DESENHISTA PROJETISTA DE INSTRUMENTAÇÃO UNIDADES I E II
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Desenhista Projetista de Instrumentação Unidade I e II
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Silva, Adieci Vigannico da; Braghirolli, Luiz Antônio Silveira. Desenhista Projetista de Instrumentação: Unidade I e Unidade II / Prominp – SENAI. RS, 2006 358 p.:il.
PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – Centro CEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil
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INDICE
UNIDADE I APRESENTAÇÃO .................................................................................................................................. 23 1 ASPECTOS GERAIS .......................................................................................................................... 25 1.1 HISTÓRICO...................................................................................................................................... 25 1.2 TERMINOLOGIA .............................................................................................................................. 26 1.2.1 Faixa de medição (range) ............................................................................................................. 26 1.2.2 Amplitude da faixa nominal (span) ................................................................................................ 26 1.2.3 Desvio............................................................................................................................................ 27 1.2.4 Erro (de medição).......................................................................................................................... 27 1.2.5 Erro relativo ................................................................................................................................... 27 1.2.6 Erro aleatório ................................................................................................................................. 27 1.2.7 Erro sistemático............................................................................................................................. 27 1.2.8 Exatidão de medição..................................................................................................................... 28 1.2.9 Rangeabilidade (largura de faixa) ................................................................................................. 28 1.2.10 Zona morta .................................................................................................................................. 28 1.2.11 Sensibilidade ............................................................................................................................... 29 1.2.12 Histerese ..................................................................................................................................... 29 1.2.13 Repetitividade.............................................................................................................................. 29 1.3 CLASSES DE INSTRUMENTOS ..................................................................................................... 30 1.3.1 Instrumento (de medição) indicador.............................................................................................. 30 1.3.2 Instrumento (de medição) registrador ........................................................................................... 30 1.3.3 Transmissor................................................................................................................................... 30 1.3.4 Transdutor ..................................................................................................................................... 31 1.3.5 Controlador.................................................................................................................................... 31 1.3.6 Elemento final de controle............................................................................................................. 31 1.4 IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS (TAG)............................................................................... 32 1.5 PRINCIPAIS SISTEMAS DE MEDIDA............................................................................................. 37 1.5.1 Sistema Internacional de Unidades (SI)........................................................................................ 37 1.5.2 Sistema Físico ou Cegesimal........................................................................................................ 37 1.5.3 Sistema Industrial Francês............................................................................................................ 37 1.5.4 Sistema Inglês ............................................................................................................................... 37 1.6 TELEMETRIA ................................................................................................................................... 38
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1.6.1 Transmissores ............................................................................................................................... 38 2 PRESSÃO ........................................................................................................................................... 41 2.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS....................................................................................................... 41 2.1.1 Pressão atmosférica...................................................................................................................... 41 2.1.2 Pressão relativa............................................................................................................................. 41 2.1.3 Pressão absoluta........................................................................................................................... 42 2.1.4 Pressão negativa ou vácuo ........................................................................................................... 42 2.1.5 Pressão diferencial........................................................................................................................ 42 2.1.6 Pressão estática............................................................................................................................ 42 2.1.7 Pressão dinâmica ou cinética ....................................................................................................... 42 2.2 MEDIÇÃO DE PRESSÃO ................................................................................................................ 43 2.2.1 Unidades de pressão .................................................................................................................... 43 2.2.2 Dispositivos para medição de pressão ......................................................................................... 44 2.2.3 Tipos de elementos sensíveis ....................................................................................................... 44 3 MEDIÇÃO DE NÍVEL .......................................................................................................................... 49 3.1 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE LÍQUIDO ........................................................................ 49 3.1.1 Medição direta ............................................................................................................................... 49 3.1.2 Medição indireta ............................................................................................................................ 50 3.1.3 Medidores descontínuos de nível ................................................................................................. 55 3.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE SÓLIDOS....................................................................... 55 4 TOMADAS DE IMPULSO ................................................................................................................... 57 4.1 TUBULAÇÃO DE IMPULSO ............................................................................................................ 57 4.1.1 Instalação ...................................................................................................................................... 57 4.1.2 Constituição da tubulação de impulso .......................................................................................... 58 4.2 SISTEMAS DE SELAGEM............................................................................................................... 58 4.2.1 Selo líquido.................................................................................................................................... 59 4.2.2 Selo de ar ...................................................................................................................................... 59 4.2.3 Selo volumétrico ............................................................................................................................ 59 4.2.4 Manômetro petroquímico .............................................................................................................. 60 4.3 PURGA............................................................................................................................................. 60 4.3.1 Purga com fluído gasoso nas tomadas de impulso ...................................................................... 61 4.3.2 Purga com fluído líquido nas tomadas de impulso ....................................................................... 61 4.4 SANGRIA ......................................................................................................................................... 61 5 TEMPERATURA ................................................................................................................................. 63 5.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS....................................................................................................... 63 5.1.1 Transmissão de calor .................................................................................................................... 63 5.1.2 Medição de temperatura ............................................................................................................... 64 5.1.3 Escalas de temperatura ................................................................................................................ 65
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5.2 MEDIDORES DE TEMPERATURA ................................................................................................. 67 5.2.1 Termômetro de dilatação de líquido.............................................................................................. 67 5.2.2 Termômetros a pressão de gás .................................................................................................... 69 5.2.3 Termômetro a pressão de vapor ................................................................................................... 70 5.2.4 Termômetros a dilatação de sólidos (termômetros bimetálicos) .................................................. 70 5.2.5 Medição de temperatura com termopar ........................................................................................ 71 5.2.6 Medição de temperatura por termômetros de resistência ............................................................ 77 5.2.7 Medição de temperatura por radiação .......................................................................................... 81 6 VAZÃO ................................................................................................................................................ 85 6.1 MEDIÇÃO DE VAZÃO ..................................................................................................................... 85 6.2 MEDIDORES DE QUANTIDADE ..................................................................................................... 85 6.2.1 Medidores de quantidade por pesagem........................................................................................ 86 6.2.2 Medidores de quantidade volumétrica .......................................................................................... 86 6.3 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS...................................................................................................... 88 6.3.1 Medição de vazão por pressão diferencial.................................................................................... 88 6.3.2 Medidores de vazão por ∆P constante (área variável) ................................................................. 99 6.3.3 Medidores especiais de vazão .................................................................................................... 100 7 ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE ............................................................................................ 107 7.1 VÁLVULAS DE CONTROLE.......................................................................................................... 107 7.1.1 Partes principais .......................................................................................................................... 108 7.1.2 Válvulas de deslocamento linear da haste.................................................................................. 114 7.1.3 Válvulas de deslocamento rotativo da haste............................................................................... 119 7.1.4 Características de vazão............................................................................................................. 121 7.1.5 Coeficiente de vazão (CV) .......................................................................................................... 123 7.1.6 Posicionadores ............................................................................................................................ 123 7.2 Conversores de Freqüência ou Inversores .................................................................................... 124 7.2.1 Funções analisadas em um conversor de freqüência ................................................................ 126 8 CONTROLE DE PROCESSO ........................................................................................................... 127 8.1 CONCEITOS BÁSICOS DE CONTROLE DE PROCESSOS........................................................ 127 8.2 CARACTERÍSTICAS DE PROCESSOS........................................................................................ 128 8.2.1 Malha de controle aberta............................................................................................................. 128 8.2.2 Malha de controle fechada .......................................................................................................... 129 8.2.3 Modos de controle....................................................................................................................... 130 8.2.4 Ações de controle (saída versus entrada) .................................................................................. 132 8.3 SISTEMAS DE CONTROLE AUTOMÁTICOS............................................................................... 132 8.3.1 Controle automático descontínuo ............................................................................................... 132 8.3.2 Controle automático contínuo ..................................................................................................... 135 8.4 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP/PLC) ............................................................. 139
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8.4.1 Programação CLP....................................................................................................................... 140 8.4.2 Memória de programa ................................................................................................................. 140 8.4.3 Métodos de programação ........................................................................................................... 141 8.4.4 Linguagem de programação ....................................................................................................... 141 9 MALHAS DE CONTROLE................................................................................................................. 143 9.1 CONTROLE CASCATA ................................................................................................................. 143 9.2 CONTROLE DE RELAÇÃO OU RAZÃO ....................................................................................... 145 9.3 CONTROLE OVERRIDE OU SELETIVO ...................................................................................... 146 9.4 CONTROLE DE COMBUSTÃO COM LIMITES CRUZADOS ....................................................... 147 9.5 CONTROLE SPLIT-RANGE OU RANGE DIVIDIDO ..................................................................... 148 9.6 CONTROLE ANTECIPATIVO OU FEEDFORWARD .................................................................... 149 9.7 NÍVEL EM CALDEIRAS ................................................................................................................. 152 9.8 CONTROLE DE NÍVEL .................................................................................................................. 154 9.8.1 Controle de nível a um elemento ................................................................................................ 154 9.8.2 Controle de nível a dois elementos ............................................................................................. 155 9.8.3 Controle de nível a três elementos ............................................................................................. 156 10 ANALISADORES DE GASES ......................................................................................................... 159 10.1 INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA ................................................................................................ 159 10.1.1 Conceitos gerais........................................................................................................................ 159 10.2 CLASSIFICAÇÃO......................................................................................................................... 159 10.3 SISTEMA ANALÍTICO DE PROCESSSO.................................................................................... 159 10.3.1 Função do analisador................................................................................................................ 160 10.3.2 Principais partes do analisador ................................................................................................. 160 10.4 SISTEMA DE AMOSTRAGEM .................................................................................................... 161 10.5 TIPOS DE ANALISADORES........................................................................................................ 161 10.5.1 Análise de gases ....................................................................................................................... 161 10.5.2 Análise de líquidos (meio aquoso) ............................................................................................ 161 10.6 ANALISADORES COM CÉLULAS ELETROQUÍMICAS ............................................................. 162 10.6.1 Célula eletroquímica.................................................................................................................. 162 10.6.2 Analisador de oxigênio com célula de óxido de zircônio .......................................................... 163 10.7 ANALISADOR DE OXIGÊNIO POR PARAMAGNETISMO......................................................... 164 10.7.1 Tipos de analisadores ............................................................................................................... 164 10.8 ANALISADOR POR ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO INFRAVERMELHA ...................................... 166 10.8.1 Absorção de radiação infravermelha pelos gases .................................................................... 166 10.8.2 Tipos de analisadores ............................................................................................................... 167 10.9 CROMATOGRAFIA...................................................................................................................... 167 10.9.1 Conceitos fundamentais............................................................................................................ 168 10.10 ANALISADOR POR QUIMIOLUMINESCÊNCIA ....................................................................... 168
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10.10.1 Princípio de operação ............................................................................................................. 168 10.10.2 Determinação de NOx............................................................................................................. 169 10.10.3 Geração de ozônio .................................................................................................................. 169 10.11 Medidor de opacidade (Opacímetro) ......................................................................................... 169 10.11.1 Equipamento ........................................................................................................................... 170 11 DESENHO TÉCNICO ..................................................................................................................... 171 11.1 instrumentos de desenho e suas utilizações ............................................................................... 171 11.1.1 Esquadros ................................................................................................................................. 171 11.1.2 Compassos ............................................................................................................................... 172 11.1.3 Transferidor ............................................................................................................................... 172 11.1.4 Escala triangular (escalímetro).................................................................................................. 172 11.1.5 Lapiseira e borrachas................................................................................................................ 173 11.1.6 Computador e software ............................................................................................................. 173 11.2 Elementos básicos de um desenho técnico................................................................................. 173 11.2.1 Papel ......................................................................................................................................... 173 11.2.2 Legenda..................................................................................................................................... 174 11.2.3 Linhas ........................................................................................................................................ 174 11.2.4 Cotagem .................................................................................................................................... 174 11.3 Plantas de arquitetura .................................................................................................................. 175 11.3.1 A utilização da escala................................................................................................................ 176 11.4 DESENHO DE TUBULAÇÕES .................................................................................................... 177 11.4.1 Fluxogramas.............................................................................................................................. 177 11.4.2 Plantas de tubulações ............................................................................................................... 178 11.4.3 Desenhos isométricos ............................................................................................................... 179
UNIDADE II APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................ 185 1 FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA .................................................................................................. 187 1.1 SIMBOLOGIA ................................................................................................................................. 187 1.1.1 Instrumentação............................................................................................................................ 187 1.1.2 Tubulação.................................................................................................................................... 188 1.1.3 Equipamentos ............................................................................................................................. 188 1.2 CONTEÚDO DO FLUXOGRAMA DE PROCESSO....................................................................... 189 1.3 CONTEÚDO DO FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA ................................................................... 190 1.4 DIFERENÇA DO FLUXOGRAMA DE PROCESSO E INTERPRETAÇÃO ................................... 191 2 PROJETO BÁSICO DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO ...................................................... 193 2.1 IDENTIFICAÇÃO DE DOCUMENTOS .......................................................................................... 194
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2.1.1 Idioma = I..................................................................................................................................... 194 2.1.2 Tipo de documento = TT ............................................................................................................. 195 2.1.3 Unidade de negócio = XUUU.YY ................................................................................................ 195 2.1.4 Área operacional = AAAA ........................................................................................................... 195 2.1.5 Disciplina = DDD ......................................................................................................................... 196 2.1.6 Código da empresa = EEE.......................................................................................................... 196 2.1.7 Seqüencial numérico = ssss ....................................................................................................... 196 2.2 CRITÉRIOS DE PROJETO............................................................................................................ 196 2.2.1 Critérios para especificação de instrumentos e sistemas ........................................................... 197 2.2.2 Critérios de instalação................................................................................................................. 198 2.2.3 Critérios para apresentação da documentação de projeto ......................................................... 202 2.3 Representação da Instrumentação em fluxograma de engenharia ............................................... 203 2.3.1 Controle ....................................................................................................................................... 203 2.3.2 Intertravamento ........................................................................................................................... 203 2.4 LISTA DE DOCUMENTOS DE PROJETO .................................................................................... 204 2.5 Lista de Instrumentos Preliminar.................................................................................................... 205 2.6 MATRIZ DE CAUSA E EFEITO ..................................................................................................... 208 2.7 DIAGRAMA LÓGICO ..................................................................................................................... 209 2.8 DESCRIÇÃO FUNCIONAL e de controle ...................................................................................... 211 2.9 Arquitetura de Sistemas de Controle ............................................................................................. 212 2.9.1 Arquitetura de válvulas motorizadas ........................................................................................... 213 2.10 CONCEITOS DE CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA ........................................................................... 214 2.10.1 Classificação conforme a Zona ................................................................................................. 215 2.10.2 Classificação conforme o Grupo ............................................................................................... 215 2.10.3 Classificação conforme a Temperatura de superfície............................................................... 215 2.10.4 Grau de proteção de um invólucro............................................................................................ 216 2.10.5 Tipo de proteção de um invólucro............................................................................................. 217 2.11 MEMORIAL DESCRITIVO – projeto conceitual........................................................................... 218 2.11.1 Objetivo ..................................................................................................................................... 219 2.11.2 Descrição do Projeto Básico ..................................................................................................... 219 2.11.3 Escopo de fornecimento............................................................................................................ 219 2.11.4 Exclusão de Escopo.................................................................................................................. 219 2.11.5 Documentos de referência ........................................................................................................ 220 2.11.6 Anexos....................................................................................................................................... 220 3 PROJETO EXECUTIVO DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO............................................... 221 3.1 LISTA DE INSTRUMENTOS.......................................................................................................... 223 3.2 FOLHA DE DADOS DE INSTRUMENTOS E VÁLVULAS ............................................................ 226 3.3 Especificação Técnica.................................................................................................................... 228
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3.4 DIAGRAMA DE MALHAS .............................................................................................................. 229 3.4.1 Diagrama de Interligação do STVM ............................................................................................ 231 3.4.2 Diagrama de Interligação do STTQ ............................................................................................ 233 3.5 DIAGRAMA FUNCIONAL .............................................................................................................. 233 3.6 LISTA DE CABOS E INTERLIGAÇÕES ........................................................................................ 234 3.6.1 Lista de Cabos e Interligações - Campo ..................................................................................... 235 3.6.2 Diagrama de Interligação de Campo .......................................................................................... 236 3.6.3 Lista de Cabos e Interligações - Sala de Controle...................................................................... 237 3.7 detalhes típicos .............................................................................................................................. 239 3.7.1 Detalhe Típico - Processo ........................................................................................................... 240 3.7.2 Detalhe Típico - Elétrico .............................................................................................................. 242 3.7.3 Detalhe Típico - Pneumático ....................................................................................................... 243 3.7.4 Detalhe Típico - Suporte de Instrumentos .................................................................................. 244 3.7.5 Suporte de Caixas de Junção ..................................................................................................... 245 3.7.6 Detalhe de Suportes para Leitos................................................................................................. 246 3.7.7 Steam Tracing ............................................................................................................................. 247 3.8 plantas de instrumentação ............................................................................................................. 248 3.8.1 Planta Chave de Instrumentação ................................................................................................ 249 3.8.2 Planta de Encaminhamento de Leitos ........................................................................................ 250 3.8.3 Planta de Instrumentação Elétrica .............................................................................................. 251 3.8.4 Planta de Instrumentação Pneumática ....................................................................................... 251 3.9 planta de envelopes e cortes ......................................................................................................... 252 3.9.1 Planta de Envelopes ................................................................................................................... 253 3.9.2 Planta de Cortes.......................................................................................................................... 253 3.10 lay-out de sala de painéis em ccl ................................................................................................. 253 3.11 lay-out de cic – centro integrado de controle ............................................................................... 256 3.12 sistema de deteção de fogo e gÁS .............................................................................................. 258 3.13 canhões de combate a incêndio com controle remoto ................................................................ 259 3.14 projeto de armários de rearranjo .................................................................................................. 260 3.15 projeto de painéis locais............................................................................................................... 264 3.16 parecer técnico de proposta de fornecedores.............................................................................. 266 3.16.1 Objeto ........................................................................................................................................ 267 3.16.2 Propostas .................................................................................................................................. 267 3.16.3 Correspondência ....................................................................................................................... 267 3.16.4 Análise técnica .......................................................................................................................... 268 3.16.5 Conclusão ................................................................................................................................. 268 3.17 análise de documentos de fornecedores ..................................................................................... 268 3.18 lista de entradas e saídas (clp, PES, SDCD)............................................................................... 270
