sinal do elemento de transferência e indica ou registra a pressão medida (ex: ponteiros, displays) . 88




1. MEDIDORES POR COLUNA LÍQUIDA

Tipos de Manômetros

Tipos: Tip os: Col Coluna una em U; U; Colu Coluna na reta ver vertic tical al e Colun Coluna a inc inclin linada ada P

0d

0d

0D

h

0D

P

P

* 4

5

6

7

h x

H

8 9

3

10

2 1

11 12

* Me Medi dido dore ress es espe peci ciai aiss 89


Vantagens e Desvan Vantagens Desvantagens tagens:: - me mede dem m pre press ssõe õess ba baix ixas as,, com com boa boa prec precis isão ão,, cust custo o ba baix ixo oe simples simpl es construção, construção, de fácil manute manutenção. nção. - ex exige igem m tu tubo boss ca calilibr brado ados, s, nivel nivelame ament nto, o, líq.s líq.s nã não o vi visc scos osos os e não per permi mite te vi vibra braçõ ções es.. 90




Manômetro tipo Coluna Reta Vertical

Líquidos de enchimento A princípio qualquer líquido com baixa viscosidade, e não volátil nas condições de medição, pode ser utilizado como líquido de enchimento. Entretanto, na prática, a água destilada e o mercúrio são os líquidos mais utilizados nesses manômetros.

P 1 − P 2 = δ (h2 + h1 ) A.h1 = a.h2 ∴ h1 =

Faixa de medição Em função do peso específico do líquido de enchimento e também da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento é utilizado somente para medição de baixas pressões. 91


P 1 − P 2 = δ .h2 (1 +

a A a A

h2

)

P 1 − P 2 = δ .h2 92




Manômetro tipo Coluna Inclinada

2. MEDIDORES POR ELEMENTOS ELÁSTICOS

Este Manômetro é utilizado para medir baixas pressões na ordem de 50 mmH2O. A vantagem é a de expandir a escala de leitura o que é muitas vezes conveniente para medições de pequenas pressões com boa precisão (± 0,02 mmH2O).

Este tipo de instrumento de medição de pressão baseia bas eia-se -se na llei ei de Hooke Hooke sob sobre re elasti elasticid cidade ade dos dos materiais. “O módulo da força aplicada em um corpo é proporcional à deformação provocada”.

Tipos: Manôme Man ômetr tros os de Bourdon, Bour don, de Fole Fole e de Diafragma

P

P 93


Manômetr Manô metros os de Bourdon Bourdon P 94




Essa deformação pode ser dividida em elástica (determinada pelo limite de elasticidade), e plástica ou permanente. Os medidores de pressão tipo elástico são submetidos a valores de pressão sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a força a ele submetida o medidor retorna a sua posição inicial sem perder suas características.

95


96



97



98




Material de Bourdon De acordo com a faixa de pressão a ser medida e a compatibilidade com o fluido é que determinamos o tipo de material a ser utilizado na confecção de Bourdon. A tabela a seguir indica os materiais mais utilizados na confecção do tubo de Bourdon.

99


Quanto a classe de precisão, essa classificação pode ser obtida através das tabelas tabelas de de Manômetro Manômetro / vacuômetro vacuômetro e Manômetro composto, a seguir.

100




Faixa de operação recomendável Com exceção dos manômetros utilizados como padrão, a pressão normal medida deve estar próxima a 75% da escala máxima quando essa variável for estática e próxima a 60% da escala máxima para o caso de medição de pressão variável.

101


102




Manômetro de pressão diferencial Este tipo construtivo é adequado para medir a diferença de pressão entre dois pontos quaisquer do processo. É composto compos to de dois tubos de Bourdon Bourdon dispo dispostos stos em oposição oposição e interligados por articulações mecânicas.

103


104




Manômetro duplo São manôm manômetr etros os com com dois dois Bou Bourdon rdonss e mecan mecanism ismos os independentes e utilizados para medir duas pressões distintas, porém com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo está no fato de se utilizar uma única caixa e um único mostrador.

Manôme Man ômetro tro de Fole

PRESSÃO

FOLE

ESCALA

Manômetro Manô metro de Diafrag Diafragma ma PONTEIRO MOLA

CONEXÃO DE PRESSÃO 105


106



Aplicação:


SISTEMAS DE SELAGEM POTE DE SELAGEM

a) O fluído fluído do proces processo so for corro corrosiv sivo o ao dis dispos positi itivo vo de mediçã medição; o; b) O fluído fluído for um um gás com pos possib sibilid ilidade ade de conde condensa nsação ção por diminuição de tempe minuição temperatu ratura, ra, quand quando o for aplica aplicado do ao dispo dispositiv sitivo o de medição, ex: vapor d’água;

50

Selo Lí Selo Líqu quid ido o co com m Potee de Selage Pot Selagem m

0

100

SELAGEM

c) O fluíd fluído o for um líquido líquido com sólidos sólidos em suspen suspensão; são; d) O fluíd fluído o for um um líquido líquido past pastoso; oso;

SINAL DE PROCESSO

PARA O MEDIDOR

e) O fluído tender a cristalizar-se com variações variações de temperatutemperatura ao ser apl aplica icado do ao dis dispos positi itivo vo de med mediçã ição, o, ex: óle óleo o APF APF;;

Densidade Densid ade do Líquid Líq uido o de Selo Selo

d = 0,8

d = 0,8

d = 1 ,2

d = 1 ,2

f) O fluí fluído do não pod poder er per perman manece ecerr par parado ado no dis dispos positi itivo vo de medição, ex: ex: medicamentos, medicamentos, leite etc; g) O fluído for periculos periculoso. o.

PARA O MEDIDOR

107


108

SINAL DE PROCESSO



4

5 6

7


MANOMETROS

8

4

5 6

7

8

3

9

3

9

2 1

10

2 1

10

Selo Se lo Vo Volu lumé métr tric ico o

11 12

Amortecedores de pulsação

11 12

FOLE PRESSAO

DIAFRAGMA PROCESSO DEPOSITO DE OLEO BOMBA DE VACUO

Selagem de manôme Selagem manômetro tro petroquímico

VALVULA DE BLOQUEIO

109

VALVULA DE BLOQUEIO

MANOMETRO


110




MANÔMETRO PADRÃO

Sifões

Os manômetros utilizados como padrão devem ter precisão superior em relação aos manômetros que serão calibrados. De acordo com as normas de medição, obriga-se a utilizar instrumentos padrões que foram aprovados em inspeção. Dois tipos de manômetros foram aprovados como padrão: manômetro tipo coluna, e manômetro tipo peso morto (peso estático).

Supressor de pressão

111


112




O manômetro tipo peso morto, também denominado de manômetro de peso estático, é utilizado para calibrar medidores de pressão tipo elástico, tais como tubo de bourdon, etc., e como manômetro padrão de altas pressões.

MEDIDORES ESPECIAIS DE PRESSÃO a) Transdu Transdutor tor de Pressão Pressão Ind Induti utivo( vo(LVD LVDT) T) P

ε L = − L U1

bp

U 2a

U 2b

U2

bs 1

Φm =

di dt

µ 0 IL

2π

b

Φ m = ∫ B.dA a

b  ln  

 a 

bs 2 s (p)

U2 = U2a U2a - U2b = k.U1 k.U1.s.P .s.P

113


114

onde: U = tensã tensão o elét elétric rica a s = cu curs rso o da mo mola la k = grau grau de acopla acoplament mento o P = press pressão ão apli aplicada cada Nelson Moreira Junio



b) Trans Transdut dutor or de Press Pressão ão Cap Capaci acitiv tivo o ACO DIAFRAGMA ISOLADOR VIDRO CERAMICA POROSA DIAFRAGMA SENSOR PLACAS DO CAPACITOR

C=K A d 115


Sensor Capacitivo (Célula Capacitiva) É o sensor mais utilizado em transmissores de pressão. Nele um diafragma de medição se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o móvel, existe um líquido de enchimento que funciona como um dielétrico. Como um capacitor de placas paralelas é constituídos por duas placas paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer o esforço de pressão, o diafragma móvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem sua distância em relação ao diafragma modificada. Isso provoca modificação na capacitância de um circuito de medição, e então tem-se a medição de pressão.

116




Sensor Piezoelétrico

c) Transd Transdutor utor Piezo Piezoelétri elétrico co P P

DIAFRAGMA CRISTAL _ _ _ _

+ + + +

SAIDA

(a)

Efeito Efei to Piez Piezoelé oelétrico trico

(b)

CRISTAL

Transdutor 117


A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimétricos ao sofrerem uma deformação elástica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial elétrico causando um fluxo de carga elétrica em um circuito externo. A quantidade elétrica produzida é proporcional a pressão aplicada, sendo então essa relação linear o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização está no fato fato de se utilizar utilizar o efeito piezoel piezoelétrico étrico de semicondutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão.

118


(a) QUADRO



d) Transd Transdutor utor Piezo Piezoresist resistivo ivo (Extensômetro, Strain Gage)

Circ Ci rcui uito toss de Me Medi diçã ção o / Se Sens nsor ores es

(b) MOLA DE LÂMINA ENROLAMENTO

FIO DE LIGAÇÃO

RESISTENCIAS DE CALIBRACAO

PLACA C/ FILME EXTENSOMÉTRICO R1

Ponte de Wheatstone

R2

R3

R4

EQUILIBRIO: R 1 . R4 = R 2 . R3

P

R 1 = EXTENSOMETRO

MOLA DE LÂMINA

R 2 = COMPENSACAO DE TEMPERATURA

Camadaa Iso Camad Isolan lante te e Adesivo de Colagem

SUPORTE

Sensor a semicondutor

PINO SENSOR

Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina Sintética, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua fabricação, porém o quartzo cultivado é o mais empregado por apresentar características ideais de elasticidade e linearidade. 119

eixo neutro

estrutura sob estrutura flexão Nelson Moreira Junior

DIAFRAGMA CONEXAO

SEMICONDUTOR

SINAL

120




TRANSMISSORES DE PRESSÃO Diag Di agra rama ma em blo bloco coss do TRM TRM Pne Pneum umát átic ico o

ESTRUTURA DO TRM PALHETA

BICO

SAIDA

RELE

BLOCO DE TRANSMISSAO BARRA DE FORÇA

AMPLIFICADOR (RELE)

DETECTOR (BICO-PALHETA)

FOLE DE REALIMENTAÇÃO

PIVO

G

REALIMENTACAO

SINAL DE SAIDA

Equil Eq uilíbr íbrio io de Fo Forç rças as

No método de equilíbrio de força o bico s mantém fixo e somente a palheta se afast ou se aproxima do mesmo para ganh uma contrapressão proporcional detectada, contrapressão essa que ser amplificada pelo relé piloto.

DIAFRAGMA X

PALHETA

PRESSÃO

BLOCO DE MEDICAO

Detector

MOVIMENTO RESTRIÇÃO

BICO

variaç vari ação ão de pres pressã são ox distância distâ ncia bico bico-palh -palheta eta

PROCESSO 121


122




Transm Tra nsmiss issor or Ele Eletrô trônic nico o (Eq (Equil uil.Fo .Forças rças)) MOLA DE ENTRADA

No método de equilíbrio de movimento tanto o bico quanto a palheta se movimentam para obter a contrapressão correspondente à pressão detectada.

ALAVANCA DE EQUILIBRIO DE FORCAS

DETECTOR

PRESSAO DE PROCESSO

Método de equilíbrio de movimento

INDICA DOR AMPLIFICADOR OSCILADOR

123


124




TRANSMISSOR DE PRESSÃO CAPACITIVO

INSTRUMENTOS PARA ALARME E INTERTRAVAMEN INTERTRAVAMENTO TO

Pressã Pres são o de Referência O S C I L A D O R

Sinal de Saída

D E

Pressã Pres são o de Processo

125

A L T A F R E Q U Ê C I A


A variável pressão quando aplicada em um processo industrial qualquer, submete os equipamentos a ela sujeito, a esforços de deformação que devem estar sempre abaixo de limites de segurança para que não ocorra ruptura ruptura e consequentemente consequentemente acide acidentes. ntes. A garantia da permanência dos valores de pressão sempre abaixo dos limites de segurança deve ser feito de forma automática através de instrumentos de proteção.

126




Pressostato

Tipos de Pressostatos

É um instrumento de medição de pressão utilizado como componente do sistema de proteção de equipamento ou processos industriais. Sua função básica é de proteger a integri int egridad dade e de equ equipa ipament mentos os contra contra sobrepr sobrepress essão ão ou subp su bpres ressão são ap aplilica cada da aos aos mesmo mesmoss durant durante e o seu funcionamento.

Difere Dif erenci ncial al fixo fixo ou ajustáv ajustável el - Qua Quanto nto ao inte interva rvalo lo entre entre atuação e desarme atuação desarme os pressostat pressostato o podem ser ser fornecidos fornecidos com diferencial fixo e diferencial ajustável.

É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste ajuste de set-point set-point e uma chave de duas posiçõe posiçõess (aberto ou fechado).

O tipo ajustá ajustável vel permite permite ajust ajuste e de set-poin set-pointt e também também alteração do intervalo entre o ponto de atuação e desarme do pressostato.

127


O tipo fixo só oferece um ponto de ajuste, o de set-point, sendo o intervalo entre o ponto de atuação e desarme fixo.

128




Tipos de caixa disponíveis

Contato SPDT e DPDT Quanto ao tipo de contato disponível no microinterruptor pode-se selecionar o do tipo SPDT que é composto basicamente por um terminal comum, um contato normal aberto (NA) e um contato normal fechado (NF), ou selecionar o tipo DPDT que é composto de duplo contato, ou seja, dois comuns, dois NA e dos NF sendo um reserva do outro.

129


Pressostato Pressostat o com caixa à prova prova de tempo IP65. Podem ser fornecidos também com um bloco de terminais interno para conexões elétricas, evitando a instalação de um bloco de terminais externo para a ligação dos cabos. construídos ruídos dentro dentro de rígidos rígidos padrões padrões À prova de explosão - const de segurança, isolando os contatos e cabos de atmosferas explosivas.

130




Seleção da faixa ajustável

INSTRUMENTOS CONVERSORES DE SINAIS Os conversores tem como função básica modificar a natureza ou amplitude de um sinal para permitir a interligação de instrumento que trabalham com sinais diferentes.

Conversores eletro-pneumático eletro-pneumáticoss e pneumáticos-elétricos Esses converso conversores, res, também conhecidos conhecidos como I/P e P/I, tem como função função interfacear interfacear a instrumentação instrumentação pneumátic pneumática a com a elétrica, bem como permitir a utilização de atuadores pneumáticos na instrumentação eletrônica analógica ou digital.

131


132




Conversores Conve rsores eletro eletro-pneum -pneumático áticoss (I/P)

3.2 - MED MEDIÇÃ IÇÃO O DE NÍV NÍVEL EL * Pri Princip ncipais ais mét métodos odos de med mediçã ição: o: - Tip ipo o régu gua a ou gab aba arito, - Ti Tipo po vi viso sorr de ní níve vel,l, - Tip ipo o bói óia a ou flu luttua uad dor or,, - Ti Tipo po de desl sloc ocad ador or,, - Ti Tipo po pr pres essã são o hi hidr dros ostá tátitica ca,, - Ti Tipo po bo borb rbul ulha hado dor, r, - Ti Tipo po cé célu lula la de carga carga(p (pes esag agem em), ), - Ti Tipo po ra radi dioa oatitivo vo,, - Ti Tipo po ca capa paci cititivo vo..

133


134



TIPO DE INSTRUMENTO

Visor de Nível Bóia/Flutuador Deslocador Pressã Pre ssão o Hidr Hidros. os. Borbulhador Cél. Carga Ultra-Sônico Radiação Capacitivo Condutividade Pás Rot Rotativ ativas as Lâminas Lâmi nas Vibr Vibrat. at. Detecç Det ecção ão Tér Térm. m.

B B B R

MEDIÇÃO DE NÍVEL DIRETA

MEDIÇÃO CONTÍNUA

CHAVE DE NÍVEL

1 2 3 4 R E R R E B B R R R R R R B R B B B E R B B R R R


500

INDICAÇÃO

5

1 2 3 4 5 E R B B R R B R B R

B B E E R B R R R B E B R R

TRANSMISSÃO/ CONTROLE

1 R B E R B B R B R B B B B E B R R B

2 3 4 5

499 498 497

A) Ré Régu guaa ou Ga Gaba bari rito to

496

RR B R R R B R B R R R R B B R

B R

2 1

B E R B

R R

B) Visores Visores de Nível(vi Nível(vidro) dro)

Tipo Tip o Tub Tubula ular r

1 - Líq Líquid uidos os lim limpos pos E - Ex Exce cele lent ntee (s (sem em re rest striç riçõe õess de uso) uso) restri triçõe çõess de uso) 2 - Líqu Líquidos idos com espu espuma ma B - Bom (com res R - Regular Regular (poucas (poucas apl aplicaç icações ões)) 3 - Inte Interfa rface ce 4 - Pol Polpa pass 5 - Sól Sólido idoss 135


Plano (transparente)

136



LIQUIDO


INTERRUPTOR DE MERCURIO

GAS

IMA SUPERIOR TUBO ENVOLVENTE NAO MAGNETICO

Plano Reflex

INTERRUPTOR RELE TUBO ENVOLVENTE NAO MAGNETICO

VIDRO

IMA PERMANENTE

VIDRO

PISTAO MAGNETICO

CAMPO MAGNETICO INDICADOR

BOIA

Blindado (Magnético)

PISTAO MAGNETICO MICRO SWITCH

IMA

BOIA

BOIA PALHETA MAGNÉTICA DO INDICADOR DE NÍVEL

IMA INFERIOR

Chav Ch avee de Nív Nível el 137


138




Medi Me dido dorr Co Cont ntín ínuo uo - ti tipo po Fl Flut utua uado dorr Ma Magn gnét étic ico o

A) Me Mediç dição ão po porr de desl sloca ocado dorr (d (dis ispla place cer) r) - Em Empu puxo xo BLOCO DO BRACO DE TORQUE

CABECA CALIBRADORA

BASTAO DE TORQUE FLANFE DO TUBO DE TORQUE

BRACO DE TORQUE

IMAS

CABO

TUBO DE TORQUE

BOIA

PONT DE EQUILÍBRIO LIMITADOR

BICO

IMA

TUBO GUIA

PALHETA

DESLOCADOR

139


Princíp Pri ncípio io de Arch Archimed imedes es 140




Variação Vari ação do Pap. Pap. no Medido Medidorr Cont Contínuo ínuo

ESTRUTURA ESTRU TURA DO TRM Tipo - Deslo Deslocado cador r

ap. p. == W W -- EE PP ap. aap. NIVEL 0 3

0 1

3 LB

2

3

ELEMENTO DE ACOPLAMENTO VEDACAO

CONVERSOR

0 1

2 LB

2

3

1

1 LB

2

ELEMENTO DE SUSTENTACAO

2,25 M

14" NIVEL D`AGUA 14" COMP

A Nív ível el de Ág Água ua - 0

DESLOCADOR ACOPLAMENTO

7" NIVEL D`AGUA

B C Água Deslo Deslocada cada Água Deslo Deslocada cada Peso = 1LB Peso = 2LB 141


a d i m ú a e r á

a c e s a e r á

ELEMENTO DE SUSTENTACAO

* Classi Classific ficaçã ação o dos TRM TRM ' s, s, confor conforme me o element elemento o de vedaç ved ação ão e o tipo tipo de acopl acoplam ament ento o us usad ado: o: - Tub ubo o de tor torqu que e - Mo Mola la ba bala lanc ncea eado dora ra - Dp Ce Cellll ad adap apta tado do - Dis Disco co Flex Flexíve ívell 142