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3.18.1 Informações gerais.................................................................................................................... 270 3.18.2 Informações sobre a Entrada ou Saída .................................................................................... 270 3.18.3 Informações sobre a variável de processo ............................................................................... 271 3.18.4 Status do registro ...................................................................................................................... 271 3.18.5 Lista de Pontos de Ajuste.......................................................................................................... 272 3.19 lista de comunicação.................................................................................................................... 272 3.20 listas de materiais......................................................................................................................... 273 3.20.1 Lista de Material - Processo...................................................................................................... 275 3.20.2 Lista de Material - Elétrico......................................................................................................... 275 3.20.3 Lista de Material - Leitos ........................................................................................................... 275 3.20.4 Lista de Material - Cabos .......................................................................................................... 276 3.20.5 Lista de Material - Pneumático.................................................................................................. 276 3.20.6 Lista de Material – Suporte ....................................................................................................... 276 3.20.7 Lista de Material – Steam Tracing ............................................................................................ 277 3.21 requisição De material (iNSTRUMENTOS e EQUIPAMENTOS) ................................................ 277 3.22 MEMORIAL DESCRITIVO ........................................................................................................... 278 3.22.1 Objetivo ..................................................................................................................................... 278 3.22.2 Descrição do projeto ................................................................................................................. 278 3.22.3 Escopo de fornecimento............................................................................................................ 278 3.22.4 Exclusão de escopo .................................................................................................................. 278 3.22.5 Cuidados especiais ................................................................................................................... 279 3.22.6 Documentos de referência ........................................................................................................ 279 3.22.7 Anexos....................................................................................................................................... 279 3.23 VERIFICAÇÃO DE PROJETO ..................................................................................................... 279 3.23.1 Tipos de Verificação.................................................................................................................. 280 3.23.2 Procedimento geral ................................................................................................................... 281 3.23.3 Tipos de Listas de Verificação .................................................................................................. 282 3.23.4 LV de Diagrama de Intertravamento ......................................................................................... 282 3.23.5 LV de Diagrama de Malhas....................................................................................................... 283 3.23.6 LV de Folha de Dados de Instrumentos.................................................................................... 284 3.23.7 LV de Lista de Instrumentos...................................................................................................... 285 3.23.8 LV de Plantas de Instrumentação ............................................................................................. 286 3.23.9 LV de Lista de Cabos e Interligações ....................................................................................... 287 3.23.10 LV de Lay-out de Sala de Painéis na CCL.............................................................................. 289 3.23.11 LV de Listas de Materiais ........................................................................................................ 290 3.24 REDE DE ATIVIDADES ............................................................................................................... 291 3.25 AS-BUILT ..................................................................................................................................... 291 3.25.1 As-Built durante a montagem e antes da partida...................................................................... 292
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3.25.2 Revisão conforme comprado .................................................................................................... 292 3.25.3 As-Built após a montagem ........................................................................................................ 293 3.25.4 Dispensa de As-Built ................................................................................................................. 293 3.26 INTERFACES DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO .......................................................... 294 3.26.1 Interface com Processo............................................................................................................. 294 3.26.2 Interface com Civil e Arquitetura ............................................................................................... 295 3.26.3 Interface com Tubulação........................................................................................................... 295 3.26.4 Interface com Elétrica................................................................................................................ 296 3.26.5 Interface com Mecânica (Equipamentos).................................................................................. 297 3.26.6 Interface com Segurança Industrial .......................................................................................... 297 3.26.7 Interface com TI – Tecnologia da Informação .......................................................................... 297 3.27 INTRODUÇÃO A SOFTWARES 2D E 3D ................................................................................... 297 3.28 FERRAMENTAS DE MERCADO PARA PROJETO.................................................................... 299 4 INTRODUÇÃO AO GERENCIAMENTO DE PROJETOS ................................................................ 301 4.1 grupo de processos INICIAÇÃO .................................................................................................... 303 4.1.1 Desenvolver o termo de abertura do projeto (Integração) .......................................................... 303 4.1.2 Desenvolver a declaração de escopo preliminar do projeto (Integração) .................................. 304 4.2 grupo de processos PLANEJAMENTO.......................................................................................... 304 4.2.1 Desenvolver o plano de gerenciamento do projeto (Integração) ................................................ 304 4.2.2 Planejamento do escopo (Escopo) ............................................................................................. 305 4.2.3 Definição do escopo (Escopo) .................................................................................................... 305 4.2.4 Criar EAP (Escopo) ..................................................................................................................... 306 4.2.5 Definição da atividade (Tempo) .................................................................................................. 306 4.2.6 Seqüenciamento de atividades (Tempo) .................................................................................... 307 4.2.7 Estimativa de recursos da atividade (Tempo)............................................................................. 307 4.2.8 Estimativa de duração da atividade (Tempo).............................................................................. 308 4.2.9 Desenvolvimento do cronograma (Tempo)................................................................................. 308 4.2.10 Estimativa de custos (Custo)..................................................................................................... 309 4.2.11 Orçamentação (Custo) .............................................................................................................. 309 4.2.12 Planejamento da qualidade (Qualidade)................................................................................... 310 4.2.13 Planejamento de recursos humanos (Recursos humanos) ...................................................... 310 4.2.14 Planejamento das comunicações (Comunicações) .................................................................. 311 4.2.15 Planejamento do gerenciamento de riscos (Riscos)................................................................. 311 4.2.16 Identificação de riscos (Riscos) ................................................................................................ 312 4.2.17 Análise qualitativa de riscos (Riscos)........................................................................................ 312 4.2.18 Análise quantitativa de riscos (Riscos) ..................................................................................... 313 4.2.19 Planejamento de respostas a riscos (Riscos) ........................................................................... 313 4.2.20 Planejar compras e aquisições (Aquisições) ............................................................................ 314
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4.2.21 Planejar contratações (Aquisições)........................................................................................... 314 4.3 grupo de processos EXECUÇÃO .................................................................................................. 315 4.3.1 Orientar e gerenciar a execução do projeto (Integração) ........................................................... 315 4.3.2 Realizar a garantia da qualidade (Qualidade)............................................................................. 315 4.3.3 Contratar ou mobilizar a equipe do projeto (Recursos humanos) .............................................. 316 4.3.4 Desenvolver a equipe do projeto (Recursos humanos) .............................................................. 316 4.3.5 Distribuição das informações (Comunicações)........................................................................... 317 4.3.6 Solicitar respostas de fornecedores (Aquisições) ....................................................................... 317 4.3.7 Selecionar fornecedores (Aquisições) ........................................................................................ 318 4.4 grupo de processos CONTROLE................................................................................................... 318 4.4.1 Monitorar e controlar o trabalho do projeto (Integração) ............................................................ 318 4.4.2 Controle integrado de mudanças (Integração)............................................................................ 319 4.4.3 Verificação do escopo (Escopo) ................................................................................................. 319 4.4.4 Controle do escopo (Escopo)...................................................................................................... 320 4.4.5 Controle do cronograma (Tempo) ............................................................................................... 320 4.4.6 Controle de custos (Custos)........................................................................................................ 321 4.4.7 Realizar o controle da qualidade (Qualidade)............................................................................. 321 4.4.8 Gerenciar a equipe do projeto (Recursos humanos) .................................................................. 322 4.4.9 Relatório de desempenho (Comunicações)................................................................................ 322 4.4.10 Gerenciar as partes interessadas (Comunicações) .................................................................. 323 4.4.11 Monitoramento e controle de riscos (Riscos)............................................................................ 323 4.4.12 Administração de contrato (Aquisições).................................................................................... 324 4.5 grupo de processos ENCERRAMENTO ........................................................................................ 324 4.5.1 Encerrar o projeto (Integração) ................................................................................................... 324 4.5.2 Encerramento do contrato (Aquisições)...................................................................................... 325 LISTA DE SIGLAS ............................................................................................................................... 327 ANEXOS............................................................................................................................................... 331 BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................... 353
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Malha de controle fechada ................................................................................................. 26 Figura 1.2 - Malha de controle aberta .................................................................................................... 26 Figura 1.3 - Indicador ............................................................................................................................. 31 Figura 1.4 - Registrador ......................................................................................................................... 31 Figura 1.5 - Transmissor ........................................................................................................................ 31 Figura 1.6 - Transdutor........................................................................................................................... 32 Figura 1.7 - Controlador ......................................................................................................................... 32 Figura 1.8 - Elemento final de controle .................................................................................................. 32 Figura 1.9 - Padrão de identificação de instrumentos............................................................................ 32 Figura 1.11 - Símbolos de sinais utilizados nos fluxogramas de processo ........................................... 35 Figura 1.12 - Simbologia geral em instrumentação ............................................................................... 35 Figura 1.13 - Identificação funcional dos instrumentos.......................................................................... 36 Figura 2.1 - Fatores de conversão de unidades de pressão ................................................................. 43 Figura 2.2 - Língua de sogra .................................................................................................................. 44 Figura 2.3 - Tipos de Bourdon................................................................................................................ 44 Figura 2.4 - Tipos de diafragmas ........................................................................................................... 45 Figura 2.5 - Tipo fole .............................................................................................................................. 45 Figura 2.6 - Manômetro de tubo em “U”................................................................................................. 45 Figura 2.7 - Manômetro de tubo inclinado e manômetro de tubo em “i”................................................ 45 Figura 2.8 - Sensor capacitivo................................................................................................................ 47 Figura 2.9 - Sensor tipo strain gauge ..................................................................................................... 47 Figura 2.10 - Fixação do strain gauge ................................................................................................... 47 Figura 2.11 - Sensor de silício ressonante............................................................................................. 47 Figura 2.12 – Célula de silício ressonante ............................................................................................. 48 Figura 2.13 - Sensores piezelétricos...................................................................................................... 48 Figura 3.1 - Régua ................................................................................................................................. 49 Figura 3.2 - Visores de nível .................................................................................................................. 49 Figura 3.3 - Bóia ..................................................................................................................................... 50 Figura 3.4 - Medição de nível por pressão............................................................................................. 50 Figura 3.5 - Medição de nível por pressão diferencial ........................................................................... 51 Figura 3.6 - Supressão de zero.............................................................................................................. 51 Figura 3.7 - Elevação de zero ................................................................................................................ 51
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Figura 3.8 - Medição de nível com borbulhador..................................................................................... 51 Figura 3.9 - Medição de nível por empuxo............................................................................................. 53 Figura 3.10 - Medição de nível por raios gama...................................................................................... 53 Figura 3.11 - Medição de nível por capacitância ................................................................................... 54 Figura 3.12 - Medição de nível por capacitância sem contato............................................................... 54 Figura 3.13 - Medidor de nível por ultra-som ......................................................................................... 55 Figura 3.14 - Medidor descontínuo de nível........................................................................................... 55 Figura 4.1 - Medição de vazão de gás com Manifold ............................................................................ 57 Figura 4.2 - Medição de vazão de líquidos com selagem...................................................................... 57 Figura 4.3 - Constituição da tubulação de impulso ................................................................................ 58 Figura 4.4 - Válvula equalizadora e válvulas de bloqueio...................................................................... 58 Figura 4.5 - Selo líquido ......................................................................................................................... 59 Figura 4.6 - Selo de ar............................................................................................................................ 59 Figura 4.7 - Selo volumétrico ................................................................................................................. 60 Figura 4.8 - Manômetro petroquímico .................................................................................................... 60 Figura 4.9 - Método de enchimento do Bourdon.................................................................................... 60 Figura 4.10 - Purga de ar ....................................................................................................................... 61 Figura 4.11 - Purga com fluído de processo .......................................................................................... 61 Figura 5.1 - Relaciona as principais escalas de temperaturas .............................................................. 66 Figura 5.2 - Termômetro de dilatação de líquido em recipiente vidro.................................................... 68 Figura 5.3 - Tipos de elementos de medição......................................................................................... 69 Figura 5.4 - Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico .............................................. 69 Figura 5.5 - Termômetro a pressão de gás............................................................................................ 70 Figura 5.6 - Termômetro a pressão de vapor ........................................................................................ 70 Figura 5.7 - Princípio de funcionamento ................................................................................................ 71 Figura 5.8 - Características de construção ............................................................................................ 71 Figura 5.9 - Lâmina helicoidal ................................................................................................................ 71 Figura 5.10 - Esquemático de ligação de um termopar ......................................................................... 71 Figura 5.11 - Correlação da f.e.m. versus temperatura para os termopares......................................... 73 Figura 5.12 - Correção da junta de referência com termopar tipo K...................................................... 74 Figura 5.14 - Associação série de termopares ...................................................................................... 77 Figura 5.15 - Associação série-oposta de termopares .......................................................................... 77 Figura 5.16 - Associação paralela de termopares ................................................................................. 77 Figura 5.17 - Construção física do sensor ............................................................................................. 79 Figura 5.18 - Encapsulamento de um termômetro de resistência de platina ........................................ 79 Figura 5.19 - Circuito de medição tipo Ponte de Wheatstone ............................................................... 80 Figura 5.20 - Ponte de Wheatstone com ligação a dois fios.................................................................. 80 Figura 5.21 - Ponte de Wheatstone com ligação a 3 fios ...................................................................... 81
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Figura 5.22 - Fluxograma do pirômetro óptico ....................................................................................... 81 Figura 5.23 - Pirômetro de radiação parcial........................................................................................... 83 Figura 5.24 - Pirômetro de radiação total............................................................................................... 83 Figura 6.2 – Indicador totalizador de vazão ........................................................................................... 87 Figura 6.3 - Medidor tipo odômetro ........................................................................................................ 87 Figura 6.4 - Medição de vazão por pressão diferencial ......................................................................... 89 Figura 6.5 - Escoamento ........................................................................................................................ 89 Figura 6.6 - Distribuição de velocidades ................................................................................................ 90 Figura 6.7 - Equação da continuidade ................................................................................................... 90 Figura 6.8 - Princípio de Bernoulli .......................................................................................................... 90 Figura 6.9 - Gráfico da diferença quadrática entre ∆P e a vazão .......................................................... 91 Figura 6.10 - Fluxograma de uma malha de vazão sem extrato de raiz................................................ 91 Figura 6.11 - Fluxograma de uma malha de vazão com extrato de raiz................................................ 93 Figura 6.12 - Placa de orifício montada entre flanges ........................................................................... 93 Figura 6.13 - Tipos de orifícios............................................................................................................... 94 Figura 6.14 - Bordo quadrado ................................................................................................................ 95 Figura 6.15 - Bordo arredondado ........................................................................................................... 95 Figura 6.16 - Bordo com entrada cônica ................................................................................................ 95 Figura 6.17 - Relação entre tomadas de impulso para medição de vazão............................................ 95 Figura 6.18 - Bocal de vazão ................................................................................................................. 96 Figura 6.19 - Bocal ISA 1932 ................................................................................................................. 96 Figura 6.20 - Bocal ASME...................................................................................................................... 97 Figura 6.21- Tubo venturi ....................................................................................................................... 97 Figura 6.22 - Tubo de Pitot..................................................................................................................... 98 Figura 6.23 - Medidor tipo Annubar........................................................................................................ 98 Figura 6.24 - Câmara do sensor de pressão tipo Annubar .................................................................... 98 Figura 6.25 - Malha de vazão com compensação de temperatura e pressão....................................... 98 Figura 6.26 - Rotâmetro ....................................................................................................................... 100 Figura 6.27 - Tipos de flutuadores ....................................................................................................... 100 Figura 6.28 - Sensores disponíveis no mercado.................................................................................. 101 Figura 6.30 - Medidor tipo turbina ........................................................................................................ 103 Figura 6.31 - Medidor por efeito Coriolis .............................................................................................. 103 Figura 6.32 - Medidor de vazão tipo vortex.......................................................................................... 104 Figura 6.33 - Vortex.............................................................................................................................. 104 Figura 6.34 - Tipos de transdutores ..................................................................................................... 106 Figura 6.35 - Medidores de tempo de trânsito ..................................................................................... 106 Figura 7.1 - Elemento final de controle em um processo..................................................................... 107 Figura 7.2 - Partes de uma válvula de controle ................................................................................... 107
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Figura 7.3 - Obturadores torneados ..................................................................................................... 109 Figura 7.4 - Obturadores com entalhes em “V”.................................................................................... 109 Figura 7.5 - Modelos de válvulas e seus atuadores............................................................................. 113 Figura 7.6 - Válvulas globo................................................................................................................... 114 Figura 7.7 - Válvula globo sede simples .............................................................................................. 114 Figura 7.8 - Forças resultantes do escoamento do fluido na válvula................................................... 116 Figura 7.9 - Válvula globo reversível de sede dupla ............................................................................ 116 Figura 7.10 - Válvula globo tipo gaiola ................................................................................................. 117 Figura 7.11 - Válvulas globo tipo gaiola não-balanceada .................................................................... 117 Figura 7.12 - Válvula tipo diafragma .................................................................................................... 118 Figura 7.13 - Válvula de controle tipo guilhotina .................................................................................. 118 Figura 7.12 - Atuadores de válvulas borboleta .................................................................................... 120 Figura 7.15 - Válvula esfera ................................................................................................................. 120 Figura 7.16 - Válvula tipo obturador rotativo-excêntrico ...................................................................... 120 Figura 8.1 - Trocador de calor.............................................................................................................. 128 Figura 8.2 - Diagrama de blocos de uma malha aberta....................................................................... 129 Figura 8.3 - Diagrama de blocos de uma malha fechada .................................................................... 129 Figura 8.4 - Sistema de aquecimento de um fluido.............................................................................. 130 Figura 8.5 - Controle de duas posições sem histerese........................................................................ 133 Figura 8.6 - Controle duas posições com histerese............................................................................. 134 Figura 8.7 - Gráfico do controle descontínuo por largura de pulso...................................................... 134 Figura 8.8 - Controle automático contínuo........................................................................................... 135 Figura 9.1 - Controle cascata ............................................................................................................... 143 Figura 9.2 - Controle em cascata ......................................................................................................... 144 Figura 9.3 - Controle de razão ou relação ........................................................................................... 145 Figura 9.4 - Controle override ou seletivo ............................................................................................ 146 Figura 9.5 - Controle de combustão com limites cruzados .................................................................. 148 Figura 9.6 - Controle split-range ou range dividido .............................................................................. 149 Figura 9.7 - Controle antecipativo ou feedforward puro....................................................................... 150 Figura 9.8 - Controle antecipativo ou feedforward com realimentação ............................................... 150 Figura 9.9 - Controle antecipatório com Lead/Lag............................................................................... 152 Figura 9.10 - Malha de controle de nível a um elemento..................................................................... 155 Figura 9.11 - Malha de controle de nível a dois elementos ................................................................. 155 Figura 9.12 - Malha de controle de nível a três elementos .................................................................. 155 Figura 10.1 - Sistema analítico de processo........................................................................................ 160 Figura 10.2 - Principais partes do analisador....................................................................................... 160 Figura 10.3 - Célula eletroquímica ....................................................................................................... 162 Figura 10.4 - Princípio de funcionamento da célula de óxido de zircônio............................................ 164
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Figura 11.1 - Letras maiúsculas e minúsculas inclinadas.................................................................... 171 Figura 11.2 - Esquadros ....................................................................................................................... 172 Figura 11.3 - Compassos ..................................................................................................................... 172 Figura 11.4 - Escala triangular ............................................................................................................. 173 Figura 11.5 - Linhas de cota................................................................................................................. 175 Figura 11.6 - Exemplo de uma peça cotada ........................................................................................ 175 Figura 11.7 - Corte transversal, corte longitudinal e planta baixa........................................................ 175 Figura 11.8 - Planta baixa ou seção horizontal.................................................................................... 175 Figura 11.9 - Exemplo de fluxograma .................................................................................................. 177 Figura 11.10 - Símbolos utilizados em fluxogramas ............................................................................ 178 Figura 11.11 - Plantas de tubulações .................................................................................................. 179 Figura 11.12 - Símbolos utilizados em plantas .................................................................................... 180 Figura 11.13 - Desenho isométrico ...................................................................................................... 181 Figura 11.14 - Símbolos utilizados em desenhos isométricos............................................................. 182
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Desenhista Projetista de Instrumentação Unidade I
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APRESENTAÇÃO
O presente trabalho objetiva dar um nivelamento teórico sobre a instrumentação e o desenho técnico aplicados às indústrias de processo para o curso de Desenhista Projetista de Instrumentação. As análises e proposições formuladas aqui têm como referência os princípios básicos de cada área, apoiadas por abordagens teóricas e práticas. Como referencial teórico para o delineamento e estruturação da abordagem ora desenvolvida, utilizou-se, fundamentalmente, o material produzido pelos professores da Escola SENAI “Antônio Souza Noschese” – Centro Nacional de Tecnologia da Instrumentação e Controle de Processos, de Santos, São Paulo, e do Centro de Formação Profissional SENAI "Fidélis Reis", de Minas Gerais. Ressalta-se que, além desse material, o estudo também se baseou em apostilas formuladas por outras Unidades do SENAI. Por ser o assunto aqui tratado extenso e complexo, deve, ao longo do tempo, sofrer alterações devido ao constante avanço tecnológico. Por isso, conta-se com a colaboração de todos, através de sugestões ou críticas, para mantê-lo sempre atualizado.