MONTAGEM DOS MEDIDORES DE NÍVEL Tipo Ti po De Desl sloc ocad ador or

Mediçã Med ição o de níve nívell de infe inferfa rface ce de 2 líq líquid uidos os ÓLEO ÁGUA

VAPOR

Controle Contro le de nív nível el em va vaso so de distri dis tribui buição ção de vapor

%/2

MEIO DO RANGE

%/2

PARA A VÁLVULA DE EXTRAÇÃO DE CONDENSADO

TOMADA DE EQUALIZAÇÃO 143

CONDENSADO

ÓLEO Nelson Moreira Junior

144




Medi Me diçã ção o de ní níve vell po porr de desl sloc ocad ador or s/ câ câma mara ra

B) MEDIÇÃO TIPO PRESSÃO HIDROSTÁTICA MANÔMETRO (OUTPUT)

-Med -M ediç ição ão de ní níve vell po por r (tanqu (ta nque e abe aberto rto)) TRANSMISSOR dp/CELL

LÍQUIDO

SÓLIDOS EM SUSPENSÃO

P1=(h.dr) + P topo P2=Ptopo

h HI

LO

TANQUE ABERTO SUPRIMENTO DE AR

145


146

p=P P1 - P2=h =h.d .dr r ´p= Nelson Moreira Junio



B) MEDIÇÃO TIPO PRESSÃO HIDROSTÁTICA

MEDIÇÃO COM ELEVAÇÃO

Tanque Tan que Fec Fechad hado o VAPOR

TRANSMISSOR dp/CELL LÍQUIDO

NÍVEL MAX.

h

HI

h

ÁLCOOL

LO CÂMARA DE ALTA PRESSÃO

TANQUE PRESSURIZADO

p=P P - P =[ =[(h. (h.dr dr)) + Ptopo] - Ptopo ´p= 1 2

Suprimento de ar

NÍVEL y MIN. HI

LT

´p = h.dr 147


148




MEDIÇÃO POR BORBULHADOR

MEDIÇÃO COM SUPRESSÃO

PCV

LI

BORBULHADOR

PI

A

N2

PCV

B

FI

PI N2

NÍVEL MAX.

h

POTES DE SELAGEM

PCV

C

LI

FI

PI N2

PCV

D

W

FI

PI

VARIAÇÕES DE CONTROLE DE PURGA

N2

NÍVEL MIN.

PCV

E

y

FI

PI H2O

HI

LO

PI

LT F

149


150




MEDIÇÃO TIPO ULTRASSOM

MEDIÇÃO POR RADIAÇÃO FONTE DE RADIAÇÃO

AMPLIFICADOR

INDICADOR

f > 20 kHz h = H - (v (v.t .t)) 2 onde:

h SENSOR GEIGER

H=dist. do emiss H=dist. emissor/rec or/receptor eptor ao fundo do tanque tanque h=nível v=ve v= velo loc. c. do do som som no ar ar ou gá gáss da pa part rte e su supe peri rior or do do tanq tanque ue t=tempo medido H - h= h=(v (v.t .t)/ )/2 2 =part =parte e va vazi zia a do tan tanque que 151


Medido Med idorr de nív nível el por Ra Raios ios-G -Gama ama 152




MEDIÇÃO MEDIÇ ÃO DE NÍVEL - CAPAC CAPACITIVO ITIVO

MEDIÇÃO DE VAZÃO

A B

S i

Ce

Ce C1

V C1

C2 C3

C2 Ka

R• 4

L I

Kp

C3

S = SONDA i = ISOLADOR V = VASO

R• 4

Ce = C1 + C2 C2 + C3

153


Na maioria das operações realizadas nos processos industriais é muito importante efetuar a medição e o controle da quantidade de fluxo de líquidos, gases e até sólidos granulados, não só para fins contábeis, como também para a verificação do rendimento do processo. Assim, estão disponíveis no mercado diversas tecnologias de medição de vazão cada uma tendo sua aplicação mais adequada conforme as condições impostas pelo processo. “Vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica, mássica ou gravitacional gravit acional de um fluido fluido que passa através através de uma seção de uma tubulaçã tubulação o ou canal por unidade de tempo.”

154




Vazão Volumétrica

Vazã Va zão o Má Máss ssic icaa

É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado. É representado pela letra Q e expressa pela seguinte equação: Na medição de vazão volumétrica é importante referenciar as condições básicas de pressão e temperatura, principalmente para gases e vapor pois o volume de uma substância depende da pressão e temperatura.

Q=

V t

É de definida como sendo a qu quantidade em massa de um um fluido que atravessa a se seção de um uma tubulação por unidade de te tempo. É representada pela letra Qm e expr ex pres essa sa pel pela a se segu guin inte te eq equaç uação ão::

Qm =

m

Relação Entre Unidades:

t

A relação entre as unidades de medição de vazão volumétrica e mássica pode ser obtida pela seguinte expressão:

Qm = ρ . Qv 155


156




Vazão Gravitacional

CONCEITOS FÍSICOS BÁSICOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO

É a quantidade em peso que passa por uma certa seção por unidade de tempo. É representada pela letra Qρ e expressa pela seguinte equação:

Q ρ =

W

Calor Específico Define-se calor específico como o quociente da quantidade infinitesimal de calor fornecido a uma unidade de massa duma substância pela variação infinitesimal de temperatura resultante deste aquecimento. É necessário que que se conheça a relação relação “k” do calor específico específico do gás a ser medido, para podermos calcular o seu coeficiente de correção da expansão térmica, e posteriormente dimensionar a placa de orifício. Esta relação do calor específico K é a relação do calor específico de um volume constante CV relativo ao calor específico da pressão constante CP do gás.

t

K = 157


C p C v 158




Unidade absoluta ou dinâmica

Viscosidade É definida como sendo a resistência ao escoamento de um fluido em um duto qualquer.

Pa . S, S, Poise Poise e centipois centipoise e

Esta resistência provocará uma perda de carga adicional que deverá ser considerada na medição de vazão.

Viscosidade cinemática É a relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de um fluido, tomados à mesma temperatura. É representada pela letra ν (ni).

Viscosidade absoluta ou dinâmica Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe ao movimento relativo de suas moléculas e ao movimento de corpos sólidos que nele estejam. É representada pela letra grega µ (mi).

Unidade de Viscosidade Cinemática As unidades de viscosidade cinemática mais utilizadas na indústria são: m2/s, stoke (cm2/s) e centistoke. centistoke.

159


160




Regime Laminar

Tipos de Escoamento Regime Laminar Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou concêntricas, dependendo da forma do duto, sem passagens das partículas do fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para determinada vazão.

É caracterizado por um perfil de velocidade mais acentuado, onde as diferenças de velocidades são maiores.

Regime Turbulento Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido e oscilações de velocidade e pressão. O movimento das partículas é desordenado e sem trajetória definida.

161


162




MEDIÇÃO DE VAZÃO

Regime Turbulento É caracterizado por um perfil de velocidade mais uniforme que o perfil laminar. Suas diferenças de velocidade são menores.

1 - Med Mediçã ição o por Pre Pressã ssão o Dif Difere erenci ncial al (El (Elem ement entos os Dep Deprim rimogê ogênio nios) s) Placa de Orifí Orifício, cio, Tubo Ventu Venturi, ri, Tubo Tubo Pitot Pitot,, Bocal, Bocal, etc. etc. 2 - Me Medi diçã ção o po porr Ár Área ea Va Vari riáv ável el Rotâmetro 3 - Med Mediçã ição o atr atravé avéss de Vel Veloci ocidad dadee Turbina 4 - Me Medi diçã ção o at atra ravé véss de For Força ça Placa Pla ca de Impact Impacto o 5 - Me Medi diçã ção o po porr Te Tens nsão ão In Indu duzi zida da Medidor Medid or Magn Magnético ético 6 - Me Medi diçã ção o em Can Canai aiss Ab Abert ertos os Calha Cal ha Par Parcha chall ll Vertedores

163


164




MEDIÇÃO POR ELEMENTOS DEPRIMOGÊNIOS

Placa de Orifício

250

I S P

De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar uma pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de orifício é a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada.

249

248

VAZÃO

MERCÚRIO

Relação Relaçã o ent entre re vel veloci ocidad dadee e diferenç diferençaa de pressão pressão

DIFERENCIAL DE PRESSÃO 165


O diâmetro do orifício é calculado de modo que seja o mais preciso possível, e suas dimensões sejam suficientes para produzir à máxima vazão uma pressão diferencial máxima adequada. 166




Equaç Eq uação ão bás básica ica p/ Ele Elemen mentos tos Dep Deprim rimogê ogênio nioss 2

Q=S1.E.C. .

P1 - P 2.

2g . (1/

PLACAS DE ORIFÍCIO * Tipos Tipos de orifício orifícios: s: 1. Orifício conc concêntric êntrico. o.

)

2. Or Orififíc ício io ex excê cênt ntri rico co.. 3. Or Orififíc ício io se segm gment ental al..

como: C = f (D.Rd. ) Q = K.

p

P (%) 100 75 FE

(b)

(a)

(c)

50 FT

25

FI

Q (%)

0 0

50

70,7 86,6 100 167


Este tipo de placa de orifício é utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.

Este tipo de orifício é utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa; 168

A placa de orifício segmental é destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão. Nelson Moreira Junio



Tomadas de Impulso em Placas de Orifício Tomas de Flange

Vantagens da tomada de flange

As tomadas de flange são de longe as mais populares. Os flanges para placas de orifício, já são feitos com os furos das tomadas, perfurados e com rosca. Os flanges podem ser do tipo rosqueado ou soldado.