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1 ASPECTOS GERAIS
1.1 HISTÓRICO Os processos industriais exigem controle na fabricação de seus produtos. Estes processos são variam grandemente e abrangem muitos tipos de produtos, como a fabricação dos derivados do petróleo, produtos alimentícios, a indústria de papel e celulose etc. Em todos estes processos é absolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis, tais como pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade e umidade. Os instrumentos de medição e controle permitem manter constantes as variáveis do processo, objetivando a melhoria em qualidade, o aumento em quantidade do produto e a segurança. No princípio da era industrial, o operário atingia os objetivos citados através de controle manual destas variáveis; utilizava somente instrumentos simples (manômetro, termômetro, válvulas manuais etc.) e isto era suficiente, porque os processos não eram complicados. Todavia, com o passar do tempo foram se tornando mais complexos e passaram a exigir um aumento da automação nos processos industriais, através dos instrumentos de medição e controle. Enquanto isso, os operadores iam se liberando de sua atuação física direta no processo e, ao mesmo tempo, ocorria a centralização das variáveis em uma única sala. Devido à centralização das variáveis do processo pode-se fabricar produtos cuja elaboração seria impossível através do controle manual. Mas, para atingir o nível que se tem hoje, os sistemas de controle sofreram grandes transformações tecnológicas, como controle manual, controle mecânico e hidráulico, controle pneumático, controle elétrico, controle eletrônico e, atualmente, controle digital. Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos: processos contínuos e processos descontínuos. Em ambos os tipos, as variáveis devem ser mantidas próximas aos valores desejados. O sistema de controle que permite fazê-lo se define como aquele que compara o valor da variável do processo com o valor desejado e toma uma atitude de correção de acordo com o desvio existente, sem a intervenção do operador. Para que se possa fazer esta comparação e, conseqüentemente, a correção, é necessário que se tenha uma unidade de medição, uma unidade de controle e um elemento final de controle no processo.
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Este conjunto de unidades forma uma malha de controle que pode ser aberta ou fechada. Observa-se que há diferença entre a malha de controle fechada, a malha de controle aberta e a interação no processo. Na Figura 1.1, a seguir, vê-se uma malha fechada e, na Figura 1.2, uma malha de controle aberta. Este assunto será aprofundado no capítulo Controle de Processo.
Elemento final de controle
Processo
Unidade de medição
Unidade de Controle
Processo
Unidade de medida
Indicação
Figura 1.1 - Malha de controle fechada
Figura 1.2 - Malha de controle aberta
1.2 TERMINOLOGIA Os instrumentos de controle empregados na indústria de processos (química, siderúrgica, papel etc.) têm sua própria terminologia. Os termos utilizados definem as características próprias de medida e controle dos diversos instrumentos: indicadores, registradores, controladores, transmissores e válvulas de controle. A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os usuários e os organismos que intervêm direta ou indiretamente no campo da instrumentação industrial.
1.2.1 Faixa de medição (range) Conjunto de valores de um mensurando para o qual se admite que o erro de um instrumento de medição se mantém dentro dos limites especificados. Exemplos: 3
a) 100 a 500 m b) 0 a 20 psi
1.2.2 Amplitude da faixa nominal (span) Diferença, em módulo, entre os dois limites de uma faixa nominal.
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Exemplos: a) Para uma faixa medição de -10 V a +10 V, a amplitude da faixa nominal é 20 V. 3
3
3
b) Para uma faixa medição de 100 m a 500 m , a amplitude da faixa nominal é de 400 m .
1.2.3 Desvio Valor de uma medição menos seu valor de referência.
1.2.4 Erro (de medição) Resultado de uma medição menos o valor verdadeiro do mensurando. Observação: Uma vez que o valor verdadeiro não pode ser determinado, utiliza-se, na prática, um valor verdadeiro convencional.
1.2.5 Erro relativo Erro da medição dividido por um valor verdadeiro (ou um valor verdadeiro convencional) do objeto da medição.
1.2.6 Erro aleatório
Resultado de uma medição menos a média que resultaria de um infinito número de medições do mesmo mensurando, efetuadas sob condições de repetitividade.
1.2.7 Erro sistemático
Média que resultaria de um infinito número de medições do mesmo mensurando, efetuadas sob condições de repetitividade, menos o valor verdadeiro do mensurando.
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1.2.8 Exatidão de medição Grau de concordância entre o resultado de uma medição e um valor verdadeiro (ou um valor verdadeiro convencional) do mensurando. Observações: a) Exatidão é um conceito qualitativo. b) O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão, e sim como repetitividade. A exatidão pode ser descrita de três maneiras: a) percentual do Fundo de Escala (% do F.E.); b) percentual do Span (% do span); c) percentual do Valor Lido (% do V.L.). o
o
Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250 C e valor medido 100 C, determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: a) exatidão de 1% do Fundo de Escala: valor real 100°C ± (0,01*250) = 100°C ± 2,5°C. b) exatidão de 1% do span: valor real: 100°C ± (0,01*200) = 100°C ± 2,0°C. c) exatidão de 1% do Valor Lido 100°C (instantâneo): valor real: 100°C ± (0,01*100) = 100°C ± 1,0°C.
1.2.9 Rangeabilidade (largura de faixa) É a relação entre o valor máximo e o valor mínimo, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento. Exemplo: Para um sensor de vazão cuja escala é 0 a 300 GPM (galões por minuto), com exatidão de 1% do span e rangeabilidade 10:1, a exatidão será respeitada entre 30 e 300 GPM.
1.2.10 Zona morta Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em ambos os sentidos sem produzir variação na resposta de um instrumento de medição. Observações: a) A zona morta pode depender da taxa de variação.
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b) Algumas vezes a zona morta pode ser deliberadamente ampliada de modo a prevenir variações na resposta para pequenas variações no estímulo. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 500ºC e com uma zona morta 0,05% de: (0,05%*500/100=±0,25°C).
1.2.11 Sensibilidade Variação da resposta de um instrumento de medição dividida pela correspondente variação do estímulo. Observação: A sensibilidade pode depender do valor do estímulo. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 500ºC e com uma sensibilidade de 0,1% terá valor de: (0,1%*500/100= ±0,5 °C).
1.2.12 Histerese É o erro máximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor em qualquer ponto da faixa de trabalho quando a variável percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente. Ele se expressa em porcentagem do span do instrumento. Deve-se destacar que a expressão zona morta está incluída na histerese. Exemplo: Um instrumento com range de 0ºC a 500ºC, sendo sua histerese de ± 0,3%, o erro será de: (0,3%*500/100= ±1,5 ºC).
1.2.13 Repetitividade Aptidão de um instrumento de medição para fornecer indicações muito próximas, em repetidas aplicações do mesmo mensurando, sob as mesmas condições de medição. Observações: a) Estas condições incluem: redução ao mínimo das variações devido ao observador; mesmo procedimento de medição; mesmo observador; mesmo equipamento de medição, utilizado nas mesmas condições; mesmo local;
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repetições em um curto período de tempo. b) A repetitividade pode ser expressa quantitativamente em termos das características da dispersão das indicações. Ela é expressa em porcentagem do span do instrumento. O termo repetitividade não inclui a histerese.
1.3 CLASSES DE INSTRUMENTOS Pode-se denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação de acordo com a função que desempenham no processo.
1.3.1 Instrumento (de medição) indicador Instrumento de medição que apresenta uma indicação. Exemplos: Nível, Vazão. OBSERVAÇÕES: a) A indicação pode ser analógica (contínua ou descontínua) ou digital. b) Valores de mais de uma grandeza podem ser apresentados simultaneamente.
1.3.2 Instrumento (de medição) registrador Instrumento de medição que fornece um registro da indicação. Exemplos: Temperatura, Pressão. Observações: a) O registro (indicação) pode ser analógico (linha contínua ou descontínua) ou digital. b) Valores de mais de uma grandeza podem ser registrados (apresentados) simultaneamente.
1.3.3 Transmissor Instrumento que determina o valor de uma variável no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou eletrônico), cujo valor em estado estacionário varia apenas em função da variável do processo. O elemento primário pode ou não estar acoplado ao transmissor.
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Fonte: Catalogo de instrumentação Novus
Fonte: Catalogo de instrumentação
Figura 1.3 - Indicador
Fonte: Catalogo de instrumentação
HoneyWell Figura 1.4 - Registrador
Smar Figura 1.5 - Transmissor
1.3.4 Transdutor Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um sinal de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados.
1.3.5 Controlador Instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor.
1.3.6 Elemento final de controle Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle. Além das denominações apresentadas, os instrumentos podem ser classificados em instrumentos de painel, campo, à prova de explosão, poeira, líquido etc. Combinações dessas classificações são efetuadas formando instrumentos conforme as necessidades.
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Fonte: Catalogo de instrumentação
Fonte: Catalogo de instrumentação Smar
Fonte: Catalogo de válvulas Hoister
Smar
Figura 1.7 - Controlador
Figura 1.8 - Elemento final de controle
Figura 1.6 - Transdutor
1.4 IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS (TAG) As normas de instrumentação estabelecem símbolos, gráficos e codificação para a identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão ser utilizados nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação.
Fonte: Norma ISA-S5 Figura 1.9 - Padrão de identificação de instrumentos
De acordo com a norma ISA-S5 e a ABNT norma NBR-8190, cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente, e um conjunto de algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence, conforme a Figura 1.9. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo. A primeira letra identifica qual a variável medida, indicada ou iniciadora. Assim um controle de temperatura inicia com
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a letra “T", de pressão com “P", de nível com “L” etc. Outras letras identificadoras são mostradas na primeira coluna da figura 1.12, e seu significado na segunda coluna, “1ª posição”. As letras subseqüentes indicam a função do instrumento na malha de controle, podendo apresentar função ativa, que intervém no processo como um controlador, ou função passiva como indicação, sinalização etc. Por exemplo, um instrumento identificado como TE significa que é um elemento primário de temperatura, pois a primeira letra, T, identifica a variável temperatura e a segunda, E, chamada de subseqüente, informa a função de sensor ou elemento primário de medição de temperatura, não importando o princípio de medição. Outro exemplo é um instrumento FI = Indicador de Vazão, onde a primeira letra mostra a variável medida (F = vazão) e a segunda, a função do instrumento: Indicador. Ao acrescentar a letra Q, como “Modificadora”, ela altera o nome original do FI para FQI, pois acrescenta ao instrumento a atribuição de Totalização. A identificação funcional é estabelecida de acordo com a função do instrumento e não de acordo com sua construção, de maneira que um registrador de pressão diferencial, quando usado para registrar a vazão, é identificado por FR. Se forem conectados um indicador de pressão e um pressostato num tanque onde se deseja indicar nível, e um alarme de nível por chave, eles serão identificados com LI e LS, respectivamente. A primeira letra da identificação funcional é selecionada de acordo com a variável medida, e não a variável manipulada. A variável manipulada é a variável controlada em função da variável medida. Logo, uma válvula de controle que varia a vazão para controlar um nível, comandada por um controlador de nível, é identificada como LV e não FV. As letras subseqüentes identificam as funções do instrumento, podendo ser: a) Funções passivas: elemento primário, orifício de restrição, poço. b) Funções de informação: indicador, registrador, visor. c) Funções ativas ou de saída: controlador, transmissor, chave e outros. d) Funções modificadoras: alarmes ou indicação de instrumento multifunção. As letras subseqüentes usadas como modificadoras podem atuar ou complementar o significado da letra precedente, como no caso de um LILL, onde se deseja explicar que o instrumento está indicando um nível muito baixo e para isso se utiliza uma quarta letra, um “L” de “low”. Se o instrumento indicasse apenas um alarme de nível baixo seria LIL. O caso acima mostra que é possível incluir uma quarta letra na identificação funcional do instrumento, sendo que esta opção deve ser apenas utilizada em casos de extrema necessidade. A seqüência de formação da identificação funcional de um instrumento é a seguinte: – A primeira letra deve sempre indicar a variável medida. Veja-se a coluna “Letra da variável
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controlada” na figura 1.12. Se a primeira letra possuir sua função modificada, veja-se a coluna “2ª posição”. As letras subseqüentes indicam as funções do instrumento na seguinte ordem: a) letras que designam funções passivas ou de informação, veja-se a coluna “3ª posição” na figura 1.12; b) letras que designam funções ativas ou saídas, veja-se a coluna “4ª posição”. – Se houver letras modificadoras, elas devem ser colocadas imediatamente após a letra que modificam. A identificação funcional deve ser composta de, no máximo, três (3) letras. Uma quarta letra somente será permitida no caso de extrema necessidade, para explicar completamente qual é a função do instrumento. NOTA: a) Para instrumentos mais complexos, as letras podem ser divididas em subgrupos. b) No caso de um instrumento com indicação e registro da mesma variável, a letra I pode ser omitida. Um instrumento complexo, com diversas medições ou funções, pode ser designado por mais de uma identificação funcional. Assim, um transmissor registrador de razão de vazões, com uma chave atuada pela razão, em fluxogramas, pode ser identificado por dois círculos tangenciais contendo as identificações FFRT e FFS. Em outros documentos, onde são usados símbolos gráficos, o instrumento pode ser identificado por FFRT/FFS. Todas as letras da identificação funcional devem ser maiúsculas. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo. P
R
001
02
A
Variável
Função
Área Atividade
Nº Seqüencial da malha
SUFIXO
Identificação Funcional
Identificação da Malha
Identificação do instrumento Figura 1.10 - Identificação de instrumentos de acordo com a norma ISA-S5
A figura 1.10 mostra um exemplo de instrumento identificado de acordo com a norma preestabelecida onde: a)
P - variável medida – Pressão
b)
R - função passiva ou de informação – Registrador
c)
C - função ativa ou de saída – Controlador
d)
001 – área de atividade onde o instrumento atua
e)
02 – número seqüencial da malha
f)
A – sufixo
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Símbolos de sinais utilizados nos fluxogramas de processo
Fonte: Norma ISA-S5 Figura 1.11 - Símbolos de sinais utilizados nos fluxogramas de processo
Representação dos instrumentos em Diagramas P&I Sala de Controle Central Acessível ao operador
Local Auxiliar
Atras do painel ou inacessível ao operador
Acessível ao operador
Atras do painel ou inacessível ao operador
Equipamento Instrumento discreto Equipamento compartilhado Instrumento compartilhado Software Função de computador Lógica compartilhada Controle Lógico Programável Instrumentos compartilhando o mesmo invólucro. Não é mandatório mostrar uma caixa comum.
Fonte: Norma ISA-S5 Figura 1.12 - Simbologia geral em instrumentação
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Campo Montado no campo
Letras de Identificação Primeira letra Variável
Letras subsequentes
Modificador
Função display
A
Análise (5,19)
Alarme
B
Queimador
Escolha (1)
C
Escolha (1)
D
Escolha (1)
E
Voltagem (f.e.m.)
F
Vazão (flow)
G
Escolha (1)
H
Manual (hand)
I
Corrente
Função saída
Modificador
Escolha (1)
Escolha (1)
Controle (13) Diferencial Elemento sensor Fração/Relação (4) Visor (9) ou indicador local Alto (high) (7, 15, 16) Indicação (10)
J
Potência
Varredura (scan) (7)
K
Tempo
Tempo de mudança
L
Nível (level)
M
Escolha (1)
N
Escolha (1)
Escolha (1)
O
Escolha (1)
Orifício ou
Estação controle (22)
(4,21) Lâmpada (11)
Baixo (low) (7, 15, 16)
Momentâneo
Médio (7,15) Escolha (1)
Escolha (1)
Restrição P
Pressão, Vácuo
Q
Quantidade
R
Radiação
S
Velocidade ou
Ponto (teste) Integral, Total (4) Registro (17) Segurança (8)
Chave (13)
Freqüência T
Temperatura
U
Multivariável (6)
V
Vibração, Análise
W
Peso, Força
X
Não classificado (2)
Transmissão (18) Multifunção (12)
Multifunção (12)
Multifunção (12)
Válvula, damper (13)
mecânica Poço (well) Eixo X
Variável a definir Y
Evento, Estado
Não
Eixo Y
Posição ou
(13, 14, 18) Eixo Z
Elemento final
Dimensão Fonte: Norma ISA-S5 Figura 1.13 - Identificação funcional dos instrumentos
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Não classificado (2)
Relé, computação
Função a definir Z
Não classificado (2)
classificado (2)
1.5 PRINCIPAIS SISTEMAS DE MEDIDA Os sistemas podem ser classificados quanto à natureza de suas unidades fundamentais, quanto ao valor dessas unidades e também quanto às relações escolhidas na determinação dos derivados. Os principais sistemas são:
1.5.1 Sistema Internacional de Unidades (SI) Tem sete unidades consideradas de base, a saber: a)
unidade de comprimento: metro (m);
b)
unidade de massa: quilograma (kg);
c)
unidade de tempo: segundo (s);
d)
unidade de corrente elétrica: ampère (A)
e)
unidade de temperatura termodinâmica: kelvin (K)
f)
unidade de quantidade de matéria: mol
g)
unidade de intensidade luminosa: candela (cd)
1.5.2 Sistema Físico ou Cegesimal Tem como unidades fundamentais o centímetro, o grama e o segundo (C.G.S.).
1.5.3 Sistema Industrial Francês Tem como unidades fundamentais o metro, a tonelada e o segundo (M.T.S.), definidas em função do sistema internacional de unidades.