169


1. Podem ser facilmente inspecionadas, dada sua localização próxima à face do flange. 2. Os flanges podem ser adquiridos prontos, dentro de normas com grandes precisão. 3. As tomadas são simétricas, podendo ser utilizadas para fluxo nos dois sentidos. 4. Esse tipo de tomada apresenta excelente precisão.

170




Tomadass de Vena Contrac Tomada Contracta ta As tomadas de Vena Contracta permitem o uso de flanges comuns, comuns, pois são normalmente acopladas diretamente na tubulação, podendo ser também soldadas ao tubo.

Desvantagens da tomada de flange 1. Os flanges utilizados são especiais, portanto são caros. 2. Não se recomenda o uso desse desse tipo de tomada para casos em que a relação entre o diâmetro do orifício e o diâmetro da tubulação é grande e em tubulações menores que 2”, devido ao fato de que a tomada de baixa pressão se situa numa região altamente instável da curva de recuperação de pressão.

171


172




Este tipo de tomadas são mais indicados para tubos de diâmetros acima de 4 polegadas. O centro da tomada de alta pressã pressão o deverá deverá estar local localizado izado entre ½ e 2D do plano de entrada da placa.

O centro da tomada tomada de baixa pressão pressão estará estará coloca colocado do no ponto em em que a pressã pressão o é mínima “Vena Contract Contracta”. a”. Essa Essa distância depende da relação d/D.

173


174




Tomadass de Tubulações Tomada Tubulações (Pipe (Pipe Taps)

Para relações relações d/D menore menoress que 0,72 a tomada de baixa baixa pressão pressã o poderá ser feita feita a uma distância distância D/2 após a placa com um erro desprezível. Porém, quando tivermos tubulações com diâmetros menores que 6” a tomada de baixa pressão deverá ser feita no próprio flange o que poderá ser um inconveniente. As tomadas de tubulação tubulação (montante: 2,5 diâmetro do tubo distante distante da placa, jusante; 8 diâmetros de distância), distância), permitem a medição direta da perda de carga permanente atual. O diferencial é menor que em outros tipos de tomada, para a mesma vazão. Não são necessários flanges especiais Não podemos utilizar para fluxos bidirecionais. 175


176




Tomada de Canto (CORNER TAPS)

Tomada de Canto (CORNER TAPS)

As tomadas de canto são constituídas nas flanges de placa e são usadas principalmente para tubos abaixo de 2 polegadas de diâmetro. A placa de orifício situa-se numa reentrância dos flanges. A tomada de pressão feita através de uma estreita passagem concêntrica num anel piezométrico entalhado na face do flange. Suas vantagens são as mesmas das tomadas nos flanges, porém são mais sujeitas a entupimentos que as tomadas de flanges.

177


178



DENOMINAÇÃO NA LITERATURA INGLESA

DENOMINAÇÃO SUGERIDA EM PORTUGUÊS

FLANGE TAPS

TOMADA EM FLANGES

DISTÂNCIA DA TOMADA À FACE MONTANTE K1

1"


TUBO VENTURI

DISTÂNCIA DA TOMADA À JUSTANTE K2

GRADIENTE HIDRÁULICO

1" (J)

1 "

H1 RADIUS TAPS

TOMADAS A D E 1/2 D

1D

1/2 D (M)

K1

GRADIENTE HIDRÁULICO

TUBOS PIEZOMÉTRICOS

H3

SEÇÃO PRINCIPAL

K2

H2 VENA CONTRACTA TAPS

TOMADAS EM VENA CONTRACTA

1/2 D A 2D

VER TABELA III.1b

CORNER TAPS

TOMADAS EM CANTO

JUNTO

JUNTO

K1

GARGANTA

M

TUBO VENTURI DIREÇÃO DA VAZÃO

PIPE TAPS

TOMADAS A 2½ D E8D

2½D

8D (M)

TUBO PIEZOMÉTRICOS

1 "

K 1

CONEXÃO NA GARGANTA

K 2

2.4 - 16

179


180




Desvantagens O tubo VENTURI apresenta algumas vantagens em relação a outros medidores de perda de carga variável como: -boa precisão ( 0,75%); -resistência a abrasão e ao acúmulo de poeira ou sedimentos; -capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos em grandes tubulações; -Permite medição de vazão 60% superiores à placa de orifício nas mesmas condições de serviço, porém com perda de carga de no máximo 20% do .P.

181


−custo elevado (20 vezes mais caros que uma

placa de

orifício); −dimensões grandes e incômodas; −dificuldade de troca uma vez instalado.

182



BOCAL

H

Medição de Vazão através do Tubo de Pitot É um dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade detectada em um determinado ponto de tubulação.

A

0,6041d

0,6041d

184 183




O tubo de Pitot Pitot mede apenas apenas a velocidade velocidade do ponto ponto de impacto e não a velocidade média do fluxo. Assim sendo, a indicação da vazão não será correta se o tubo de impacto não for colocado no ponto onde se encontra a velocidade média do fluxo.

Em termos práticos, para se determinar a velocidade média do fluido no interior de um duto, utiliza-se a tomada de impacto impac to do tubo de pitot entre 0,25 0,25 x D e 0,29D em relação a parede do tudo, pois nesta posição a velocidade do fluido se iguala à velocidade média do fluido.

Pesquisadores, concluíram que o valor da velocidade média seria 0,8 da velocidade máxima do duto.

185


186




MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS

ROTÂMETRO CONEXÃO DE SAÍDA

Vertedor Retangular

h

L IM IM I T E D E M Á X I M A V A Z Ã O SUPORTE DO TUBO DE VIDRO

TUBO CÔNICO PONTO DE LEITURA

D

Calha Parshall

W

A

C

R

L IM IM I T E D E M Í N I M A V A Z Ã O Ha

E N

187

Hb

CONEXÃO DE ENTRADA K


188




MEDIDOR MAGNÉTICO DE VAZÃO

Medidores a efeito DOPPLER A freqüência de uma onda sofre alterações alterações quando existe movimento movimento relativo entre a fonte emissora e um receptor. r eceptor. A variação da freqüência em função da velocidade é chamada de efeito DOPPLER.

“Quando um condutor se move dentro de um campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (f.e.m.) proporcional a sua velocidade.”

N

Quando uma partícula refletora se movimenta em relação a um receptor igualmente estacionário,a variação da freqüência é proporcional a velocidade relativa entre emissor e o receptor, ou seja, entre a partícula refletora e o receptor

E D

E = B .l . v O

189


190




Medidores tipo VORTEX

Medidor tipo Coriolis

O efeito vortex pode ser observado no vibrar de fios ou cordas ao vento, ou ainda em uma uma bandeira que tremula. Os vortex gerados repetem-se num tempo inversamente proporcional à vazão.

Nas aplicações industriais pode-se medir a vazão de gases , líquidos incorporando ao obstáculo reto sensores que percebam as ondas dos vortex vortex e gerem um sinal sinal em freqüência proporcional à vazão.

191


192




MEDIÇÃO DE VAZÃO DE SÓLIDOS

MEDIDOR TIPO TURBINA

ALIMENTADOR

Saída Saí da do Sinal Sinal

CÉLULA DE CARGA

CORREIA TRANSPORTADORA

M

ST

Saída da do Rotor Rotor Rotor Saí

WY

WT

Condiciona Condi cionador dor de fluxo WIC

193


194




MEDIÇÃO DE TEMPERATURA Definições

ESCALAS DE TEMPERATURA ESCALAS RELATIVAS

ESCALAS ABSOLUTAS

PIROMETRI PIROME TRIA: A: mediç medição ão de altas altas tem temper peratu aturas ras,, na fai faixa xa ond ondee os efeito efe itoss de radia radiação ção tér térmi mica ca pas passam sam a se manif manifest estar. ar.

°F

100

212

491,67

-273,15

0

32

0

0

-273,15

-459,67

671,67 180 DIVISÕES

CRIOMETRIA: CRIOMETR IA: medição medição de baixas baixas temp temperatu eraturas, ras, ou seja, aquel aquelas as próximas próx imas do zero absoluto absoluto.. TERMOMET TERMO METRIA RIA:: ter termo mo mai maiss abr abrang angent entee que inc inclui luiria ria tan tanto to a Pirometri Pirom etriaa como a Crio Criometri metria. a.

°C

373,15

R

PONTO DE EBULIÇÃO DA ÁGUA

PONTO DE FUSÃO DO GELO

K

100 DIVISÕES

Conceitos Básicos TEMPER TEM PERATU ATURA: RA: grau grau de agitaçã agitação o tér térmi mica ca das mol molécu éculas las.. ENERGIA ENERG IA TÉRMICA TÉRMICA:: é a somatór somatória ia das ene energi rgias as cin cinéti éticas cas dos seuss áto seu átomo mos. s. CALOR: é a energia em trânsito. trânsito. 195


ZERO ABSOLUTO

°C = °F - 32 Conversão Conver são de 5 9 Escalas: R = 459,67 + °F 196

K = 273,15 + °C K = R. 5 9 Nelson Moreira Junio



Pontos Fix Pontos Fixos os de Temp Tempera eratur turaa (Escal (Es calaa Prá Prátic ticaa Int Intern ernaci aciona onall de Tempera Temperatur tura) a)

O Ã S S E R P

L i n h a d e F u s ã o

ã o FASE a ç z i r LÍQUIDO p o V a d e a h i n L

PONTO CRÍTICO

FASE VAPOR

FASE SÓLIDO d e

a ã o a ç n h L i l i m

PONTO TRIPLO

b S u

TEMPERATURA

* ITS ITS - 90 * Normas Normas e Padronizaçã Padronização o (ISA, DIN, DIN, JIS, BS, BS, UNI...) UNI...) * IEC, ABNT. 197


198




MEDIDORES DE TEMPERATURA 1. Inst Instrum rument entos os de tra transf nsferê erênci nciaa de cal calor or po porr con conduç dução ão * Termôme Termômetro tro à dilataç dilatação ão de líquido líquido,, * Termôm Termômet etro ro à dilata dilatação ção de gás, gás, * Termôm Termômetro etro à tensão tensão de vapor vapor satur saturante, ante, * Termôme Termômetr tro o à dilataç dilatação ão de sólido sólido,, * Termômet Termômetro ro à resistên resistência cia elé elétri trica, ca, * Termômetro Termômetro à par termo-elétri termo-elétrico. co. 2. Ins Instru trumen mentos tos de tra transf nsferê erênci nciaa de cal calor or por rad radiaç iação ão * Pirôm Pirômet etro ross à radia radiaçã ção oe * Pirôm Pirômetro etross óptic ópticos. os. OBS: OB S: o uso dep depend enderá erá da fai faixa xa de mediç medição, ão, tempo tempo de de respost resposta, a, precisão, etc. 199


200



TERMÔMETRO DE VIDRO

" C

100 90 80 70

* Precisão: 0,5 0, 5 à 3% te terrm.c .com omum um 0,1 à 0,5% 0,5% ter term.pa m.padrão drão

CAPILAR

60 50 40 30

SCALA


20

* Sensibilidade: funç fu nção ão de vári vários os fat fatôre ôres. s.

10 0 10

LÍQUIDO BULBO

201


Para o caso caso do mercúrio, mercúrio, cuja faixa faixa normal normal é de - 38 a 357ºC, pode-se elevar este limite até 550ºC mediante emprego de vidro adequado e injeção de um gás inerte sob pressão, pois isto faz com que se evite a vaporização do mercúrio. Por se tratar de um medidor barato, o termômetro de vidro industrial é utilizado na indicação de temperatura de pequena flutuação, no processo em que a leitura da temperatura no próprio local não se constitui problema, bem como para os casos em que precisão abaixo de ± 1% e resposta rápida não se fizerem necessárias.

202




Termôm Ter mômetro etross c/ Sistem Sistemaa de Enchim Enchiment ento o ESCALA DE TEMPERATURA SENSOR VOLUMÉTRICO

PONTEIRO

PINHÃO BRAÇO DE LIGAÇÃO

Este termômetro consta de um bulbo de metal ligado a u capilar metálico e um elemento sensor. Neste caso, o líquid preenche todo o instrumento e com uma variação d temperatura se dilata deformando elasticamente o element sensor. A este elemento sensor é acoplado um ponteiro que pode girar livremente sobre uma escala graduada. Como a relação entre a deformação do elemento sensor e a temperatura é proporcional, este instrumento nos fornece uma leitura linear.

SETOR DENTADO

CAPILAR

LÍQUIDO MERCÚRIO ÁLCOOL

BULBO 203


204




Bulbo Bulb o - Su Suas as dim dimens ensõe õess vari variam am de de acord acordo o com com a sensibilidade desejada e também com o tipo de líquido utilizado na aplicação. Os materiais mais usados para sua confecção confe cção são: aço inoxidável, inoxidável, chumbo, chumbo, monel e cobre.

No caso de utilizar o mercúrio como líquido de enchimento, o material do bulbo capilar e sensor não pode ser de cobre ou liga do mesmo.

Capilar - Suas dimensões Capilar dimensões são também também variáveis, variáveis, sendo que o seu comprimento máximo é de 60 metros para líquidos orgânicos e de 15 metros para enchimento com mercúrio. Normalmente é confeccionado em aço, chumbo ou cobre.

A faixa de utilização dos líquidos ultrapassa os limites do ponto de ebulição porque o recipiente é preenchido sob pressão elevada (aproximadamente 40 atm).

Elemento sensor Elemento sensor - Os materiais materiais mais usados usados para sua confecção são: aço inoxidável e bronze fosforoso.

205


206




Tipos de sensores usados em sistemas termais

207


208




Pelo fato deste sistema utilizar líquido inserido num recipiente e da distância entre o elemento sensor e o bulbo ser considerável, as variações na temperatura ambiente afetam não somente o líquido no bulbo, mas todo o sistema (bulbo, capilar e sensor), causando erro de indicação ou registro. Este efeito da temperatura ambiente é compensado de duas maneiras que são denominadas classe Ι A A e classe ΙB. Na classe ΙB a compensação é feita somente na caixa do sensor através através de uma lâmina lâmina bimetálic bimetálica a ou um espiral espiral de compensação Quando a distância entre o bulbo e o instrumento é muito grande, ou se deseja alta precisão, utilizam-se instrumentos da classe Ι A A onde a compensação é feita na caixa e no capilar 209


Termômetro Termô metro Bimetá Bimetálico lico HASTE DE TRANSMISSÃO

METAL HELICOIDAL Alumínio (dilata-se muito)

FRIO * SENSIBILIDADE

Aço (dilata-se pouco)

QUENTE 210

* APLICAÇÃO - 40 a 50 5000 C Nelson Moreira Junio



Termômetros à pressão de gás Os termômetros à pressão de gás baseiam-se na lei de Charles e Gay-Lussac que diz: “A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se mantivesse mantivesse constante o volume do gás”.

Tipos de gás de enchimento Como gás de enchimento, utilizam-se normalmente Nitrogênio, Hélio, Neônio ou Dióxido de Carbono (CO2). Porém, por ser inerte e mais barato, o Nitrogênio é o gás mais utilizado. A faixa de medição varia de acordo com o gás de enchimento, sendo o seu limite inferior determinado pela temperatura crítica do gás, e o limite superior pelo tipo de capilar.

Sua construção é praticamente idêntica à dos termômetros de líquido com capilares metálicos, metálicos, porém o bulbo bulbo é geralmente geralmente grande, a fim de obter maior força.

211


212




Termômetros à pressão de vapor

Líquidos de enchimento para termômetros à pressão de vapor

“A pressão de um vapor saturado depende única e exclusivamente de sua temperatura e não da sua mudança de volume”.

213


214




TERMORESISTÊNCIAS ESPIRAL DE PLATINA

CILINDRO DE VIDRO

Cara Ca ract cter erís ísti tica cass da Pt Pt10 100( 0( à 0° 0°C C)

CONDUTORES

MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO

Materia Mate riais is + utiliz utilizado ados: s: Pt, Pt, Cu ou ou Ni * Alta resisti resistivid vidade, ade, mel melhor hor sen sensib sibili ilidad dade, e, * Alto coefi coeficie ciente nte de variaç variação ão (R*T (R*T), ), * Te Terr ri rigi gidez dez e du dutitibi bililidad dade: e: fifios os fifino nos. s. Ni/C Ni /Cu u : is isol olaç ação ão:: esma esmaltlte, e, sed seda, a, alg algod odão ão ou fifibr bra a de vidro. ( T < 300°C ) MATRIZ DE CERÂMICA

ESPIRAL DE PLATINA

RABICHO

SELO

ISOLADOR

CONDUTORES

BAINHA

ISOLAÇÃO MINERAL

BULBO DE RESISTÊNCIA

CONDUTORES

Vantagens Vantag ens / Desva Desvantage ntagens ns

MEDIDOR PARCIALMENTE APOIADO 215

* Padrão Padrão de Tempe Temperat ratura ura:: (- 270 à 660° 660°C C ), * Alta estabilidad estabilidade e e repetibilida repetibilidade, de, * Tempo de resposta.


216




2. Ligação Ligação à 3 fios:

PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO RL3

1. Ligaçã Ligação o à 2 fios: ( utilização: dist. < 3m )

RL1

R4

RL1

R4

R3

RL2

R3

A

B R2

R1 RL2

A

B R1

E

E

R2

ˆ V ab ab = E. E.[ (R (R se sens - R,3) / R 1 ] Obs:: variaçã Obs variação o lin linear ear em funç função ão da tem temper peratu atura. ra.

ˆ

217


218




CONDE ALESSANDRO VOLTA As pilha pilhass de Volta Volta eram eram sim simpl ples es célula célulass ele eletro trolít lítica icass aclopa acl opadas das uma sob sobre re a ou outra tra.. Ao fec fechar har o cir circui cuito, to, a corr co rren ente te qu quee ci circ rcul ulav avaa es esti timu mulav lavaa o mú músc scul ulo o da dass pern pe rnas as da rã qu quee se co cont ntra raia iam. m.

LUIGI GALVANI

interruptor

cobre

flanela embe flanela embebida bida em salmoura

zinco

... cad cadaa rel relâmp âmpago ago cau causav savaa uma cont co ntra raçã ção o na pat ataa da rã. Pa Parra conduzir condu zir corr corrente ente elétr elétrica, ica, Galvani Galvani utiliz uti lizada ada gra grande ndess obj objeto etoss met metáli álicos cos,, por exe exempl mplo, o, bastav bastavaa col coloca ocarr o músculo músculo da pat pataa da rã em con contat tato o com a grad gradee met metáli álica, ca, unindo uni ndo o nervo nervo a um anzol anzol de bron bronze ze ... ... 219


220




Efeito Seebeck

TERMOPARES BLOCO DE LIGAÇÃO JUNTA DE MEDIDA

TERMOPAR

Num circuito fechado formado por dois fios de metais diferentes ocorre uma circulação de corrente enquanto existir uma diferença de temperatura entre suas junções. Sua intensidade é proporcional à diferença de temperatura e à natureza dos metais utilizados.

JUNTA DE REFERÊNCIA CABO DE EXTENSÃO

GRADIENTE DE TEMPERATURA )( T)

INSTRUMENTO INDICADOR OU CONTTROLADOR

A (+)

I

T

Tr

Efeitos Efei tos Term Termoelé oelétri tricos cos:: B (-)

Seebeck, Peltier, Thomson 221

"Efe Efeito ito Seeb Seebeck eck""


222




Efeito Peltier

Efeito Thomson

Dado um par termoelétrico com ambas as junções à mesma temperatura, se, mediante uma fonte externa, produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das junções variam em uma quantidade não inteiramente devido ao efeito Joule. A esse acréscimo de temperatura foi denominado efeito Peltier.