1.5.4 Sistema Inglês Tem como unidades fundamentais o pé (foot), a libra (pound) e o segundo (second).
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1.6 TELEMETRIA Chama-se de telemetria a técnica de transportar medições obtidas no processo a distância, em função de um instrumento transmissor. A transmissão a distância dos valores medidos está tão intimamente relacionada com os processos contínuos que a necessidade e as vantagens da aplicação da telemetria e do processamento contínuo se entrelaçam. Um dos fatores que se destacam na utilização da telemetria é a possibilidade de centralizar instrumentos e controles de um determinado processo em painéis de controle ou em uma sala de controle. Tem-se, a partir daqui, inúmeras vantagens facilmente imagináveis: a) Os instrumentos agrupados podem ser consultados mais fácil e rapidamente, possibilitando à operação uma visão conjunta do desempenho da unidade. b) Pode-se reduzir o número de operadores com simultâneo aumento da eficiência do trabalho. c) Crescem consideravelmente a utilidade e a eficiência dos instrumentos face às possibilidades de pronta consulta, manutenção e inspeção, em situação mais acessível, mais protegida e mais confortável.
1.6.1 Transmissores Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a transmitem, a distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma combinação destes. Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos e eletrônicos. 1.6.1.1 Transmissão pneumática – Os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável, linear, de 3 a 15 psi (libras força por polegada ao quadrado) para uma faixa de medidas de 0 a 100% da variável. Esta faixa de transmissão foi adotada pela SAMA (Scientific Apparatur Makers Association – Associação de Fabricantes de Instrumentos) e pela maioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos Estados Unidos. Pode-se, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de transmissão, por exemplo, de 20 a 100 kPa. 2
Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, utilizam-se as faixas de 0,2 a 1 kgf/cm , que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15 psi. O alcance do sinal no sistema métrico é, aproximadamente, 5% menor que o sinal de 3 a 15 psi. Este é um dos motivos pelos quais se deve
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calibrar os instrumentos de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle etc.) sempre utilizando uma mesma norma. Note-se que o valor mínimo do sinal pneumático também não é 2
zero, e sim, 3 psi ou 0,2 kgf/cm . Deste modo, consegue-se calibrar corretamente o instrumento, comprovando sua correta calibração e detectando vazamentos de ar nas linhas de transmissão. o
Percebe-se que, tendo um transmissor pneumático de temperatura de range de 0 a 200 C e ele com o o
bulbo a 0 C e um sinal de saída de 1 psi, estaria descalibrado. Se o valor mínimo de saída fosse 0 psi, não seria possível fazer esta comparação rapidamente. Para detectá-lo, se teria que esperar um aumento de temperatura para ter um sinal de saída maior que 0 (o qual seria incorreto). 1.6.1.2 Transmissão eletrônica – Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20 mA e 10 a 50 mA e 1 a 5 v. Tem-se estas discrepâncias nos sinais de saída entre diferentes fabricantes porque esses instrumentos estão preparados para uma fácil mudança de seu sinal de saída. A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15 psi de um sinal pneumático. O “zero vivo” utilizado quando se adota o valor mínimo de 4 mA oferece a vantagem também de se poder detectar uma avaria (rompimento dos fios), que provoca a queda do sinal, quando ele está em seu valor mínimo. 1.6.1.3 Protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer) – Combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação baixa de 1200 bits/s (BPS) normalmente e modulação FSK (Frequency Shift Keying). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. Suas vantagens são as seguintes: a) usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital; b) usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentação analógica; c) disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes. As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um par de fios para cada instrumento). 1.6.1.4 Fieldbus – É um sistema de comunicação digital bidirecional que interliga equipamentos inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na sala de controle. Este padrão permite comunicação entre uma variedade de equipamentos, tais como: transmissores,
válvulas,
controladores,
CLPs
etc.
Podem
ser
de
fabricantes
diferentes
(interoperabilidade) e ter controle distribuído (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos para correção de uma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).
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Uma grande vantagem é a redução do número de cabos do controlador aos instrumentos de campo; apenas um par de fios é o suficiente para a interligação de uma rede fieldbus.
Fonte: Catálogo Smar Figura 1.14 - Sistema Fieldbus
40
2 PRESSÃO
2.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS A medição de pressão é um dos mais importantes padrões de medida, pois as medidas de vazão, nível etc. podem ser feitas utilizando-se esse princípio. Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área. (P = F/A) Onde: P = Pressão; F = Força; A = Área.
2.1.1 Pressão atmosférica É a força exercida pela atmosfera na superfície terrestre. Esta força equivale ao peso dos gases que estão presentes no ar e que compõem a atmosfera. A pressão atmosférica pode variar de um lugar para outro em função da altitude e das condições meteorológicas (como a umidade e a densidade do ar). Ao nível do mar, esta pressão é de, aproximadamente, 760 mmHg ou 1 atm. Quanto mais alto o local, mais rarefeito é o ar e, portanto, menor a pressão atmosférica. O instrumento que mede a pressão atmosférica é o barômetro.
2.1.2 Pressão relativa É determinada tomando-se como referência a pressão atmosférica local. Para medi-la, usam-se instrumentos denominados manômetros. Por essa razão, a pressão relativa é também chamada de pressão manométrica. A maioria dos manômetros são calibrados em zero para a pressão atmosférica local. Assim, a leitura do manômetro pode ser positiva (quando indica o valor da pressão acima da pressão atmosférica local) ou negativa (quando se tem um vácuo). Quando se fala em pressão de uma tubulação de um fluído, quer-se referir a pressão relativa ou manométrica.
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2.1.3 Pressão absoluta É a soma da pressão relativa e atmosférica. No vácuo absoluto, a pressão absoluta é zero e, a partir daí, será sempre positiva. Ao exprimir-se um valor de pressão, é muito importante definir se a pressão é relativa ou absoluta. Exemplo: a) b)
2
3 kgf/cm abs 2
2 kgf/cm
pressão absoluta ao nível do mar pressão relativa ao nível do mar
O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede pressão relativa.
2.1.4 Pressão negativa ou vácuo É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
2.1.5 Pressão diferencial É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo ∆P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão etc.
2.1.6 Pressão estática É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente à tomada de impulso por unidade de área exercida.
2.1.7 Pressão dinâmica ou cinética É a pressão exercida por um fluido em movimento. É medida fazendo-se a tomada de impulso de tal forma que receba o impacto do fluxo.
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2.2 MEDIÇÃO DE PRESSÃO 2.2.1 Unidades de pressão Como existem muitas unidades de pressão, é necessário saber a correspondência entre elas, pois nem sempre na indústria se tem instrumentos padrões com todas as unidades, sendo necessário saber fazer a conversão. As unidades de pressão mais usadas são: 2
a) quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm ) b) atmosfera (atm) c) libras por polegada quadrada (psi) d) polegada de coluna de água (“ca) e) milímetro de coluna de água (mmH2O ou mmca) f)
bar
g) Pascal (Pa) A figura 2.1 apresenta as conversões entre várias unidades de pressão: Exemplo:
2
10 psi = ______?______ kgf/cm 2
1 psi = 0,0703 kgf/cm
de acordo com a figura 2.1.
10 x 0,0703 = 0,703 kgf/cm
2
Fatores de conversão de unidades de pressão
Fonte: COELHO, Marcelo S. Figura 2.1 - Fatores de conversão de unidades de pressão
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2.2.2 Dispositivos para medição de pressão O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis e pode ser utilizado, também, por transmissores e controladores. Passa-se, então, ao estudo de alguns tipos de elementos sensíveis.
2.2.3 Tipos de elementos sensíveis Os elementos sensíveis usados são: o tubo de Bourdon, que pode se apresentar nas formas tipo C, espiral e helicoidal, membrana ou diafragma, fole, coluna de líquido e os com princípios elétricos.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 2.2 - Língua de sogra
Figura 2.3 - Tipos de Bourdon
2.2.3.1 Tubo Bourdon – O princípio de funcionamento de um dispositivo de medição, baseado neste elemento sensível, é bastante simples e idêntico a um brinquedo muito conhecido: a “língua de sogra”. Quando soprada, a “língua de sogra” enche-se de ar e desenrola-se, por causa da pressão exercida pelo ar. No caso do manômetro, esse desenrolar gera um movimento que é transmitido ao ponteiro e vai indicar a medida de pressão. 2.2.3.2 Membrana ou diafragma – É constituído por um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando é aplicada uma pressão a membrana se desloca, e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada. O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva. 2.2.3.3 Fole – É também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado. Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão e, como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada à parte interna.
44
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 2.4 - Tipos de diafragmas
Figura 2.5 - Tipo fole
2.2.3.4 Coluna de líquido – Consiste num tubo de vidro contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com uma escala graduada. As colunas podem ser basicamente de três tipos: coluna reta vertical, reta inclinada e em forma de “U”. Os líquidos mais utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante) e mercúrio. Quando se aplica uma pressão na coluna, o líquido é deslocado, sendo que este deslocamento é proporcional à pressão aplicada. Quando o manômetro está separado da linha de gás, os dois lados do manômetro estão com o nível de água no zero da escala. Isso acontece porque os dois lados do manômetro estão sujeitos à pressão atmosférica ambiente. Com um lado do manômetro ligado à tubulação de distribuição de gás (para medir a pressão do gás) e o outro lado ainda sujeito à pressão atmosférica local, a coluna de água será forçada para baixo no lado pressurizado e elevada no lado sob ação da atmosfera.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 2.6 - Manômetro de tubo em “U”
Figura 2.7 - Manômetro de tubo inclinado e manômetro de tubo em “i”
A pressão do gás na tubulação é medida pelo deslocamento total da coluna de água, e seu valor é dado em milímetros de coluna de água (mmca).
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O deslocamento total da coluna de água (DT) é dado pela soma da elevação (E) no lado atmosférico e do abaixamento (A) no lado pressurizado. O abaixamento (A) no lado pressurizado é igual à elevação (E) no lado atmosférico. Por isso, o deslocamento total (DT) pode ser medido multiplicandose o abaixamento (A) ou a elevação (E) por 2. Isso pode ser escrito em uma fórmula simples para a leitura da pressão no manômetro: DT = A + E
OU
DT = 2 X A
OU
DT = 2 X E
OU
DT = h
Quando o produto usado tiver dr (densidade relativa) diferente de 1, a pressão será calculada pela seguinte expressão matemática: (•P P = h.dr) 2.2.3.5 Princípios elétricos – Os princípios mais utilizados atualmente são os efeitos magnético, capacitivo, strain gauge, silício ressonante e piezelétrico. A principal característica destes sensores é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força/deslocamento entre o processo e o sensor. a) Tipo capacitivo – Este tipo de sensor resume-se na deformação pelo processo de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total que é medida por um circuito eletrônico. Esta montagem, se, por um lado, elimina os problemas mecânicos das partes móveis, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente à temperatura. Este inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis à temperatura montados junto ao sensor. Outra característica inerente à montagem é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras, devido á deformação não-linear. Neste caso, faz-se necessária uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico. O sensor é formado pelos seguintes componentes: armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido; dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone ou fluorube); armadura móvel (diafragma sensor). Uma diferença de pressão entre as câmaras de alta (high) e de baixa (low) produz uma força no diafragma isolador, que é transmitida pelo líquido de enchimento. A força atinge a armadura flexível (diafragma sensor), provocando sua deformação e alterando, portanto, o valor das capacitâncias formadas pelas armaduras fixas e a armadura móvel. Esta alteração é medida pelo circuito eletrônico, que gera um sinal proporcional à variação de pressão aplicada à câmara da cápsula de pressão diferencial capacitiva. b) Tipo strain gauge – Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se suas dimensões. O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, dobrando-se tão compacto quanto possível. Esta montagem denomina-se tira extensiométrica. Observa-se que o
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fio, apesar de solidamente ligado à lâmina de base, precisa estar eletricamente isolado dela. Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de apoio rígido, enquanto a outra será o ponto de aplicação de força.
Fonte: Catálogo Smar
Fonte: CONSIDINE, Douglas M.
Figura 2.8 - Sensor capacitivo
Figura 2.9 - Sensor tipo strain gauge
Da física tradicional, sabe-se que um material, ao sofrer flexão, tem suas fibras internas submetidas a dois tipos de deformação: tração e compressão. Nota-se que a ligação ideal para um strain gauge com quatro tiras extensiométricas é o circuito em ponte de Wheatstone, que tem a vantagem adicional de compensar as variações de temperatura ambiente, pois todos os elementos estão montados em um único bloco. c) Sensor por silício ressonante – O sensor consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em um diafragma, utilizando-se do diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor intensidade, a fim de que essa freqüência seja proporcional à pressão aplicada.
Fonte: CONSIDINE, Douglas M.
Fonte: Catálogo Yokogawa
Figura 2.10 - Fixação do strain gauge
Figura 2.11 - Sensor de silício ressonante
Componente de uma célula de pressão de silício ressonante, assemelha-se com a célula capacitiva. A diferença é que as pastilhas de silício estão presas ao diafragma, que sofrerá a deformação tanto de
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compressão como de extensão, fazendo com que o silício vibre com maior ou menor intensidade a fim de que essa freqüência seja proporcional à pressão aplicada. d) Tipo piezelétrico – Elementos piezelétricos são cristais (como o quartzo, a turmalina e o titanato) que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina quando sofrem uma deformação física por ação de uma pressão. São elementos pequenos e de construção robusta, seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão e são capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências de milhões de ciclos por segundo. O efeito piezelétrico é um fenômeno reversível. Se for conectado a um potencial elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina. Este efeito é altamente estável e exato, por isso é utilizado em relógios de exatidão. A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma vez que o quartzo é um elemento transmissor ativo. Ela é conectada à entrada de um amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de saída para tratamento posterior.
Fonte: Catálogo Yokogawa
Fonte: Catálogo IOPE
Figura 2.12 – Célula de silício ressonante
Figura 2.13 - Sensores piezelétricos
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3 MEDIÇÃO DE NÍVEL
Nível é a altura do conteúdo de um reservatório cujo conteúdo pode ser sólido ou líquido. Através da determinação de nível de um reservatório, tem-se condições: a) Avaliar o estoque de tanques de armazenamento. b) Controle de processos contínuos onde existam volumes líquidos ou sólidos de acumulação temporária, amortecimento, mistura, residência etc.
3.1 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE LÍQUIDO Os tipos básicos de medição de nível são: direto, indireto e descontínuo.
3.1.1 Medição direta É a medição em que se toma como referência a posição do plano superior da substância medida. Neste tipo de medição pode-se utilizar régua ou gabarito, visores de nível, bóia ou flutuador. 3.1.1.1 Régua ou gabarito - Consiste de uma régua graduada a qual tem um comprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatório a ser medido.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 3.1 - Régua
Figura 3.2 - Visores de nível
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A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido. 3.1.1.2 Visores de nível – Usa-se o princípio dos vasos comunicantes. O nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando-o. Esta medição é feita em tanques abertos e tanques fechados. 3.1.1.3 Bóia ou flutuador – Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: JULIEN, Hermann
Figura 3.3 - Bóia
Figura 3.4 - Medição de nível por pressão
3.1.2 Medição indireta Neste tipo de medição são usadas propriedades físicas ao nível como: pressão, empuxo, radiação entre outros. 3.1.2.1 Medição de nível por pressão – Neste tipo de medição usa-se a pressão devido à altura da coluna líquida, para medir indiretamente o nível. A medida mais apropriada para esse tipo de medição é o mm ou polegada de H2O. Se houver um recipiente contendo água e a temperatura ambiente, a medição do instrumento será igual ao nível do tanque, (h = P / dr), onde: h = nível em mm ou em polegada P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O d = densidade relativa do líquido em relação à água na temperatura ambiente. 3.1.2.2 Medição de nível por pressão diferencial em tanques fechados e pressurizados – A tomada da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão. A pressão atuante na câmara de alta
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é a soma da pressão exercida sobre o líquido e a coluna de líquido. A câmara de baixa pressão é conectada somente à pressão exercida sobre a superfície. O assunto a seguir normalmente traz algumas contradições, pois há um desacordo entre a visão do técnico de manutenção em relação à calibração do instrumento e do técnico de operação que examina o proposto em relação ao processo. O tema será tratado pela visão da operação.
Fonte: JULIEN, Hermann
Fonte: JULIEN, Hermann
Figura 3.5 - Medição de nível por pressão diferencial
Figura 3.6 - Supressão de zero
3.1.2.3 Supressão de Zero – Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor é instalado abaixo do tanque. Noutras vezes, a falta de plataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta pressão. Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro do tanque. Se o problema não fosse contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real. 3.1.2.4 Elevação de Zero – Deve-se usar selagem quando o fluido possui alta viscosidade, ou quando o fluido se condensa nas linhas de impulso, ou ainda no caso de o fluido ser corrosivo. Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as câmaras do instrumento.
Fonte: JULIEN, Hermann
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 3.7 - Elevação de zero
Figura 3.8 - Medição de nível com borbulhador
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Apresenta-se um sistema de medição de nível com selagem no qual deve ser feita a elevação, que consiste em anular-se a pressão no lado de baixa pressão, ou melhor, anular-se o efeito de coluna líquida na linha de impulso de baixa pressão. 3.1.2.5 Medição de nível com borbulhador – Com o sistema de borbulhador pode-se detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos a distância. Neste sistema necessita-se de um suprimento de ar ou gás e de uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor normalmente é ajustado para aproximadamente 20% a mais que a pressão hidrostática. O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha, um recipiente com líquido pelo qual passará o ar ou gás e um indicador de pressão. Ajusta-se a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso cujo nível se quer medir. Tem-se, então, um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido cujo nível se quer medir. Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás instala-se um indicador de pressão que indicará um valor equivalente à pressão devido ao peso da coluna líquida. Note-se que haverá condições de se instalar o medidor à distância. 3.1.2.6 Medição de nível por empuxo – Pelo princípio de Arquimedes, “todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do fluido deslocado”. A esta força exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou flutuante chama-se de empuxo. Com base no princípio de Arquimedes, usa-se um flutuador que sofre o empuxo do nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento por meio de um tubo de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível se está medindo, pois o empuxo varia com a densidade. 3.1.2.7 Medição de nível por interface – Pode-se definir interface como sendo o ponto comum entre dois fluidos não-miscíveis. Na indústria, muitas vezes, tem-se que medir o nível da interface em um tanque contendo dois líquidos diferentes. Este fato ocorre em torres de destilação, torres de lavagem, decantadores etc. Um dos métodos mais utilizados para a medição da interface é através da variação do empuxo, como se explicará a seguir. Considere-se um flutuador de forma cilíndrica mergulhado em dois fluidos com pesos específicos diferentes, æ1e 1e æ2. 2. Desta forma, pode pode-se considerar que o empuxo aplicado no flutuador será a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro, pelos líquidos de pesos específicos æ1 1 e æ2, 2, respectivamente. Assim, para diferentes valores de altura de interface ter-se-á ter diferentes variações de empuxo.