Thomson concl Thomson concluiu, uiu, que a condução condução de calor calor ao longo dos dos fios metálicos de um termopar, que não transporta corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura em cada fio e, quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição da temperatura em uma quantidade não somente devido ao efeito Joule. A essa variação adicional na distribuição da temperatura denominou-se efeito Thomson.

E

A (+)

T - T

T + T

" Ef Efei eito to Pe Peltltie ierr "

B (-)

223


224




Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos Lei do Circuito Homogêneo A força eletromotriz (f.e.m.) termal desenvolvida em um circuito termoelétrico formado por dois metais homogêneos mas de naturezas diferentes, depende única e exclusivamente da diferença de temperatura entre as junções e de suas composições químicas, não sendo assim interferida pelo gradiente de temperatura e nem de sua distribuição ao longo dos fios.

225


Leis dos metais intermediários Num circuito constituído por condutores de vários metais diferentes, difere ntes, a força força termoeletro termoeletromotriz motriz total será será zero (0) (0) se todo o circuito estiver à mesma temperatura. Quando um circuito formado de dois fios de natureza diferentes com suas junções em temperaturas diferentes, corta-se um dos fios e introduz-se em terceiro fio de outra natureza, a f.e.m. criada originalmente não é modificada, desde que as duas junções criadas pelo terceiro fio estejam à mesma temperatura.

226




Lei da Temperatura Intermediária

CARACTERÍSTICAS/TIPOS DOS TERMOPARES

A f.e.m. gerada num termopar de metais homogêneos, com suass junções sua junções a tempera temperatur turas as T1 e T2, é igual igual a soma soma algébrica da f.e.m. do termopar com uma junção na temperatura temper atura T1 e a outra numa temperatura temperatura qualquer qualquer T com a f.e.m. do mesmo termopar com suas junções a T e T2. Assim, a f.e.m. gerada depende somente da d a diferença entre a junta fria, independente de qualquer temperatura intermediária f.e.m.

" Existem Existem vá vária riass co comb mbin inaç açõe õess de 2 metais metais co cond ndut utor ores es:: - de deve vem m po poss ssui uirr re rela laçã ção o ra razo zoav avel el// lin linea earr en entr tre e Te Temp mp.. * fem fem e tam també bém m de dese senv nvol olve verr um uma a fe fem m por por gr grau au de muda mu danç nça a de Temp Temper erat atur ura, a, que que se seja ja de dete tect ctáv ável el pe pelos los equipament equip amentos os norma normais." is." Grupos Gru pos : * Ter Termop mopare aress Bás Básico icos. s. * Ter Termop mopare aress Nob Nobres res.. * Termo Termopares pares Espec Especiais. iais.

227


228




Correl Cor relação ação da F.E F.E.M .M.. x Tem Temper peratu atura ra

mV

TERMOPARES BÁSICOS Maio Ma iorr us uso o in indus dustri trial al,, cust custo o bai baixo xo,, maio maiorr lilimi mite te de erro erro

80 E 70

Tipo T : Cu-Co (Cobre-Constantan)

60 K 50

J

Liga: (+) Cu(99,9%) ( - ) Co(Cu-58%;Ni-42%) Co(Cu-58%;Ni-42%)

NICROSIL-NISIL

40

Faixa: Fai xa: - 184 à 370° 370°C=(C=(- 5,3 5,38 8 à 19,03 19,03 mv) e 5,14 mv / 100°C (T+)

30 20

R S

T

Identi Ide ntific ficaçã ação o de polari polaridade dade:: O Cobre Cobre (+) é aveme avemelhad lhado o:

B

10

T

0 0

200

400

600

800

1000 229

1200

1400

1600

1800


230




Corr Co rreç eção ão da Ju Junt ntaa de Re Refe ferê rênc ncia ia Constantan) ntan) Tipo J : Fe-Co (Ferro – Consta Cr

Cr

Liga: (+) Fe(99,5% Fe(99,5%)) ( - ) Co

T2

E1 = 19,68

24" C

A

E2 = 0,96

0" C

A

Faixa: Faix a: 0 à 760°C=(0 760°C=(0 à 49,92 mv) mv) e 5,65 mv / 100°C FORNO 50 " C

Identificaç Identi ficação ão de polaridad polaridade e : o pos.(F pos.(Fe) e) é magnéti magnético co

TIPO "X"

TERMÔMETRO DIGITAL

2,25 mV

JR = 1,22 mV 25" 25" C

231


232




ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES

ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES 3. - Em Para Parale lelo lo

mV

mV 25 " C

25" C

TIPO J TIPO K

100 100 " C t2 2,27 mV

2,022 mV

56" C 2,27 mV

1. - Associação Série

t1

TI

50 " C 2,022 mV

2. - Associação Sérieoposta 233

R


20 " C

0"C R

234




ERROS DE LIGAÇÃO

ERROS DE LIGAÇÃO

CABEÇOTE

CABEÇOTE

CABO DE COBRE 38 °C 1,529 mV

CABO TIPO KX 38 °C 1,529 mV

0,00 mV

0,569 mV

REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K

20,371 mV

TC TIPO K

+ 20,731 mV + 0,000 mV + 0,960 mV +21,691 mV

525 °C

20,371 mV

538 °C

* Usa Usand ndo o fio fioss de co cobre bre..

+ 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV + 22,260 mV

ERRO = - 13 °C

538 °C 22,260 mV

REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV

22,260 mV

538 °C

ERRO =' 0

* Usa Usando ndo fio fioss de com compens pensaçã ação. o.

FORNO

FORNO 235


236




ERROS DE LIGAÇÃO

ERROS DE LIGAÇÃO CABEÇOTE

CABEÇOTE

CABO TIPO KX

CABO TIPO KX 38 °C 1,529 mV

38 °C 1,529 mV

0,569 mV

0,569 mV REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV

REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV TC TIPO K

20,731 mV

TC TIPO K

- 20,7 20,731 31 mV + 0,569 mV + 0,960 mV

20,731 mV

+ 21,102 mV

- 19,202 19,202 mV

538 °C 22,260 mV

+ 20,731 mV - 0,569 mV + 0,960 mV 511 °C

ERRO = - 27 °C

538 °C

* Inversão Inversão sim simple ples. s.

22,260 mV

FORNO

* Inver Inversão são Dupl Dupla. a.

FORNO 237


238




Term Te rmop opar ar de Iso sollaç ação ão Mine nera rall RABICHO

PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO

POTE OBJETO QUENTE LENTE PÓ ÓXIDO DE MAGNÉSIO

TERMOPILHA JUNTA DE MEDIDA PLUG COMPENSADOR

* Vantagens. INSTRUMENTO BAINHA

239


240




PIRÔMETRO ÓPTICO

MEDIÇÃO DE DENSIDADE (8)

(3) (2)

(4)

(5)

(6)

ESCALA

(7) (9)

(1)

1. - Al Alvvo 2. - Le Lent nte e ob obje jetitiva va 3. - Di Diafr afragm agma a 4. - Fi Filtr ltro o abs absor orve vente nte 241

5. - Lâm Lâmpad pada a 6. - Fi Filtltro ro ve verm rmel elho ho 7. - Le Lent nte e ob obje jetitiva va 8. - Di Diafr afrag agma ma Nelson Moreira Junior

LASTRO

Densímetro Autocompensado

Densímetro 242




MEDIÇÃO MEDIÇÃ O DE DENSIDA DENSIDADE DE - Sist. de Purga

MEDIÇÃO DE DENSIDADE TRANSBORDAMENTO

ROTÂMETRO

h

h=cte DT

DI

DT REGULADORA DE PRESSÃO

DI

) Pres Pr essã são o Hid Hidro rost stát átic ica a ( P= P=h. h. 243

Range do TD: h.mín. à h.máx. Nelson Moreira Junior

244




MEDIÇÃO DE pH

Elem El emen ento toss de Me Medi diçã ção o

* dissoc dissociação iação eletrol eletrolítica ítica @ 2 H O > H O + OH 3 2 exp. da da águ gua a: * solu soluçã ção o ne neut utra ra= = não ác ácid ida a e não al alca calilina na -14 + [H3O+] = [OH ] e [ H3O ].[ OH ] = 10 + -7 j [ H3O ]=10 pH

0

1

2

3

4

5

6

e pH = log

7

8

9

10

11

1 + [ H3O ] 12 13

14

ALCALINO

ÁCIDO

TUBO HERMETICAMENTE FECHADO

TUBO DE VIDRO

ELETRODO DE LIGAÇÃO PRATA

KCl CLORETO DE PRATA

FIO DE PRATA CLORETO DE PRATA

MEMBRANA DE VIDRO SENSÍVEL A H 3 O

Eletrodo de medição

NEUTRO 245

SOLUÇÃO TAMPÃO


SUBSTÂNCIA POROSA

Eletrodo de referência 246




SISTEMA DE MEDIÇÃO E

AGENDA

Eletrodo Combinado

KCl

pH 7

ELETRODOS DE LIGAÇÃO

pH MEDIÇÃO

MEMBRANA

247

Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáveis de Processo Processo::- Pressão Pressão,, Nível Nível,, Vazão Vazão,, Temperatura,, Densidade e pH. Temperatura Controle de Processo Elemen Elementos tos Finais Finais de Contro Controle le Técnic Técnicas as de Segu Seguran rança ça Operaci Operaciona onall Segura Segurança nça Intrín Intrínseca seca

SUBSTÂNCIA POROSA


248




Definições

CONTROLE DE PROCESSO

Processo, Variável controlada, Set-point, Elemento de realimentação, realimentação, Variável de realimentação, realimentação, Desvio Desvio (Erro), Controlador, Variável manipulada, Elemento

Sist Si stem emaa de Co Cont ntro role le em Mal alha ha Fe Fech chad adaa CONTROLADOR AUTOMÁTICO AUTOMÁTICO