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Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Figura 3.9 - Medição de nível por empuxo
Figura 3.10 - Medição de nível por raios gama
3.1.2.8 Medição de nível com raios gama – Os medidores que utilizam radiações nucleares distinguem-se pelo fato de serem completamente isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos. Além disso, dispensam sondas ou outras técnicas que mantêm contato com sólidos ou líquidos, tornando possível, a qualquer momento, realizar-se a manutenção desses medidores sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo. Dessa forma, os medidores que utilizam radiações podem ser usados para indicação e controle de materiais de manuseio extremamente difíceis e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade. O sistema de medição por raios gama consiste de uma emissão de raios gama montados verticalmente na lateral do tanque; do outro lado do tanque se terá um câmara de ionização que transforma a radiação gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua. Como a transmissão dos raios é inversamente proporcional à massa do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor é inversamente proporcional ao nível do líquido do tanque, já que o material bloquearia parte da energia emitida. 3.1.2.9 Medição de nível capacitivo – A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre duas superfícies condutoras isoladas entre si. O medidor de nível capacitivo mede as capacidades do capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque. A capacidade do conjunto depende do nível do líquido. O elemento sensor é geralmente uma haste ou cabo flexível de metal. Em líquidos não-condutores emprega-se um eletrodo normal, e em fluidos condutores o eletrodo é isolado normalmente com teflon. À medida que o nível do tanque for aumentando, o valor da capacitância aumenta progressivamente, enquanto o dielétrico do ar é substituído pelo dielétrico do líquido a medir. A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa corrente elétrica, sendo este sinal indicado em um medidor.
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Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 3.11 - Medição de nível por capacitância
Figura 3.12 - Medição de nível por capacitância sem contato
A medição de nível por capacitância também pode ser feita sem contato, através de sondas de proximidade. A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor. A outra placa é a própria superfície do produto. 3.1.2.10 Medidor de nível por ultra-som – O princípio físico do ultra-som é possuir uma onda sonora cuja freqüência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é, acima de 20 khz. As ondas de ultra-som são geradas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos. A característica marcante desses materiais é a produção de um deslocamento quando se aplica uma tensão. Assim, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores. Inversamente, quando se aplica uma força em um material piezoelétrico, resulta o aparecimento de uma tensão em seu terminal elétrico. Nesta modalidade, o material piezoelétrico é usado como receptor de ultra-som. Portanto, a geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico e a excitação é transferida de molécula a molécula do meio com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas. Assim, a propagação do ultra-som depende do meio. Dependendo do meio, faz-se a distinção da propagação nos sólidos, líquidos e gases. Então, a velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos dispositivos ultra-sônicos. Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados para a detecção contínua de nível, além de poderem atuar como sensores de nível pré-determinado (chave de nível). Os dispositivos destinados à detecção contínua de nível caracterizam-se, principalmente, pelo tipo de instalação. Ou seja, os transdutores podem encontrar-se totalmente submersos no produto, ou instalados no topo do equipamento sem contato com o produto.
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Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: Catálogo IOPE
Figura 3.13 - Medidor de nível por ultra-som
Figura 3.14 - Medidor descontínuo de nível
3.1.3 Medidores descontínuos de nível Estes medidores são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atingir certos pontos desejados. Nos líquidos que conduzem eletricidade podem-se mergulhar eletrodos metálicos de comprimento diferente. Quando houver condução entre os eletrodos, ter-se-á a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido.
3.2 MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE SÓLIDOS É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de pó ou grãos, em silos, alto-fornos etc. pelos mesmos motivos da medição de nível dos líquidos. Esta medição é comumente feita por dispositivo eletromecânico onde é colocada uma sonda sobre a carga ou conteúdo. O cabo da sonda movimenta um transdutor eletromecânico que envia um sinal para um indicador, cuja escala é graduada para nível. Também são usados raios gama, capacitivo e ultra-som, entre outros, para determinar o nível de sólidos.
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4 TOMADAS DE IMPULSO
4.1 TUBULAÇÃO DE IMPULSO Esta tubulação liga a tomada de impulso a um instrumento de medição. É um componente do elemento sensível dos instrumentos que medem pressão, vazão e nível, porém estes dois últimos somente quando o processo utilizar o sistema de pressão diferencial. Para instrumentos de pressão diferencial a tubulação deverá estar ligada às tomadas de impulso por meio de duas linhas.
4.1.1 Instalação Quando o fluido a ser medido for um gás, o instrumento será montado acima do elemento primário.
Fonte: Catalogo Fisher Instrumentos
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 4.1 - Medição de vazão de gás com Manifold
Figura 4.2 - Medição de vazão de líquidos com selagem
Quando o fluido a ser medido for um líquido, o instrumento será montado abaixo do elemento primário.
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4.1.2 Constituição da tubulação de impulso a) nipple de determinado diâmetro, fixado à tomada de impulso; b) válvula de bloqueio; c) tubo de determinado diâmetro ligando a válvula de bloqueio ao instrumento; d) válvula de dreno instalada perto do instrumento.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: Catálogo Smar
Figura 4.3 - Constituição da tubulação de impulso
Figura 4.4 - Válvula equalizadora e válvulas de bloqueio
A válvula de bloqueio deve ser instalada o mais próximo possível da tubulação de processo. A válvula de dreno tem por finalidade a despressurização e a drenagem da tomada de impulso. Para instrumentos de pressão diferencial há duas tubulações de impulso: tubulação de impulso da câmara de alta e da câmara de baixa pressão. Entre a tubulação de impulso de alta pressão e de baixa pressão instala-se uma válvula para igualar as pressões das câmaras do instrumento. A esta válvula denomina-se válvula equalizadora. A seleção do material para instalação das tomadas de impulso baseia-se no tipo de fluido a ser medido, temperatura e pressão de operação do fluido, possibilidade de corrosão, distância entre o elemento primário e o instrumento.
4.2 SISTEMAS DE SELAGEM Os sistemas de selagem servem para evitar o contato do fluído com o equipamento de medição, para protegê-lo da corrosão, principalmente, bem como de altas temperaturas e da cristalização dos produtos altamente viscosos que se solidificam à temperatura ambiente no interior do elemento de medição.
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4.2.1 Selo líquido O selo líquido é utilizado sempre que houver necessidade de o elemento não entrar em contato com o fluido a ser medido. Geralmente este selo é colocado em potes. A pressão exercida pelo processo, de acordo com a densidade, irá pressionar o líquido de selo para o elemento. Os líquidos para selagem podem ser: mistura de glicerina e água, mistura de etileno, glicol e água, querosene, óleo etc.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 4.5 - Selo líquido
Figura 4.6 - Selo de ar
4.2.2 Selo de ar Consiste em uma câmara selada e um capilar onde existe um diafragma que irá se deslocar de acordo com as variações de pressão do processo. Este tipo de selo é usado para medir pressões baixas.
4.2.3 Selo volumétrico Consiste em uma câmara selada e um capilar que está ligado diretamente ao elemento. Nessa câmara existe um diafragma que irá pressionar o líquido de selo pelo capilar ao elemento. O deslocamento será proporcional à pressão exercida pelo processo sobre o diafragma. A faixa mínima 2
recomendada para os medidores desse tipo é de 3 kgf/cm , sendo o comprimento do capilar de 15 m no máximo.
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Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 4.7 - Selo volumétrico
4.2.4 Manômetro petroquímico É um manômetro equipado com membrana de selagem, composto por sistema com Bourdon e selo líquido. O método para se encher o Bourdon com óleo selante sem deixar ar preso em sua extremidade é o seguinte: primeiro é feito vácuo no Bourdon e depois se abre o líquido, que acaba preenchendo todo o volume do Bourdon.
Fonte: Catálogo IOPE
Fonte: COELHO, Marcelo S.
Figura 4.8 - Manômetro petroquímico
Figura 4.9 - Método de enchimento do Bourdon
4.3 PURGA A purga é utilizada para remover produtos indesejados de dentro das tubulações de impulso e de processos, por causar perdas de energia, erro de indicação e no caso de segurança nos processos que envolvem câmaras de combustão.
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Fonte: Catálogo Smar
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 4.10 - Purga de ar
Figura 4.11 - Purga com fluído de processo
4.3.1 Purga com fluído gasoso nas tomadas de impulso A vazão da purga deve ser mantida constante, como medida de precaução para o funcionamento dos medidores. Instala-se um rotâmetro para obter a indicação de vazão de purga.
4.3.2 Purga com fluído líquido nas tomadas de impulso Utiliza-se purga com água ou outro líquido adequado quando o líquido a ser medido for corrosivo ou contiver sólidos em suspensão ou tender a cristalizar-se com a mudança de temperatura. Quando o líquido for sujeito à formação de gases, instalam-se purgadores nas tubulações de impulso.
4.4 SANGRIA Todas as vezes que, em instrumentação, se realizar uma operação de manutenção num sistema hidráulico, deve-se extrair o ar que se introduziu no sistema. A facilidade de compressão do ar absorve a pressão transmitida pelo líquido, perdendo sua efetividade. Na instrumentação, a sangria é usada em instrumentos que trabalham com câmaras de compressão, quando for um líquido ou houver sistemas de selagem. Adota-se o mesmo procedimento em sistemas pneumáticos, onde os produtos a ser removidos são os líquidos (condensados), em função dos erros que acarretam no sistema.
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5 TEMPERATURA
5.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas (moléculas) que se encontram em contínuo movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais quente se apresenta o corpo; quanto mais lento o movimento das moléculas, mais frio se apresenta o corpo. Então, define-se temperatura como o grau de agitação térmica das moléculas. Na prática, a temperatura é representada em uma escala numérica na qual, quanto maior o seu valor, maior é a agitação das moléculas do corpo em questão. O instrumento usado para medir temperatura é o termômetro. Por exemplo, usa-se o termômetro para saber se uma pessoa está com febre porque, com a medida do termômetro, sabe-se se o corpo da pessoa está mais quente do que normal. Também com o termômetro se pode verificar a temperatura do ambiente: quanto mais fria uma noite, menor é a temperatura mostrada pelo termômetro. É importante conhecer e controlar a temperatura de um produto. Um conceito que se confunde às vezes com o de temperatura é o de calor. Entretanto, calor é energia em trânsito ou a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema em virtude da diferença de temperatura.
5.1.1 Transmissão de calor A literatura geralmente reconhece três meios distintos de transmissão de calor: condução, irradiação e convecção. 5.1.1.1 Condução – É um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso, ou entre meios diferentes em contato físico direto. 5.1.1.2 Irradiação – É o processo de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) propaga-se até o outro, através do
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espaço que os separa. Sendo uma transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas, a radiação não exige a presença do meio material para ocorrer, isto é, ela ocorre no vácuo e também em meios materiais. Entretanto, nem todos os meios materiais permitem a propagação das ondas de calor através deles. Toda energia radiante (transportada por onda de rádio, infravermelha, ultravioleta, luz visível, raios X, raio gama, etc.) pode converter-se em energia térmica por absorção. Porém, só as radiações infravermelhas são chamadas de ondas de calor. 5.1.1.3 Convecção – Considere-se uma sala na qual se liga um aquecedor elétrico em sua parte inferior. O ar em torno do aquecedor se aquece, tornando-se menos denso que o restante, havendo uma troca de posição do ar quente que sobe e do ar frio que desce. A esse movimento de massas de fluido chama-se convecção, e as correntes de ar formadas são correntes de convecção. Outros exemplos de convecção são os fluxos das chaminés, o funcionamento dos radiadores e as correntes atmosféricas. Portanto, convecção é um movimento de massas de fluido, trocando de posição entre si. Note-se que não tem significado falar em convecção no vácuo ou em um sólido, isto é, a convecção só ocorre nos fluidos.
5.1.2 Medição de temperatura Primeiro alguns conceitos básicos. Termometria significa “medição de temperatura”. Eventualmente o termo pirometria é também aplicado com o mesmo significado, porém, com base na etimologia das palavras, pode-se definir: a) Pirometria: medição de altas temperaturas na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar. b) Criometria: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura. c) Termometria: termo mais abrangente que inclui tanto a pirometria como a criometria, que seriam casos particulares de medição. A diferença entre a temperatura de dois corpos determina a capacidade de troca de calor entre eles. Dois corpos distintos trocarão calor até que estejam em equilíbrio térmico, ou seja, até que suas temperaturas se igualem. Este é o princípio básico da maioria dos medidores de temperatura, com exceção para os que utilizam o princípio óptico e os por radiação.
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Abordar-se-á inicialmente o caso do equilíbrio térmico. Ao se modificar a temperatura de um corpo são modificadas várias de suas propriedades físicas. Para fabricar um medidor de temperatura, é necessário escolher uma dessas propriedades que caracterizam o estado térmico do corpo. O elemento de medição, ou elemento sensível, basear-se-á na variação dessa propriedade. Ao ser imerso no meio cuja temperatura se quer determinar, o elemento de medição entrará em equilíbrio térmico com ele. Será determinado, então, o valor do parâmetro físico escolhido, o que fornecerá, indiretamente, a temperatura do elemento sensível e, por extensão, a do meio em que ele se encontra. Entretanto, a escolha desse parâmetro físico não é fácil, pois ele deve variar somente por influência da temperatura, não dependendo de outros fatores, e ainda possibilitar a medição através de métodos relativamente simples e cômodos. Na realidade, não existe propriedade termométrica que satisfaça plenamente esses requisitos em toda a gama de temperaturas. As dificuldades básicas na medição de temperatura são, portanto, a influência de fatores externos sobre os dispositivos de medida e também a inércia térmica do sistema (que provoca atraso na resposta).
5.1.3 Escalas de temperatura Desde o início da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de termômetros sentiam a dificuldade de atribuir valores de forma padronizada à temperatura por meio de escalas reproduzíveis, como existia na época, para peso, distância e tempo. As escalas Fahrenheit e Celsius ficaram consagradas pelo uso. A escala Fahrenheit é definida atualmente com o valor 32 no ponto de fusão do gelo e 212 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre estes dois pontos é dividido em 180 partes iguais, e cada parte é um grau Fahrenheit. A escala Celsius é definida atualmente com o valor zero no ponto de fusão do gelo e 100 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre os dois pontos está dividido em 100 partes iguais, e cada parte é um grau Celsius. A denominação "grau centígrado", utilizada anteriormente no lugar de "Grau Celsius", não é mais recomendada, e seu uso deve ser evitado. Tanto a escala Celsius como a Fahrenheit são relativas, ou seja, seus valores numéricos de referência são totalmente arbitrários. Baixando a temperatura de uma substância continuamente, atinge-se um ponto limite além do qual é impossível ultrapassar pela própria definição de temperatura. Este ponto, onde cessa praticamente todo movimento atômico, é o zero absoluto de temperatura.
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Através da extrapolação das leituras do termômetro a gás, pois os gases se liquefazem antes de atingir o zero absoluto, calculou-se a temperatura deste ponto na escala Celsius em -273,15°C. Existem escalas absolutas de temperatura, assim chamadas porque seu zero é fixado no zero absoluto de temperatura. Existem duas escalas absolutas atualmente em uso: Kelvin e Rankine. A escala Kelvin possui a mesma divisão da Celsius, isto é, um grau Kelvin é igual a um grau Celsius, porém seu zero se inicia no ponto de temperatura mais baixo possível: 273,15 graus abaixo do zero da escala Celsius. A escala Rankine possui o mesmo zero da escala Kelvin, porém sua divisão é idêntica à da escala Fahrenheit. A representação das escalas absolutas é análoga às escalas relativas: Kelvin Rankine
0 K e
0 R (sem o símbolo de grau “°”).
A escala Fahrenheit é usada principalmente na Inglaterra e nos Estados Unidos da América, porém seu uso tem declinado em favor da escala Celsius, de aceitação universal. A escala Kelvin é utilizada nos meios científicos no mundo inteiro e deve substituir, no futuro, a escala Rankine, quando estiver em desuso a escala Fahrenheit. Conversão de escalas:
Fonte: Catalogo Ecil Figura 5.1 - Relaciona as principais escalas de temperaturas
Desta comparação pode-se retirar algumas relações básicas entre as escalas:
Outras relações podem ser obtidas combinando-se as apresentadas entre si.
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5.2 MEDIDORES DE TEMPERATURA Os medidores de temperatura podem ser divididos em dois grandes grupos: a) os que se baseiam nas alterações físicas dos materiais, tais como volume, pressão etc., dos quais são exemplos os termômetros de líquido, termômetros bimetálicos, termômetros a pressão de vapor ou de gás; e b) os que se baseiam nas propriedades termoelétricas, como diferença de potencial, resistividade etc. Exemplos: termopares, termômetros de resistência. Alguns instrumentos, como os pirômetros óticos, utilizam a radiação emitida por um corpo quente como propriedade termométrica. Nesse caso, o elemento de medição não entra em equilíbrio térmico com o corpo sujeito à determinação de temperatura.
5.2.1 Termômetro de dilatação de líquido Características: os termômetros de dilatação de líquidos baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado. Os tipos podem variar conforme sua construção: a) recipiente de vidro transparente e b) recipiente metálico. 5.2.1.1 Termômetro de dilatação de líquido em recipiente de vidro – É constituído de um reservatório cujo tamanho depende da sensibilidade desejada, soldado a um tubo capilar de seção, o mais uniforme possível, fechado na parte superior. O reservatório e a parte do capilar são preenchidos por um líquido. Na parte superior do capilar existe um alargamento que protege o termômetro no caso de a temperatura ultrapassar seu limite máximo. Após a calibração, a parede do tubo capilar é graduada em graus ou frações deste. Faz-se a medição de temperatura pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo da coluna líquida. Os líquidos mais usados são: mercúrio, tolueno, álcool e acetona. Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço metálico, e o tubo capilar por um invólucro metálico. No termômetro de mercúrio pode-se elevar o limite máximo até 550°C, injetando gás inerte sob pressão, evitando a vaporização do mercúrio. Por ser frágil e impossível registrar sua indicação ou transmiti-la a distância, o uso deste termômetro é mais comum em laboratórios ou em indústrias, com a utilização de uma proteção metálica.
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Fonte: DIKE, Paul II Figura 5.2 - Termômetro de dilatação de líquido em recipiente vidro
5.2.1.2 Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico - Neste termômetro, o líquido preenche todo o recipiente e, sob o efeito de um aumento de temperatura, dilata-se, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico). Características dos elementos básicos deste termômetro: a) Bulbo: suas dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e, principalmente, com a sensibilidade desejada. b) Capilar: suas dimensões são variáveis, sendo que o diâmetro interno deve ser o menor possível, a fim de evitar a influência da temperatura ambiente, porém não deve oferecer resistência à passagem do líquido em expansão. c) Elemento de medição: o elemento usado é o tubo de Bourdon, podendo ser: tipo C, tipo espiral e tipo helicoidal. Pelo fato de este sistema utilizar líquido inserido num recipiente e de ser considerável a distância entre o elemento deformável (elemento sensor) e o bulbo, as variações na temperatura ambiente afetam o líquido do capilar e o elemento deformável (elemento sensor), causando erro de indicação ou registro. Este efeito da temperatura ambiente é compensado de duas maneiras, que são denominadas classe 1A e classe 1B. Na classe 1B, a compensação é feita somente no elemento sensor, através de uma lâmina bimetálica ou elemento sensor igual em oposição ou que está ligado ao capilar. Este sistema de compensação é normalmente preferido por ser mais simples, porém o comprimento máximo do capilar para ele é de aproximadamente 6 m. Quando a distância for maior, o instrumento deve possuir sistema de compensação classe 1A, onde a compensação é feita no sensor e no capilar por meio de um segundo capilar ligado a um elemento de compensação idêntico ao de medição, sendo os dois ligados em
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oposição. O segundo capilar tem comprimento idêntico ao capilar de medição, porém não está ligado a um bulbo.
Fonte: DIKE, Paul II
Fonte: DIKE, Paul II
Figura 5.3 - Tipos de elementos de medição
Figura 5.4 - Termômetro de dilatação de líquido em recipiente metálico
Aplica-se este termômetro, em geral, na indústria para indicação e registro, pois permite leituras remotas e é o mais exato dos sistemas mecânicos de medição de temperatura. Porém, não é recomendável para controle, por seu tempo de resposta ser relativamente grande. O poço de proteção permite manutenção do termômetro com o processo em operação. Recomenda-se não dobrar o capilar com curvatura acentuada, para que não se formem restrições que prejudiquem o movimento do líquido em seu interior, causando problemas de medição.
5.2.2 Termômetros a pressão de gás 5.2.2.1 Princípio de funcionamento – Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, elemento de medição e capilar de ligação entre estes dois elementos. O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás a alta pressão. Com a variação da temperatura, o gás varia sua pressão conforme, aproximadamente, a lei dos gases perfeitos, com o elemento de medição operando como medidor de pressão. Observa-se que as variações de pressão são linearmente dependentes da temperatura, sendo o volume constante. 5.2.2.2 Características – O gás mais utilizado é o N2, geralmente a uma pressão de 20 a 50 atm, na temperatura mínima a medir. Sua faixa de medição vai de -100 a 600ºC, sendo o limite inferior devido à própria temperatura crítica do gás, e o superior pelo fato de o recipiente apresentar maior permeabilidade ao gás nesta temperatura, o que acarretaria sua perda, inutilizando o termômetro.
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Fonte: Catálogo IOPE
Fonte: Catálogo IOPE
Figura 5.5 - Termômetro a pressão de gás
Figura 5.6 - Termômetro a pressão de vapor
5.2.3 Termômetro a pressão de vapor Principio de funcionamento: sua construção é bastante semelhante à do de dilatação de líquidos. Seu funcionamento baseia-se na Lei de Dalton: “A pressão de vapor saturado depende somente de sua temperatura, e não de seu volume”. Portanto, para qualquer variação de temperatura haverá uma variação na tensão de vapor do gás liquefeito colocado no bulbo do termômetro e, em conseqüência disto, uma variação na pressão dentro do capilar. A relação existente entre a tensão de vapor de um líquido e sua temperatura é do tipo logarítmica.
5.2.4 Termômetros a dilatação de sólidos (termômetros bimetálicos) Princípio de funcionamento: baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Características de construção: o termômetro bimetálico consiste de duas lâminas de metal, com coeficientes de dilatação diferentes, sobrepostas, formando uma só peça. Variando-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional à temperatura. Na prática, a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade. O termômetro mais usado é o de lâmina helicoidal, e consiste de um tubo bom condutor de calor no interior do qual é fixado um eixo que, por sua vez, recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. Normalmente, utiliza-se o invar (aço com 64 % Fe e 36 % Ni), com baixo coeficiente de dilatação, e o latão como metal de alto coeficiente de dilatação. A faixa de trabalho dos termômetros bimetálicos é de -50ºC a 800ºC, aproximadamente, sendo sua escala bastante linear. Possui exatidão na ordem de ± 1 %.
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Fonte: Catálogo Ecil
Fonte: Catálogo IOPE
Fonte: Catálogo IOPE
Figura 5.7 - Princípio de funcionamento
Figura 5.8 - Características de construção
Figura 5.9 - Lâmina helicoidal
5.2.5 Medição de temperatura com termopar Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m. (força eletromotriz), fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente.
Fonte: Catálogo ECIL Figura 5.10 - Esquemático de ligação de um termopar
O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m. Este princípio, conhecido por efeito Seebeck, propiciou a utilização de termopares para a medição de temperatura. Nas aplicações práticas, o termopar apresenta-se normalmente. O sinal de f.e.m., gerado pelo gradiente de temperatura (•T) T) existente entre as jjuntas quente e fria, será, de modo geral, indicado, registrado ou transmitido.
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5.2.5.1 Efeitos termoelétricos – Quando dois metais ou semicondutores dissimilares são conectados e as junções mantidas a diferentes temperaturas, ocorrem simultaneamente quatro fenômenos: efeito Seebeck, efeito Peltier, efeito Thomson e efeito Volta. A aplicação científica e tecnológica dos efeitos termoelétricos é muito importante, e sua utilização no futuro é cada vez mais promissora. Os estudos das propriedades termoelétricas dos semicondutores e dos metais levam, na prática, à aplicação dos processos de medições na geração de energia elétrica (bateria solar) e na produção de calor e frio. O controle de temperatura feito por pares termoelétricos é uma das importantes aplicações do efeito Seebeck. Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grande escala, para obtenção de calor ou frio no processo de climatização ambiente. Correlação da f.e.m. em função da temperatura: visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composição química dos condutores e da diferença de temperatura entre as juntas, isto é, a cada grau de variação de temperatura, observa-se uma variação da f.e.m. gerada pelo termopar. Portanto, é possível construir uma tabela de correlação entre temperatura e a f.e.m. Por uma questão prática, padronizou-se o levantamento destas curvas com a junta de referência à temperatura de 0°C. Tais tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo com a Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968 (IPTS-68), recentemente atualizada pela ITS-90 para os termopares mais utilizados. A partir delas, pode-se construir um gráfico onde está relacionada a milivoltagem gerada em função da temperatura para os termopares, segundo a norma ANSI, com a junta de referência a 0°C. 5.2.5.2 Tipos e características dos termopares – Existem várias combinações de dois metais condutores operando como termopares. As combinações de fios devem possuir uma relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m. e devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudança de temperatura que seja detectável pelos equipamentos normais de medição. Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de ligas metálicas, desde os mais corriqueiros de uso industrial até os mais sofisticados para uso especial ou restrito a laboratório. Essas combinações foram feitas de modo a obter-se uma alta potência termoelétrica, aliando-se, ainda, as melhores características, como homogeneidade dos fios e resistência à corrosão na faixa de utilização. Assim, cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha a maior vida útil do mesmo. Podem-se dividir os termopares em três grupos: a) termopares básicos; b) termopares nobres; e c) termopares especiais.
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Fonte: Catálogo IOPE Figura 5.11 - Correlação da f.e.m. versus temperatura para os termopares
5.2.5.3 Correção da junta de referência – As tabelas existentes da f.e.m. gerada em função da temperatura para os termopares têm fixado a junta de referência a 0°C (ponto de solidificação da água). Porém, nas aplicações práticas dos termopares a junta de referência é considerada nos terminais do instrumento receptor, e ela se encontra à temperatura ambiente (normalmente diferente de 0°C e variável com o tempo), tornando, assim, necessário que se faça uma correção (automática ou manual) da junta de referência. Os instrumentos utilizados para medição de temperatura com termopares costumam fazer a correção da junta de referência automaticamente. Um dos métodos utilizados é a medição da temperatura nos terminais do instrumento através de circuito eletrônico, sendo que este circuito adiciona a milivoltagem que chega aos terminais uma milivoltagem correspondente à diferença de temperatura entre 0°C e a temperatura ambiente. Existem, também, alguns instrumentos em que a compensação da temperatura é fixa em 20°C ou 25°C. Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor fixo, o instrumento indicará a temperatura com um erro, que será maior quanto maior for à diferença entre a temperatura ambiente e o valor fixo. É importante não esquecer que o termopar mede realmente a diferença entre as temperaturas das junções. Então, para medir a temperatura do ponto desejado, é preciso manter a temperatura da junção de referência invariável. Para exemplificar, considere-se um termopar tipo K. ∆mV = JM – JR ∆mV = 2,023 - 1,00 ∆mV = 1,023 mV
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Fonte: Catálogo ECIL Figura 5.12 - Correção da junta de referência com termopar tipo K
Não se pode confundir o ∆mV encontrado com a temperatura resultante. Para obter a temperatura do processo, deve-se adicionar a temperatura da junta de referência conforme o cálculo abaixo: (∆mVi = JMi – Jri) onde: (Jmi = ∆mVi + Jri) JMi = 1,023 mV + X mV onde “X” correspondente aos mV da temperatura na junta de referência que normalmente é a mesma da ambiente (neste caso, 25ºC). Portanto: JMi = 1,023+1,00 (compensação automática ou valor do mV da JRi) JMi = 2,023 mV
50°C
A leitura agora está correta, pois 2,023 mV corresponde a 50°C, que é a temperatura do processo. Hoje em dia, a maioria dos instrumentos faz a compensação da junta de referência automaticamente, mas ela pode ser feita manualmente: toma-se o valor da mV na tabela correspondente à temperatura ambiente e acrescenta-se o valor de mV lido por um milivoltímetro. Fios de compensação e extensão: na maioria das aplicações industriais de medição de temperatura através de termopares, o elemento sensor não se encontra junto ao instrumento receptor. Nestas condições, torna-se necessário que o instrumento seja ligado ao termopar através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em função da temperatura similar àquela do termopar, a fim de que, no instrumento, possa ser efetuada a correção na junta de referência. 5.2.5.4 Definições a) Convenciona-se chamar de fios os condutores constituídos por um eixo sólido, e de cabos aqueles formados por um feixe de condutores de bitola menor, constituindo um condutor flexível. b) Chama-se de fios ou cabos de extensão aqueles fabricados com as mesmas ligas dos termopares a que se destinam. Exemplos: Tipo TX, JX, EX e KX.
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c) Chama-se de fios ou cabos de compensação aqueles fabricados com ligas diferentes das dos termopares a que se destinam, porém que forneçam, na faixa de utilização recomendada, uma curva da força eletromotriz em função da temperatura equivalente à desses termopares. Exemplos: Tipo SX e BX. d) Os fios e cabos de extensão e compensação são recomendados na maioria dos casos para utilização, desde que a temperatura ambiente esteja até um limite máximo de 200°C. Outro fator importante é ter o cuidado de saber a norma técnica que o cabo utiliza, pois isto determina a cor da isolação e seu tipo, conseqüentemente, para que se possa aplicá-lo corretamente.
Fonte: Catálogo ECIL Figura 5.13 - Termopar de isolação mineral
5.2.5.5 Termopar de isolação mineral – O termopar de isolação mineral é constituído de um ou dois pares termoelétricos, envolvidos por um pó isolante de óxido de magnésio, altamente compactado em uma bainha externa metálica. Devido a esta construção, os condutores do par termoelétrico ficam totalmente protegidos contra a atmosfera exterior; em conseqüência, a durabilidade do termopar depende da resistência à corrosão de sua bainha, e não da resistência à corrosão dos condutores. Em função desta característica, a escolha do material da bainha é fator importante na especificação destes. Vantagens dos termopares de isolação mineral: a) Estabilidade na força eletromotriz: a estabilidade da f.e.m. do termopar é caracterizada em função de os condutores estarem completamente protegidos contra a ação de gases e outras condições ambientais que normalmente causam oxidação e, conseqüentemente, perda da f.e.m. gerada. b) Resistência mecânica: o pó muito bem compactado, contido dentro da bainha metálica, mantém os condutores uniformemente posicionados, permitindo que o cabo seja dobrado achatado, torcido ou estirado, suporte pressões externas e choque térmico sem qualquer perda das propriedades termoelétricas. c) Dimensão reduzida: o processo de fabricação permite a produção de termopares de isolação mineral, com bainhas de diâmetro externo até 1,0 mm, permitindo a medida de temperatura em
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locais onde anteriormente não era possível com termopares convencionais. d) Impermeabilidade à água, óleo e gás: a bainha metálica assegura a impermeabilidade do termopar a esses elementos. e) Facilidade de instalação: a maleabilidade do cabo, sua pequena dimensão, o no comprimento e ande resistência mecânica asseguram facilidade de instalação, mesmo nas situações mais difíceis. f)
Adaptabilidade: a construção do termopar de isolação mineral permite que ele seja tratado como se fosse um condutor sólido. Em sua capa metálica podem ser montados acessórios por soldagem ou brasagem e, quando necessário, sua seção pode ser reduzida ou alterada em sua configuração.
g) Resposta mais rápida: a pequena massa e a alta condutividade térmica do pó de óxido de magnésio proporcionam ao termopar de isolação mineral um tempo de resposta que é virtualmente igual ao de um termopar descoberto de dimensão equivalente. h) Resistência à corrosão: as bainhas podem ser selecionadas adequadamente para resistir ao ambiente corrosivo. i)
Resistência de isolação elevada: o termopar de isolação mineral tem resistência de isolação elevada, numa vasta gama de temperaturas, a qual pode ser mantida sob condições mais úmidas.
j)
Blindagem eletrostática: a bainha do termopar de isolação mineral, devidamente aterrada, oferece uma perfeita blindagem eletrostática ao par termoelétrico.
5.2.5.6 Associação de termopares: Série, Série oposta e Paralelo Associação Série: pode-se ligar os termopares em série simples para obter a soma das mV individuais; é a chamada termopilha. Esta ligação é muito utilizada em pirômetros de radiação total, ou seja, para a soma de pequenas mV. O instrumento de medição pode ou não compensar a mV da junta de referência. Se compensar, deverá compensar uma mV correspondente ao número de termopares aplicados na associação. Exemplo: 3 termopares
mVJR = 1 mV
compensa 3 mV
Associação Série oposta: para medir a diferença de temperatura entre dois pontos, ligam-se os termopares em série oposta. Aquele que mede maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento. Os termopares sempre são do mesmo tipo. Exemplo: os termopares medem 56°C e 50°C respectivamente, e a diferença será medida pelo milivoltímetro. Não é necessário compensar a temperatura ambiente, desde que as juntas de referência estejam à mesma temperatura. ∆JM T = JM 1 – JM 2
JM 1 56 °C = 2,271 mV
∆JM T = 2,271 - 2,023
JM 2 50 °C = 2,023 mV
∆JM T = 0,248 mV
6 °C
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Associação Paralelo: ligando dois ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento ter-se-á a média das mV geradas nos diversos termopares se as resistências internas forem iguais.
Figura 5.14 - Associação série de
Figura 5.15 - Associação série-oposta
Figura 5.16 - Associação paralela de
termopares
de termopares
termopares
5.2.6 Medição de temperatura por termômetros de resistência Os métodos de utilização de resistências para a medição de temperatura iniciaram-se ao redor de 1835, com Faraday, porém só houve condições de se elaborá-los para utilização em processos industriais a partir de 1925. Esses sensores adquiriram espaço nos processos industriais por suas condições de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação e baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. Devido a estas características, esse sensor é padrão internacional para a medição de temperatura na faixa de -270°C a 660°C em seu modelo de laboratório. 5.2.6.1 Princípio de funcionamento – Bulbos de resistência são sensores que se baseiam no princípio de variação da resistência elétrica em função da temperatura. Os materiais mais utilizados para a fabricação destes sensores são a platina, o cobre ou o níquel, metais que apresentam características de: a) alta resistividade, permitindo uma melhor sensibilidade do sensor; b) alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura; c) rigidez e ductilidade para ser transformados em fios finos. 5.2.6.2 Construção física do sensor – O bulbo de resistência compõe-se de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni, com diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização. Os termômetros de resistência de Ni e Cu têm sua isolação normalmente em esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro. Não existe necessidade de proteções mais resistentes à temperatura, pois, acima de 300°C, o níquel perde suas propriedades características de funcionamento como termômetro de
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resistência, e o cobre sofre problemas de oxidação em temperaturas acima de 310°C. Os sensores de platina, devido a suas características, permitem um funcionamento até temperaturas mais elevadas, e têm seu encapsulamento normalmente em cerâmica ou vidro. A este sensor são dispensados maiores cuidados de fabricação, pois, apesar de a Pt não restringir o limite de temperatura de utilização, quando ela é utilizada em temperaturas elevadas existe o risco de contaminação dos fios. Para utilização como termômetro padrão, os sensores de platina são completamente desapoiados do corpo de proteção. A separação é feita por isoladores de porcelana. Esta montagem não tem problemas relativos à dilatação, porém é extremamente frágil. Os medidores parcialmente apoiados têm seus fios introduzidos numa peça de alumina de alta pureza com fixador vítreo. É um meio-termo entre resistência à vibração e dilatação térmica. A versão completamente apoiada pode suportar vibrações muito mais fortes, porém sua faixa de utilização fica limitada a temperaturas mais baixas, devido à dilatação dos componentes. 5.2.6.3 Características do termômetro de resistência de platina – Devido a sua grande estabilidade, larga faixa de utilização e alta exatidão, os termômetros de resistência Pt-100 são os mais utilizados industrialmente. Devido à alta estabilidade dos termômetros de resistência de platina, eles são utilizados na indústria na faixa de -270°C a 800°C, aproximadamente. A estabilidade é um fator de grande importância na indústria, pois é a capacidade do sensor para manter e reproduzir suas características (resistência versus temperatura) dentro da faixa especificada de operação. Outro fator importante num sensor Pt 100 é a repetibilidade, que é a característica de confiabilidade do termômetro de resistência. A repetibilidade deve ser medida com leitura de temperaturas consecutivas, verificando-se a variação encontrada quando da nova medição na mesma temperatura. O tempo de resposta é importante em aplicações onde a temperatura do meio em que se realiza a medição estiver sujeita a mudanças bruscas. Considera-se constante de tempo como o tempo necessário para o sensor reagir a uma mudança de temperatura e atingir 63,2% da variação da temperatura. Na montagem tipo isolação mineral tem-se o sensor montado em um tubo metálico com uma extremidade fechada e todos os espaços preenchidos com óxido de magnésio, permitindo uma boa troca térmica e protegendo o sensor de choques mecânicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata ou níquel isolados entre si, e a extremidade aberta é selada com resina epóxi, vedando o sensor do ambiente em que vai atuar. Este tipo de montagem permite a redução do diâmetro e apresenta rápida velocidade de resposta.