TERMÔMETRO VAPOR

DISPOSITIVO DE MEDIDA DA TEMPERATURA

VÁLVULA DE CONTROLE

ÁGUA QUENTE

Final de Control Controlee e Pertubações. Pertubações. TIC

ÁGUA QUENTE

FT VAPOR

ÁGUA FRIA

DRENO

ÁGUA FRIA

VAPOR DRENO

Controle realim Controle realimentad entado o automáticamente

Controle realim Controle realimentad entado o manualmente 249

ÁGUA FRIA


ÁGUA QUENTE

Malha Mal ha de Contro Controle le CONDENSADO

250




ATRASOS DE TEMPO DO PROCESSO

Resist Res istênc ência ia (A (Atra trasos sos de Temp Tempo) o)

1. - Cap Capaci acitân tância cia / Capac Capacida idade de (volume)

100 %

50 % 0%

TANQUE A ENTRADA

TANQUE B

m 8

100 % 50 %

100 % 50 % 0%

m 4

( sem int intera eração ção))

ENTRADA

tanque tanq ue A: vol.= 100 m³ capac.=100/8=12,5 m³

tanque tanq ue B: vol.=100 m³ capac.=100/4=25 m³ 251


SAÍDA

0%

100 % 50 %

0%

SAÍDA

( com com inter interaçã ação o) 252




Tempo de Transporte Transporte (Temp (Tempo o Morto) Morto)

MODOS DE CONTROLE Sistemas Siste mas de C.A. Descon Descontínuo tínuo ( 2 pos posiç içõ ões - Tu Tudo do ou Na Nada da )

ENTRADA 0%

ÁGUA FRIA VELOCIDADE

100 %

100

ÁGUA QUENTE

A L U V L Á V

0

d

WT PARAFUSO DE REAJUSTE DO VALOR DESEJADO

100 % SAÍDA

120 V 50 Hz

A R U T A R E P M E T

FECHADA

VALOR DESEJADO TEMPO

0%

Cont Co ntro role le li liga ga - de desl slig igaa (s (sem em hi hist ster eres ese) e) 253


254




Sist Si stem emas as de Contr Control olee Au Auto tomá máti tico co Co Cont ntín ínuo uo

AÇÃO PROPORCIONAL Sc = ( G.E )+B

TIC

POSIÇÃO DA VÁLVULA

" A amplitu amplitude de de correçã correção oé proporcio prop orcional nal a amplitude amplitude do desvio des vio(( erro erro )."

E R B A

110 °C

TEMPERATURA

OFF-SET

100 °C 90 °C

B E

Sp

Sc G

Caracterí Caract erísti sticas cas de Controlad Cont rolador or Cont Contínuo ínuo

CARGA

A T N E M U A

t

Spv 255


256




SISTEMA DE CONTROLE

Band Ba ndaa Propo Proporc rcio iona nall e Ganho Ganho 100 l/h

100 l/h B

BP = 500% BP = 200%

BP = 100%

100

Sp

E

G

ÁGUA A 20 °C

ÁGUA A 80 °C

Sc

90

TIC

80 Spv

70

BP = 50%

60

0%

50

Pv (°C) (°C)

Sc=G.E+B=

40 30

= G.(SP-PV)+B = G.(PV-SP)+B

20 10 0 0

10

20 30 40

50

60 70

Curvas Cur vas de reaçã reação o

Pv (°C) (°C)

(D) (R)

55

55

SP

SP

TEMPO

TEMPO

80 90 1 00 45

ABERTURA DA VÁLVULA EM %

257

ÁGUA


45

G> 258

G< Nelson Moreira Junio



RESPOSTAS DO CONTROLADOR

RESPOSTAS DO CONTROLADOR INSTÁVEL BANDA PROPORCIONAL MUITO PEQUENA (ALTO GANHO)

Ação Açã o Pro Propor porcio cional nal VARIÁVEL CONTROLADA

1

ESTÁVEL - SUBAMORTE SUBAMORTECIDA CIDA BANDA PROPORCIONAL PRÓXIMA DO IDEAL

3

SET-POINT 2

5 ESTÁVEL - SUPER AMORTECIDA AMORTECIDA BANDA PROPORCIONAL MUITO GRANDE (PEQUENO GANHO)

" boa estabização,... carac. indesejável no off - set set.."

SET-POINT 2

4

SET-POINT 1

SET-POINT 1

fo SET-POINT 2 CONTINUAMENTE OSCILANTE BANDA PROPORCIONAL MUITO PEQUENA

SET-POINT 1

fo ESTÁVEL - CRITICA CRITICAMENTE MENTE AMORTECIDA AMORTECIDA BANDA PROPORCIONAL IDEAL

fo

2

SET-POINT 2

SET-POINT 2

SET-POINT 1 SET-POINT 1

fo

fo 259


260




Resp Re spos osta tass da dass aç açõe õess : P , I , PI. PI.

AÇÃO INTEGRAL (RESET)

Sc = G/Ti. Edt + B

Ti = tempo de integral(min.) 1/Tii =t axa de reajus 1/T reajuste te

Pv VARIÁVEL MEDIDA

1 CARGA

AÇÃO PROPORCINAL GANHO = 0,5 - INVERS INVERSA A

ERRO SET-POINT

Sc 100 % SAÍDA DO CONTROLADOR

50 %

%

AÇÃO INTEGRAL TR=0,5 MIN

AÇÃO INTEGRAL + PROPOCIONAL

TEMPO (MIN) 1

2

3

5

4

6

7

8

9

10

2

3

4

TEMPO 261


262




AÇÃO DERIVATIVA Sc = Td. Td.de/ de/dt dt + B Td=tempo derivativo de/dt=der de/dt =derivada ivada do erro erro em rel. rel. ao tem tempo po Respostas Respo stas do Controla Controlador dor

Controlad Cont rolador or Prop Proporcio orcional+D nal+Deriva erivativa tiva 1

Td

POSIÇÃO DA VÁLVULA (mv) E R B A

AÇÃO PROPORCIONAL

AÇÃO PROPORCIPROPORCIONAL MAIS DERIVATIVA

Pv VARIÁVEL MEDIDA 50 %

Mv

TEMPERATURA (Pv) A T SET-POINT N E M TEMPO U A

SAÍDA DO CONTROLADOR

VARIÁVEL MEDIDA

80%

VARIÁVEL CONTROLADA TEMPO

0

1

2

t

20%

2

AÇÃO DERIVATIVA

t

AÇÃO PROPORCIONAL

3

t

3

Cara Ca ract cter erís ísti tica cass da dass aç açõe õess (P (P+D +D))

50 %

SAÍDA DO CONTROLADOR LAD OR - PROP + DERIVATIVA

4

t

TEMPO

263


264




Curva Cu rvass res result ultant antes es da dass Açõ Ações es de con contr trol ole( e(PI PID) D) CARGA

SINTONIA DOS CONTROLADORES ÁREA MÍNIMA

TEMPO SET-POINT

TEMPERATURA

COMPONENTE DA AÇÃO PROPORCIONAL

COMPONENTE DA AÇÃO INTEGRAL AÇÕES SOBRE A VÁLVULA

L E V Á I R A V

PERTURBAÇÃO MÍNIMA

AMPLITUDE MÍNIMA

COMPONENTE DA AÇÃO DERIVATIVA RESULTANTE DA POSIÇÃO DA VÁLVULA POSIÇÃO DA VÁLVULA

TEMPO

265


TEMPO

Critér Cri térios ios e Est Estabi abilid lidade ade 266




SISTEMAS DE CONTROLE

Con ontr trol olee Ca Casc scaata

Faix Fa ixaa Di Divid vidid idaa - "S "Spli plitt Ran Range ge""

CONTROLADOR

TIC

TIC BULBO SP

VP

Tcv1

FIC FORNO

VAPOR

REATOR

FT

Fcv

Tcv2 ÁGUA FRIA

267


COMBUSTIVEL

268




Cont Co ntro role le Se Sele leti tivo vo ( Ov Over erri ride de )

Cont Co ntro role le de Ra Razã zão o (R (Rel elaç ação ão))

CONTR. PROP. DIRETO

VAZÃO INDEPENDENTE

RELE SELETOR DE BAIXA PRESSÃO

PIC

PIC

CONTROLADOR DE RAZÃO TRANSMISSORES DE VAZÃO

AR PARA ABRIR

FIC BOMBA

Psi

Psi 15

15

VAZÃO DEPENDENTE

3

269


3 10

100%

270

50

100%




Cont Co ntro role le Fe Feed edfo forw rwar ard d (A (Ant ntec ecip ipat atór ório io )

Con ontr trol olee de Limit Limitees Cr Cru uza zado doss LINHA DE VAPOR

PT

CONTR. (P+I+D) REVERSO

CONTR. PROP. DIRETO

PIC

TIC

FIC

FIC

FIC

AR PARA ABRIR RR

C A

B





FT

FT

C = A + B = 9 PSI RELE SOMADOR

AR

COMBUSTIVEL

271


272




Cont Co ntro role le de Ní Níve vell a 3 El Elem emen ento toss

AGENDA Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáveis de Processo Processo::- Pressão Pressão,, Nível Nível,, Vazão Vazão,, Temperatura,, Densidade e pH. Temperatura Controle de Processo Elementos Finais de Controle Técnic Técnicas as de Segu Seguran rança ça Operaci Operaciona onall Segura Segurança nça Intrín Intrínseca seca

273


274




ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE Tipos

Componentes da Válvu vulla de Co Contro rolle A) Atuador CABEÇOTE MEMBRANA

* Dampe Damperr ou Abaf Abafador, ador, * Bomba, * Motor, Motor, resistências resistências elétr elétricas, icas, variadores varia dores eletr eletromagn omagnético éticos, s, * Chaves de posição (fim (fi m de cur curso) so)