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Fonte: Catálogo ECIL
Fonte: Catálogo ECIL
Figura 5.17 - Construção física do sensor
Figura 5.18 - Encapsulamento de um termômetro de resistência de platina
Vantagens: a) Possui maior exatidão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores. b) Com ligação adequada, não existe limitação para a distância de operação. c) Dispensa utilização de fiação especial para ligação. d) Se adequadamente protegido, permite a utilização em qualquer ambiente. e) Tem boas características de reprodutibilidade. f)
Em alguns casos, substitui o termopar com grande vantagem.
Desvantagens: a) Deteriora-se com mais facilidade se houver excesso na temperatura máxima de utilização. b) Temperatura máxima de utilização 80°C aproximadamente. c) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para indicar corretamente. d) Alto tempo de resposta. 5.2.6.4 Princípio de medição – Os termômetros de resistência são normalmente ligados a um circuito de medição tipo Ponte de Wheatstone, sendo que o circuito se encontra balanceado quando é respeitada a relação R4.R2 = R3.R1 e, desta forma, não circula corrente pelo detector de nulo, pois, se esta relação é verdadeira, os potenciais nos pontos A e B são idênticos. Para a utilização deste circuito como instrumento de medida do termômetro de resistência, tem-se as seguintes configurações:
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Fonte: Catálogo ECIL
Fonte: Catálogo Ecil
Figura 5.19 - Circuito de medição tipo Ponte de Wheatstone
Figura 5.20 - Ponte de Wheatstone com ligação a dois fios
5.2.6.5 Ligação a 2 fios – Como se vê na figura, dois condutores de resistência relativamente baixa RL1 e RL2 são usados para ligar o sensor Pt-100 (R4) à ponte do instrumento de medição. Nesta disposição, a resistência R4 compreende a resistência da Pt-100 mais a resistência dos condutores RL1 e RL2. Isto significa que os fios RL1 e RL2, a menos que sejam de muito baixa resistência, podem aumentar apreciavelmente a resistência do sensor. Tal disposição resultará em erro na leitura da temperatura, a menos que haja algum tipo de compensação ou ajuste dos fios do sensor, de modo a equilibrar esta diferença de resistência. Devese notar que, embora a resistência dos fios não se altere em função do tamanho dos fios, uma vez já instalados, eles estão sujeitos às variações da temperatura ambiente, o que introduz outra possível fonte de erro na medição. O método de ligação a 2 fios somente deve ser usado quando o sensor estiver a uma distância de, aproximadamente, 3 m. Concluindo, no tipo de medição a 2 fios, sempre que variar a temperatura ambiente ao longo dos fios de ligação, a leitura de temperatura do medidor introduzirá um erro, devido à variação da resistência de linha. 5.2.6.6 Ligação a 3 fios – Este é o método mais utilizado para termômetros de resistência na indústria. Neste circuito, a configuração elétrica é um pouco diferente, fazendo com que a alimentação fique o mais próximo possível do sensor, permitindo que a RL1 passe para o outro braço da ponte, balanceando o circuito. Na ligação a 2 fios, as resistências de linha estavam em série com o sensor; agora, na ligação a 3 fios, elas estão separadas. Nesta situação tem-se a tensão, variando linearmente em função da temperatura da PT-100 e independente da variação da temperatura ambiente ao longo dos fios de ligação. Este tipo de ligação garante relativa exatidão, mesmo com grandes distâncias entre o elemento sensor e o circuito de medição.
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Fonte: Catálogo Ecil
Fonte: SIEMENS
Figura 5.21 - Ponte de Wheatstone com ligação a 3
Figura 5.22 - Fluxograma do pirômetro óptico
fios
5.2.7 Medição de temperatura por radiação Ao se medirem temperaturas em que o contato físico com o meio é impossível ou impraticável, faz-se uso da pirometria óptica ou de radiação térmica. Um corpo aquecido emite energia mesmo que esteja no vácuo. Esta energia, a radiação térmica, é transportada por ondas eletromagnéticas, como a energia luminosa, mas com predominância de freqüências bem menores do que as do espectro visível, enquanto o corpo está a temperatura não muito elevada. À medida que se aquece um corpo, a partir de temperaturas da ordem de 700°C, ele começa a ficar visível porque passa a emitir radiações que têm uma fração apreciável com freqüência de luz, o espectro visível. Ainda assim, a maior parte da intensidade da radiação tem freqüência localizada na região do infravermelho. Caso se pudesse aquecer indefinidamente o corpo, ele passaria do rubro para o branco e para o azul. Isso indica que a predominância da intensidade de radiação emitida dentro do espectro visível corresponde a freqüências crescentes à medida que a temperatura do corpo é elevada. 5.2.7.1 Pirômetro óptico – É o dispositivo oficial reconhecido internacionalmente para medir temperaturas acima de 1064,43°C. Usado para estabelecer a Escala Internacional Prática de Temperatura acima desse valor, o pirômetro óptico mede a intensidade de energia radiante emitida numa faixa estreita do comprimento de onda do espectro visível. A intensidade da luz no espectro visível emitida por um objeto quente varia rapidamente com sua temperatura. Assim, com uma pequena variação da temperatura, há uma variação muito maior na luminosidade, o que fornece um meio natural para a determinação de temperaturas com boa exatidão.
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O pirômetro óptico é um instrumento com o qual a luminosidade desconhecida de um objeto é medida comparando-a com a luminosidade conhecida de uma fonte padrão. Os pirômetros utilizam dois métodos para comparação: a) variando a intensidade da luz emitida por uma lâmpada padrão (corrente que passa através do filamento) até atingir o mesmo brilho da fonte; e b) variando a luminosidade aparente do corpo quente através de dispositivos ópticos enquanto uma corrente constante atravessa o filamento da lâmpada padrão que permanece com brilho constante. A comparação do brilho entre a fonte a ser medida e o filamento da lâmpada é feita por um observador, o que faz com que essa medida dependa da sensibilidade do olho humano às diferenças no brilho entre duas fontes da mesma cor. Ao considerar uma aplicação, deve-se levar em consta os seguintes dados: a) Os limites normais de utilização estão entre 750°C e 2850°C; com filtros de absorção especiais, pode-se estender sua calibração até 5500°C. b) As medidas efetuadas com pirômetros ópticos são independentes da distância entre a fonte e o aparelho, além de eles serem providos de um conjunto de lentes que aproxima o objetivo a ser medido. c) Em uso industrial, consegue-se uma exatidão de até ± 2%. d) Visto que a medida de temperatura é baseada na emissividade da luz (brilho), podem ser criados erros significativos devido à reflexão de luz ambiente pela fonte a ser medida. e) Quando o meio onde se executa a medida possui partículas em suspensão, causando uma diminuição da intensidade da luz proveniente da fonte, diminui a exatidão da medição. 5.2.7.2 Radiômetro e pirômetros de radiação – São instrumentos que operam essencialmente segundo a lei de Stefan-Boltzmann. São os sistemas mais simples; neles a radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida a um detector do tipo termopilha (associação em série de termopares) ou do tipo semicondutor (nos mais modernos), onde gera um sinal elétrico, no caso da termopilha, ou altera o sinal elétrico, no caso do semicondutor. Como não possuem mecanismo de varredura próprio, o deslocamento do campo de visão instantâneo é realizado pela movimentação do instrumento como um todo. Os radiômetros são, em geral, portáteis, mas podem ser empregados também no controle de processos, a partir de montagens mecânicas fixas ou móveis. Graças à utilização de microprocessadores, os resultados das medições podem ser memorizados para o cálculo de temperaturas e seleção de valores.
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Fonte: SIEMENS
Fonte: SIEMENS
Figura 5.23 - Pirômetro de radiação parcial
Figura 5.24 - Pirômetro de radiação total
A apresentação dos resultados é normalmente feita através de mostradores analógicos e digitais, podendo ainda ser impressa em papel ou gravada em fita magnética para posterior análise. Alguns radiômetros são diretamente conectados com unidades de controle ou registradores através de interface analógica/digital. Os radiômetros operam numa faixa entre -30°C a 4000°C. São usados industrialmente: a) onde as temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares; b) onde a atmosfera do processo for prejudicial aos pares termoelétricos, causando medidas falsas e pequena durabilidade ao par; c) no interior de fornalhas a vácuo ou pressão, onde os sensores de temperatura danificam o produto; d) onde o objeto cuja temperatura se vai medir está em movimento. e) em locais onde os termopares não podem ser instalados por causa de vibrações, choques mecânicos ou impossibilidade de montagem. Ao considerar uma aplicação deve-se levar em conta os seguintes dados: a) A temperatura do alvo e a temperatura normal de operação. b) O sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do sistema óptico esteja preenchido totalmente por ele. c) Material da fonte e sua emitância. d) Ângulos de visada com aplicações em corpo não-negro (deve-se restringir o ângulo para uma visada de 45°, ou menos, da perpendicular). e) As condições do ambiente, temperatura e poeira.
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84
6 VAZÃO
6.1 MEDIÇÃO DE VAZÃO A medição de vazão é definida, em seu sentido mais amplo, como a determinação da quantidade de líquido, gás ou sólido que passa em um determinado local por unidade de tempo. Pode também ser definida como a quantidade total de fluido movimentado. A quantidade total movimentada pode ser 3
3
3
medida em unidades de volume (litros, mm , cm , m , galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa (g, kg, toneladas, libras). A vazão instantânea é dada por uma dessas unidades, dividida por uma 3
unidade de tempo (litros/min, m /hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a vazão instantânea 3
pode ser expressa em kg/h ou em m /h. Quando se mede a vazão em unidades de volume, devem ser especificadas as "condições-base" consideradas. Assim, no caso de líquidos, é importante indicar que se considera a vazão “nas condições de operação”, ou a 0°C, 20°C, ou a outra temperatura qualquer. Na medição de gases é 3
comum indicar a vazão em Nm /h (normais metros cúbicos por hora, ou seja, à temperatura de 0°C e à pressão atmosférica) ou em SCFM (pés cúbicos standard por minuto - temperatura 60°F e 14,696 psia de pressão atmosférica). Vale dizer que: 3
1 m = 1000 litros 1 pé cúbico = 0,0283168 m
1 galão (americano) = 3,785 litros 3
1 libra = 0,4536 kg
A seguir, vai-se tratar os dois tipos de medidores de vazão: os medidores de quantidade e os medidores volumétricos.
6.2 MEDIDORES DE QUANTIDADE São os medidores que, a qualquer instante, permitem saber que quantidade de fluxo passou, mas não a vazão do fluxo que está passando. Exemplo: bombas de gasolina, hidrômetros, balanças industriais
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etc. Os medidores de quantidade podem ser classificados em: medidores de quantidade por pesagem e medidores de quantidade volumétrica.
6.2.1 Medidores de quantidade por pesagem São utilizados para medição de sólidos, como as balanças industriais.
6.2.2 Medidores de quantidade volumétrica São aqueles em que o fluido, passando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição, faz com que acione o mecanismo de indicação. Estes medidores são utilizados como os elementos primários das bombas de gasolina, das empresas de água e das empresas de gás. Exemplos: disco mutante, tipo pistão oscilante, tipo pás giratórias, tipo nódulos rotativo, etc.
Tipo Disco Nutante
Tipo Pistão Rotativo
Tipo Pás Giratória
Tipo Nódulos Rotativo Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.1 - Tipos de medidores de quantidade
Para os sistemas residenciais e comerciais que utilizam gás natural e GLP são muito utilizados alguns tipos de medidores de quantidade volumétrica. São eles: o medidor de diafragma e o medidor rotativo.
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6.2.2.1 Medidor de diafragma – Também chamado sanfona, é muito usado em aplicações domésticas e comerciais. Observe que, no medidor de diafragma, existem quatro compartimentos ou câmaras. Cada compartimento é preenchido ou esvaziado em seqüência. O resultado é um fluxo constante de gás. 6.2.2.2 Medidor de nódulos rotativo – De maneira semelhante ao medidor de diafragma, o medidor de nódulos rotativo também tem câmaras que se movem devido à diferença de pressões. Observe-se a direção do fluxo e a direção dos rotores. 6.2.2.3 Leitura dos medidores de diafragma e rotativo – O medidor de gás indica a vazão de gás que o atravessa pela contagem do preenchimento e do esvaziamento das câmaras. Desde que cada câmara seja preenchida a cada vez com a mesma quantidade de gás, a medição tem um alto grau de exatidão e, como uma câmara é esvaziada enquanto outra é preenchida, a vazão de gás para o equipamento é regular e ininterrupta. Em um medidor existem tipos de contadores comumente encontrados, conforme segue.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.2 – Indicador totalizador de vazão
Figura 6.3 - Medidor tipo odômetro
Exemplo de leitura do medidor: os números indicados pelos ponteiros devem ser acrescidos de três zero (2711000): a) Contadores de Consumo: totalizam o consumo de gás em um período de tempo, com a finalidade de emissão de conta. Possuem diferentes faixas de indicação. São os contadores de 1.000, 3
10.000, 100.000 e 1.000.000 m . b) Contador Indicador: o contador de consumo da Figura 6.3 tem maior facilidade de leitura do que o da Figura 6.2, porém é pouco utilizado com o propósito de emissão de conta. É encontrado em alguns medidores de maior porte. c) O contador usado como referência é da Figura 6.2, pois apresenta uma maior definição de escala 3
e, com isto, uma pequena incerteza de leitura. Os contadores de ½ e 2 m têm duas funções: 3
primeiro, determinar a vazão de entrada do equipamento em m /h; segundo, testar o medidor e a
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linha à jusante com relação a vazamentos. Observem-se os seguintes pontos para fazer uma leitura fácil e exata no medidor: a) Sempre se lê do indicador da direita para o da esquerda (do menor para o maior multiplicador). b) Observe-se que os contadores são divididos em décimos, sendo que cada contador gira em direção oposta aos seus vizinhos. Sempre se observa a direção de rotação do indicador, se horária ou anti-horária, antes de fazer a leitura. c) Para ler o consumo tomam-se os números mais próximos já ultrapassados pelo ponteiro do contador. d) A exatidão do contador que se está lendo é determinada pelo contador vizinho de menor valor. e) Para determinar a quantidade de gás consumida, fazem-se leituras separadas em dias diferentes. Subtrai-se a primeira leitura da segunda para encontrar a quantidade de gás usada durante o tempo entre as duas leituras. Atualmente, na indústria, os medidores são projetados para totalizar o volume de gás medido, proporcionando uma indicação contínua em um grupo de relógios (contadores). Há uma tendência para utilização de medidores digitais de leitura direta também conhecidos como medidores do tipo odômetro. Os contadores de referência, por causa da sua função, são ainda mantidos nos medidores do tipo odômetro.
6.3 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo.
6.3.1 Medição de vazão por pressão diferencial A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma tal que o fluido passe através deles. Sua função é aumentar a velocidade do fluido, diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode, então, ser medida a partir desta queda. Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por ∆P é que podem ser aplicados a uma grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e líquidos, inclusive fluidos com sólidos em
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suspensão, bem como fluidos viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Um inconveniente deste tipo de medidor é a perda de carga que causa ao processo, sendo a placa de orifício o dispositivo que provoca a maior perda de carga "irrecuperável" (de 40 a 80% do ∆P gerado). Os regimes de escoamento de fluidos em tubulações podem ser caracterizados por um dos seguintes regimes: o laminar e o turbulento. A corrente laminar caracteriza-se por um escoamento em camadas planas ou concêntricas, dependendo da forma do canal ou do tubo, sem passagem das partículas do fluido de uma camada para outra e sem variação de velocidade, para determinada vazão. A corrente turbulenta, ao contrário, é caracterizada por uma mistura intensa do líquido e oscilações de velocidades e pressões. O movimento das partículas é desordenado e suas trajetórias têm, geralmente, formas complicadas. Mostra-se a experiência conhecida destinada a evidenciar os dois regimes de escoamento: a um recipiente com água é ligado um tubo de vidro terminado por uma torneira; um outro recipiente cheio de tinta permite a injeção de um pequeno filete de tinta no centro do tubo de vidro. Ao abrir um pouco a torneira, observa-se que o filete de tinta não se mistura à água, caracterizando o regime laminar. Aumentando gradativamente a abertura da torneira percebe-se que, a uma determinada vazão, o filete de tinta começa a se misturar com a água em redemoinhos característicos do regime turbulento. É possível voltar ao regime laminar diminuindo a abertura da torneira.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.4 - Medição de vazão por pressão diferencial
Figura 6.5 - Escoamento
Algumas definições para esta área: a) Número de Reynolds: é o coeficiente que determina a não-laminaridade do escoamento do fluido. Tal coeficiente é expresso pela relação: (Re = V * D / ν) onde:
V = velocidade do fluido D = diâmetro da tubulação ν = coeficiente viscosidade cinética
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b) Distribuição de velocidades: nas medições de vazões na indústria, o regime de escoamento é turbulento na maioria dos casos. O regime turbulento é caracterizado por um perfil de velocidades mais uniforme que o perfil correspondente ao regime laminar. c) Viscosidade: é uma das mais importantes características dos fluidos, já que interfere diretamente no regime de seu escoamento. d) Equação da continuidade: supondo-se um fluxo em regime permanente na tubulação, não haverá acumulação de massa no volume compreendido entre as seções 1 e 2, pois, neste caso, pelo menos a massa específica variaria, deixando ser regime permanente. e) Princípio de Bernoulli: supondo-se um fluido perfeito (ideal) que não possui viscosidade, seu deslocamento ocorrerá sem atrito e, portanto, sem perdas de energia. No entanto, a diferença de pressão entre seções irá depender do peso específico e da diferença de altura entre seções (inclinação da tubulação).
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.6 - Distribuição de velocidades
Figura 6.7 - Equação da continuidade
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.8 - Princípio de Bernoulli
6.3.1.1 Instalação e método de medição de vazão por ∆P – Na indústria, o método mais utilizado para medir vazão pelo princípio da pressão diferencial variável é através da placa de orifício. Partindo-se da Equação Geral de Bernoulli, conclui-se que a vazão só irá variar em função de, todos os outros parâmetros são constantes.