PRATO MOLA

CORPO

* Válvula Válvulass de Cont Controle role Ação Reversa

Ação Direta 275


276




VÁLVULAS DE CONTROLE

Modos Mod os de Acio Acionam nament ento o

Sinal de saída do regulador (3 psi)

Sinal de saída do regulador (15 psi)

Motor ou Atuador

• Aci Aciona onamen mento to Man Manual ual - Vo Vola lant ntee - Has Haste te Rosca Roscada da - Al Alav avan anca ca

Diafragma Mola

Escape

Haste Indicador Castelo

Obturador

• Aco Acopla plamen mento to por Mo Motor tor Elé Elétri trico co Corpo

Sede

Válvula Aberta

Válvula Fechada

277


278




Posição de Segurança por Falhas (AFA ou FFA) POSIÇÃO DE FALHA DA VÁLVULA ATUADOR

DIRETO

INVERSO

INVERSO

DIRETO

POR CIMA

POR BAIXO

POR CIMA

POR BAIXO

OBTURADOR (tipo (tip o de montagem)

CASTELO

FECHADA (FFA)

ABERTA (AFA)

- No Norm rmal al - Al Alet etad ado o - Al Alon onga gado do - Com fo foles de vedação

ESQUEMA

279


280




INTERNOS

Obturador " Control Controlaa a passag passagem em do fluíd fluído, o, atrav através és da( da(s) s) sede(s) sede (s) e dele depen depende de a caracteriz caracterização ação final de con control trolee da 100 válvula". 90

GAXETA MOLA BUCHA

80

ANEL DE RETENÇÃO

70

* Obtu Obturad rador or de característica

ANEL SEDE OBTURADOR

" Tudo Tudo ou Na Nada da""

ANEL SEDE

CURVA TEÓRICA DA VAZÃO EM FUNÇÃO DO CURSO

%60 O50 S R U 40 C 30 20 10 0 0

BUCHA

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

VAZÃO % 281


282



INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA 100

100

90

90

CURVA TEÓRICA DAS VARIAÇÕES DA VAZÃO EM FUNÇÃO DO CURSO

80 70

O S R U C O D %

% 60 O S R 50 U C 40

80 70

Característica do obtur. Característica - line linear ar modific modificado ado

60 50 40 30 20 10 0 0

30

10

20

30

40

50

60

70

80

90

% VAZÃO MÁXIMA

20 10 0

100

90 100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Característica Característic a do obtur. - ig igual ual por porcen centa tagem gem""

90 100

VAZÃO %

80

O 70 S 60 R U 50 C 40 O D 30 % 20 10 0

Caract Car acterí erísti stica ca do obturad obturador or lin linear ear 283


1

2

3

4

5

10

20

30

40 50

100

% VAZÃO MÁXIMA 284




Forç Fo rçaa Hi Hidr drod odin inâm âmic icaa so sobr bree o Ob Obtu tura rado dorr Si Simp mple less

Classifica Classif icação ção das Vál Válvul vulas as quan qu anto to ao de desl sloc ocam amen ento to da ha hast stee A)- Desl Deslocam ocamento ento Linear. B)- Desl Deslocam ocamento ento Rotativo.

Corpo Revers Reversível ível)) Glob Gl obo o se sede de si simp mple les. s. ( Corpo 285


286




Forç Fo rçaa Hi Hidr drod odin inâm âmic icaa so sobr bree o Obtu Obtura rado dorr Du Dupl plo o

Glob Gl obo o se sede de du dupl plaa (Corpo (Co rpo Rev Revers ersível ível))

287


288




VÁLVULA ANGULAR Válvu Vá lvula la de co corp rpo o bip bipart artid ido( o(Sp Spli litt Bo Body dy))

289


290




Válvulaa Bo Válvul Borbo rbolet letaa (des (d eslo loca came ment nto o ro rota tati tivo vo da ha hast ste) e)

291


Válv Vá lvul ulaa ti tipo po Es Esfe fera ra

292




POSICIONADOR PNEUMÁTICO

VÁLVULA CAMFLEX

Posicionador

OBTURADOR EXCÊNTRICO Alimentação 20 psi

Relé

Bocal

FLUXO Fole Sinal do Regulado Regulador r 3 a 15 psi Alavanca de realimen Alavanca realimentação tação mecânic mecânicaa (ao mes mesmo mo temp tempo, o, palhet palheta) a)

CORPO 293


294




CONHECENDO O POSICIONADOR PLACA PRINCIPAL

DIAGRAMA DE BLOCOS SENSOR DE TEMPERATURA CONTROLE ELETRÔNICA DO SENSOR HALL ISOLAÇÃO

PLACA ANALÓGICA

BICO PALHETA COM PIEZO

ALIMENTAÇÃO DE AR

BICO PALHETA COM PIEZO

RESTRIÇÃO

VÁVULA P1

VÁLVULA CARRETEL

VÁLVULA CARRETEL

ATUADOR

P2 SENSOR HALL

Í M A S

H A S T E

TRANSDUTOR VÁLVULA

SENSOR HALL 295


296




CONVERSOR CONVE RSOR OU TRANS TRANSDUTO DUTOR R-I/P

AGENDA Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáveis de Processo Processo::- Pressão Pressão,, Nível Nível,, Vazão Vazão,, Temperatura,, Densidade e pH. Temperatura Controle de Processo Elementos Finais de Controle Técnicas de Segurança Operacional Segura Segurança nça Intrín Intrínseca seca

297


298




TABELA DE SEQUÊNCIA DE ALARMES - ISA CÓGIGO ISA

1B

1D

2A

2C

4A

OUTROS

CONDIÇÃO DO ANUNCIADOR ANUNCIAD OR NORMAL ALERTA RECONHECIMENTO RETORNO NORMAL TESTE NORMAL ALERTA RECONHECIMENTO RETORNO NORMAL NORMAL ALERTA RECONHECIMENTO RETORNO NORMAL RESET TESTE NORMAL ALERTA RECONHECIMENTO RETORNO NORMAL RESET TESTE NORMAL ALERTA INICIAL SUBSEQUENTE RECOLHECIMENTO INICIAL SUBSEQUENTE RETORNO NORMAL TESTE

CONDIÇÃO DA VARIÁVEL DE PROCESSO NORMAL ANORMAL ANORMAL NORMAL NORMAL NORMAL ANORMAL ANORMAL NORMAL NORMAL ANORMAL ANORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL ANORMAL ANORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL ANORMAL

INDICADOR VISUAL OFF PISCANDO ON OFF ON FRACO PISCANDO ON FRACO OFF PISCANDO ON PISCA FRACO OFF ON OFF PISCANDO ON ON OFF ON OFF

OFF ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF

PISCANDO ON

ON OFF

ON ON OFF ON

OFF OFF OFF OFF

ANORMAL NORMAL NORMAL

299

SINAL AUDÍVEL AUDÍVEL

FREQUÊNCIA DE USO

55%

1%

4%

5%

28%

AGENDA Índice Conceitos Básicos Telemetria Variáveis de Processo Processo::- Pressão Pressão,, Nível Nível,, Vazão Vazão,, Temperatura,, Densidade e pH. Temperatura Controle de Processo Elementos Finais de Controle Técnicas de Segurança Operacional Segurança Intrínseca

7%


300




Fundam Fun dament entos os de Sis Sistem temas as Int Intrín rínsic sicame amente nte Seg Seguro uross

BARREIRAS ZENER

Área Não Class Classificada ificada Equipamento Associado (Barrei (Ba rreira ra I.S I.S..

Área Classificada

Área Classificada Cabo de Interligação Interligação

Área Não Classificada

Equipame Equi pamento nto I.S. ou Equipamento Equipame nto Simples

Equipamento I.S.

Falha

Barreira Passiva

Rede AC

Equipamento Não Não I.S. I.S.

Corren Corrente te de Falha Aterram Aterrament ento o Barreir Barreiraa < 1 Ohm Terra da Rede Rede AC

301


302




ATERRAMENTO

ATERRAMENTO Voc = 250 250 Vac máx. máx.

Isc

Rlim.

Isc Área Não Classificada

Área Classificada Voc

Corrente de Falha

303

Voc = 250 250 Vac máx. máx.

Fusível


Área Classificada Voc

Sensor aterrado na Ár Área ea Classificada


Rlim.

Fusível

Corren Cor rente te de Falhaa na Ár Falh Área ea Classificada Class ificada sem Proteção

304

Corrente de Falha




BARREIRAS COM ISOLAÇÃO GALVÂNICA Área Não Classificada

Área Classificada

350 Ohm Aparato I.S.

4 - 20 mA Barreira Zener

Transmissor Isolado

305

Isolação Galvânica

Amplificador Entrada

Circuit Circuito o de Proteção Saída

+ 24 Vdc Limitador de Energia

50 Ohm

250 Ohm


a d a c a i f e i r Á s s a l C

Componentes de Segurança


Alimentação Font Fontee de Alimentação

Transformador de Alimentação 306




Áreaa Não Cla Áre Classi ssific ficada ada

BARREIRAS COM ISOLAÇÃO GALVÂNICA Área Classificada

Transmissor I.S.

RTD Pt 100

Área Nã Área Não o Classificada Fonte de Alimentaç Alimentação ão

4-20 mA 500 Ohm Carga Carga Máx Máx..

Indicador

15,5 Vdc míni mínimo mo para para Tx

Barreira Barrei ra com Isol Isolaçã ação o Galv Galvâni ânica ca para tra transmi nsmissor ssor de campo campo

a d a c a i e i r f Á s s a l C

4 - 20 mA

Barreira Barre ira com Isolação Isolação Galvânicaa para entr Galvânic entrada ada de Pt 100

Conta Contato to de Saída 250 Vac

Contato Seco

Barreira Barrei ra com Isolação Isolação Galvânicaa para entr Galvânic entrada ada de Contato 307


308


Curso Instrumentação Básica - Petrobras

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