90
pois
Desta forma, pode-se simplificar a expressão da vazão por: (Q = K * onde:
)
Q = vazão K = constante que depende de fatores como: - relação entre orifício e tubulação - características do fluido ∆P = diferença entre as pressões a montante e a jusante da placa de orifício.
É importante observar que o ∆P varia quadraticamente em função da vazão Q. Supondo o fluxograma mostrado, sabe-se que esta malha possui como característica a vazão máxima de 10 m /h, e o ∆P 3
produzido com esta vazão é de 2500 mmH2O. Como saber o sinal de saída do transmissor (FT) 3
calibrado de 3 a 15 psi, quando a vazão for 8 m /h?
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.9 - Gráfico da diferença quadrática entre ∆P e a
Figura 6.10 - Fluxograma de uma malha de vazão sem
vazão
extrato de raiz
Relação de escala linear e quadrática: "Q"
saída do FT
∆P
indicação do FI
indicação do FI
escala linear
escala quadrática
100
100
100
100
100
50
25
25
25
50
0
0
0
0
0
Determinação do k:
91
Para vazão máxima: ===> k = 0,200 (para Q=m /h e ∆P em mmH2O) 3
Portanto: ====> ∆P = 1600 mmH2O Então:
Pressão de Saída do FT = PFT
SFT = 10,68 psi Outro método de trabalho baseia-se no cálculo em porcentagem adotando-se k = 10. 3
Então: 8 m /h equivalem a 80% da vazão Portanto: ====> ∆P = 64 % ====> PFT = 10,68 psi Relação da vazão x ∆p com o extrator de raiz quadrada: "Q"
"SFY"
"EFY"
∆p
100------
15-------
15--------
100
50---------
9----------
6----------
25
0----------
3----------
3----------
0
92
O sinal de saída de um transmissor de vazão por pressão diferencial variável altera-se linearmente em função do ∆P e quadraticamente em função da vazão; portanto, quando é acoplado um indicador para fazer a leitura de vazão vinda do transmissor, sua escala deve ser quadrática para termos leitura direta. Para linearizar o sinal de saída do transmissor em função de vazão, faz-se necessário usar um extrator de raiz quadrada. A pressão de entrada no extrator (EFY) é linearmente proporcional ao ∆P e a pressão de saída do extrator (SFY), é linearmente proporcional à vazão Q. Portanto: (VMs - Zs) / SPANs = (VMe - Ze) / SPANe
(psi)
(psi)
Supondo-se que na entrada do extrator a pressão seja 10,68 psi, qual a pressão em sua saída? EFY = 10,68 psi
SFY = 12,6 psi
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.11 - Fluxograma de uma malha de vazão com
Figura 6.12 - Placa de orifício montada entre flanges
extrato de raiz
6.3.1.2 Placa de orifício – Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e comum é a placa de orifício. Consiste em uma placa perfurada
93
com grande exatidão que é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas porque, se ficarem irregulares ou corroídas pelo fluido, a exatidão da medição será comprometida. Costumeiramente, ela é fabricada em aço inox, monel, latão etc., dependendo do fluido. Vantagens
Desvantagens
instalação fácil
alta perda de carga
econômica
baixa rangeabilidade
construção simples manutenção e troca simples 6.3.1.3 Tipos de Orificios a) Orifício concêntrico: este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão. b) Orifício excêntrico: utilizado quando se tem um fluido com sólidos em suspensão, os quais podem ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo. c) Orifício segmental: esta placa tem a abertura para passagem de fluido disposta em forma de segmento de círculo. É destinada ao uso em fluidos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.13 - Tipos de orifícios
6.3.1.4 Tipos de bordo a) Bordo quadrado (aresta viva): usado em tubulações normalmente maiores que 6" e não usado em fluxo com baixos números de Reynolds (Re). b) Bordo arredondado (quadrante edge ou quarto de círculo): usado em fluidos altamente viscosos, onde o “Re” inferior está em torno de 250. c) Bordo com entrada cônica: usado em aplicações onde o “Re” inferior é 25 e em condições severas de viscosidade.
94
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.14 - Bordo
Figura 6.15 - Bordo arredondado
Figura 6.16 - Bordo com entrada cônica
quadrado
6.3.1.5 Tipos de tomada de impulso Relação entre tomadas de impulso para medição de vazão Nome em inglês
flange taps
Sugestão em
Distância da tomada à
Distância da tomada à
português
face montante K1
face jusante K2
1”
1”
tomadas em flanges
tomadas a radius taps
vena contracta taps
corner taps
De
1D
tomadas de vena contracta
tomadas de canto
depende de β
a 2D
junto
junto
tomadas a pipe taps
e 8D
8D
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.17 - Relação entre tomadas de impulso para medição de vazão
95
a) Tomadas em flange: são as mais populares; os furos das tomadas já são feitos no próprio flange. b) Tomadas na vena contracta: utilizam flanges comuns, sendo o centro da tomada de alta pressão entre D/2 e 2D (em geral 1D) e o centro da tomada de baixa estará no ponto de pressão mínima, dependendo do β. c) Tomadas na vena contracta (D e D/2): usadas em tubulações de 2" a 30", com números de Reynolds entre 8000 e 400000 para β entre 0,15 e 0,75 d) Tomadas de canto: são construídas no próprio flange; seu uso principal é em tubulações menores que 2", e têm como desvantagem a grande possibilidade de entupimento. e) Tomadas de tubulação: possuem o menor diferencial de pressão entre todas tomadas e perdem muita exatidão devido à rugosidade do tubo. 6.3.1.6 Bocal – O bocal de vazão (flow nozzle) é, em muitos aspectos, um meio-termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicação em serviços onde o fluido é abrasivo e corrosivo. O perfil de entrada é projetado de forma a guiar a veia fluida até atingir a seção mais estrangulada do elemento de medição, seguindo uma curva elíptica (projeto ASME) ou pseudoelíptica (projeto ISA). Seu principal uso é em medição de vapor com alta velocidade, recomendado para tubulações com diâmetro maior que 50 mm. Tipos: a) bocal ISA 1932: neste tipo as tomadas de pressão são do tipo em canto (corner taps); possui as limitações de:
0,32 < β < 0,8 50mm < D < 500mm
4
7
2.10 < Re < 10
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.18 - Bocal de vazão
Figura 6.19 - Bocal ISA 1932
b) bocal ASME: nele as tomadas são do tipo D e D/2 com as seguintes limitações: 0,2 < β< 0,8
50mm < D < 400mm
4
7
10 < Re < 10
96
Fonte: DELMÉE, Gerad J. Figura 6.20 - Bocal ASME
c) Tubo venturi: o tubo venturi combina, dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas, e está usualmente instalado entre dois flanges numa tubulação. Seu propósito é acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressão estática. A recuperação de pressão em um tubo venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta. Em geral, utilizam-se quatro furos espaçados de 90º em torno do tubo para fazer a tomada de pressão. Eles são interligados por meio de um anel, que é destinado a obter a média das pressões em torno do ponto de medição.
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.21- Tubo venturi
d) Tubo de Pitot: é um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto da tubulação. O tubo de Pitot é um tubo com duas aberturas em sua extremidade, isoladas entre si, sendo que uma está colocada na direção da corrente fluida de um duto e a outra normalmente em oposição (90° ou 180°). A diferença da pressão total e a pressão estática da linha dá a pressão dinâmica, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.
97
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.22 - Tubo de Pitot
Figura 6.23 - Medidor tipo Annubar
e) Medidor tipo Annubar: é um dispositivo de detecção de pressão diferencial que ocupa todo o diâmetro do tubo e é projetado para medir a vazão total, de forma diferente dos dispositivos tradicionais de pressão diferencial. A parte de alta pressão do sinal de ∆P é produzida pelo impacto do fluido nos furos do sensor. O fluido, então, separa-se em torno do sensor Annubar, e uma zona de baixa pressão (abaixo da pressão estática no tubo) é criada devido a seu formato. O lado de baixa pressão do sinal de ∆P é sentido pelos furos à jusante do Annubar e é medido na câmara da jusante. A diferença de pressão é proporcional à raiz quadrada da vazão, assim como os medidores anteriores.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.24 - Câmara do sensor de pressão tipo Annubar
Figura 6.25 - Malha de vazão com compensação de temperatura e pressão
6.3.1.7 Compensação da pressão e temperatura – Quando se medem gases e vapores, a densidade do fluido variará dependendo da pressão e da temperatura; por isso, é preciso efetuar a correção com compensação para essa variação. A equação para efetuar a correção se escreve na seguinte forma:
98
onde:
Q = vazão k = constante PA = pressão absoluta, bar TA = temperatura absoluta, Kelvin ∆P = pressão diferencial, bar
6.3.2 Medidores de vazão por ∆P constante (área variável) Os dispositivos de pressão diferencial até agora considerados têm por base restrições de dimensão fixa, e a pressão diferencial criada através deles se modifica com a vazão. Existem, contudo, dispositivos em que a área da restrição pode ser modificada para manter constante o diferencial de pressão enquanto muda a vazão. Um exemplo deste tipo de medidor é o rotâmetro, que é um medidor de vazão por área variável no qual um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes: a) um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passará o fluido cuja vazão se quer medir; a extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima; b) no interior do tubo cônico ter-se-á um flutuador que se move verticalmente em função da vazão medida. 6.3.2.1 Princípio de funcionamento – O fluido passa através do tubo, da base para o topo. Quando não há vazão, o flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente selecionado de maneira a bloquear a pequena extremidade do tubo, quase completamente. Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo torna o flutuador mais leve; porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo não é suficiente para levantar o flutuador. A área de passagem oferece resistência à vazão e a queda de pressão do fluido começa a aumentar. Quando a pressão diferencial somada ao efeito de empuxo do fluído excede a pressão devido ao peso do flutuador, o flutuador sobe e flutua na corrente fluida. Com o movimento ascendente do flutuador em direção à parte mais larga do tubo aumenta a área anular, entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador. Como a área aumenta, o diferencial de pressão decresce, devido ao flutuador. O flutuador ficará em equilíbrio dinâmico quando a pressão diferencial, através do flutuador somado ao efeito do empuxo, contrabalançar o peso do flutuador. Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a parte superior do tubo de vidro, e a
99
diminuição causa uma queda a um nível mais baixo. Cada posição do flutuador corresponde a um valor determinado de vazão e somente um. É necessário colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo, e a vazão poderá ser determinada pela observação direta da posição do flutuador. Mantendo constantes a temperatura e viscosidade, conclui-se que a vazão varia linearmente com a área de passagem. Assim, tem-se uma escala de leitura também linear. 6.3.2.2 Tipos de flutuadores – Os flutuadores podem ter vários perfis de construção. a) Esférico: para baixas vazões e muita incerteza; sofre influência considerável da viscosidade do fluido. b) Cilindro com bordo plano: para vazões médias e elevadas; sofre uma influência média da viscosidade do fluido. c) Cilindro com bordo saliente de face inclinada para o fluxo: sofre menor influência da viscosidade do fluido. d) Cilindro com bordo saliente contra o fluxo: sofre a mínima influência da viscosidade do fluido.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.26 - Rotâmetro
Figura 6.27 - Tipos de flutuadores
6.3.3 Medidores especiais de vazão Os principais medidores especiais de vazão são: medidores magnéticos de vazão com eletrodos, tipo turbina, tipo Coriolis, Vortex e ultra-sônico. Para o uso destas tecnologias, são relacionados a grandeza detectada com o sistema e detecção e o tipo de sensor, porém nenhum se mostra totalmente adequado para resistir às severas condições de trabalho às quais o medidor será submetido no processo.
100
Sensores disponíveis no mercado Grandeza detectada
Sistema de detecção
Tipo de sensor
Mudanças na velocidade
Troca Térmica
termistor
do fluxo
Variações de freqüência ultra-sônica
feixe de ultra-som diafragma + elementos
Detecção de pressão diferencial
piezelétricos diafragma capacitivo diafragma indutivo
Mudanças de pressão Equilíbrio de movimento
strain gauge esfera + indutância
Deformações sobre o Vortex shedder
strain gauge
Tensão (stress) sobre o Vortex shedder
elementos piezelétricos
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.28 - Sensores disponíveis no mercado
6.3.3.1 Medidor eletromagnético de vazão – Este é seguramente um dos medidores mais flexíveis e universais dentre os métodos de medição de vazão. Sua perda de carga é equivalente à de um trecho reto de tubulação, já que não possui qualquer obstrução. É virtualmente insensível à densidade e à viscosidade do fluido de medição. Os medidores magnéticos são, portanto, ideais para medições de produtos químicos altamente corrosivos e fluidos com sólidos em suspensão; lama, água, polpa de papel. Sua aplicação estende-se desde saneamento até indústrias químicas, papel e celulose, mineração e indústrias alimentícias. A única restrição, em princípio, é que o fluido tem que ser eletricamente condutivo. Têm, ainda, como limitação, o fato de fluidos com propriedades magnéticas adicionarem um certo erro de medição.
Fonte: DELMÉE, Gerard J. Figura 6.29 - Medidor eletromagnético de vazão
101
Já que este medidor de vazão possui como partes úmidas apenas os eletrodos e o revestimento, é possível, através de uma seleção cuidadosa destes elementos, medir fluidos altamente corrosivos como ácidos e bases. Pode-se, por exemplo, fazer a medição de ácido fluorídrico selecionando eletrodos de platina e revestimento de teflon. Outro fluido particularmente adequado para medição por essa técnica é o da indústria alimentícia. Como o sistema de vedação dos eletrodos não possui reentrâncias, as aprovações para uso sanitário são facilmente obtidas. Princípio de funcionamento: o medidor eletromagnético de vazão é uma relação entre direção do campo magnético, movimento do fluido e f.e.m. induzida. No caso do medidor eletromagnético, o corpo móvel é o fluido que flui através do tubo detector. Desta forma, a direção do campo magnético, o
a vazão e a f.e.m. estão posicionadas uma em relação à outra em um ângulo de 90 . 6.3.3.2 Medidor tipo turbina – É constituído basicamente por um rotor montado axialmente na tubulação. O rotor é provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido na tubulação do processo. Um dos sistemas de captação é através da utilização de uma bobina captadora com um imã permanente, que é montada externamente fora da trajetória do fluido. Quando este se movimenta através do tubo, o rotor gira a uma velocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. À medida que cada lâmina passa diante da bobina e do imã, ocorre uma variação da relutância do circuito magnético e no fluxo magnético total a que a bobina está submetida. Verifica-se, então, a indução de um ciclo de tensão alternada. A freqüência dos pulsos gerados desta maneira é proporcional à velocidade do fluido, e a vazão pode ser determinada pela medição/totalização de pulsos. Observação: Relutância é a dificuldade que um material magnético oferece às linhas magnéticas; o contrário é permeância. Influência da viscosidade: como visto acima, a freqüência de saída do sensor é proporcional à vazão, de forma que é possível, para cada turbina, fazer o levantamento do coeficiente de vazão k, que é o parâmetro de calibração da turbina, expresso em ciclos (pulsos) por unidade de volume. Numa turbina ideal, este valor k seria uma constante independente da viscosidade do fluido medido. Observa-se, entretanto, que, à medida que a viscosidade aumenta, o fator k deixa de ser uma constante e passa a ser uma função da viscosidade e da freqüência de saída da turbina. Abaixo de 2 cSt (centi Stokes) de viscosidade o coeficiente k é aproximadamente constante para freqüências de saída acima de 50 Hz. Performance: cada turbina sofre uma calibração na fábrica, usando água como fluido. Os dados obtidos são documentados e fornecidos junto com a turbina. Usando estes dados, obtém-se o fator médio de calibração relativa à faixa de vazão específica. O fator é representado pela seguinte expressão: (k = 60f / Q)
102
1-Corpo do M edidor 2- Suporte Traseiro 3- A nel de R etenção do M anual 4- M ancal 5- E spaçador central 6- E spaçador externo 7- R otor 8- Suporte F rontal 9- A nel de R etenção 10 P orca de Travam ento do sensor 11- Sensor Eletrônico de proxim idade
7
9
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: Catálogo Fisher
Figura 6.30 - Medidor tipo turbina
Figura 6.31 - Medidor por efeito Coriolis
6.3.3.3 Medidor por efeito Coriolis – É um instrumento de sucesso no momento, pois tem grande aplicabilidade nas indústrias alimentícia, farmacêutica, química, papel, petróleo etc., e sua medição independe das variáveis de processo – viscosidade, condutibilidade, pressão, temperatura, perfil do fluido. As forças geradas pelos tubos criam certa oposição à passagem do fluido em sua região de entrada (região da bobina 1) e, em oposição, auxiliam o fluido na região de saída dos tubos. O atraso entre os dois lados é diretamente proporcional à vazão mássica. Um RTD (Termômetro de Resistência) é montado no tubo, monitorando a temperatura deste, a fim de compensar as vibrações das deformações elásticas sofridas com a oscilação da temperatura. O transmissor é composto de um circuito eletrônico que gera um sinal para os tubos de vazão, alimenta e recebe o sinal de medida, propiciando saídas analógicas de 4 a 20 mA, de freqüência (0 a 10 mil Hz) e até digital RS 232 e/ou RS 485. Estas saídas são enviadas para instrumentos receptores que controlam bateladas, indicam vazão instantânea e totalizada ou para CLPs, SDCDs etc. Pode-se encontrar o modelo com tubo reto, no qual um tubo de medição oscila sobre o eixo neutro AB, sendo percorrido por um fluido com velocidade “v”. Entre os pontos A-C as partículas do fluido são aceleradas de baixa para alta velocidade rotacional. As massas destas partículas aceleradas geram as forças de Coriolis (Fc) opostas à direção de rotação. Entre as extremidades, as partículas do fluido são desaceleradas, o que leva à força de Coriolis no mesmo sentido da rotação. A força de Coriolis (Fc), a qual atua sobre as duas metades do tubo com direções opostas, é diretamente proporcional à vazão mássica. O método de detecção é o mesmo do sistema anterior.
103
6.3.3.4 Medidor de vazão tipo vortex - Princípio de funcionamento: quando um anteparo de geometria definida é colocado de forma a obstruir parcialmente uma tubulação em que escoa um fluido, ocorre a formação de vórtices, os quais se desprendem alternadamente de cada lado do anteparo. Este é um fenômeno muito conhecido e demonstrado em todos os livros de mecânica dos fluidos. Os vórtices também podem ser observados em situações freqüentes do dia-a-dia, como, por exemplo: a) movimento oscilatório da plantas aquáticas em razão da correnteza; b) bandeiras flutuando ao vento; c) oscilações das copas das árvores ou dos fios elétricos quando expostos ao vento. Caracterização: assumindo que a freqüência de geração dos vórtices provocados por um obstáculo colocado verticalmente no sentido de movimento de um fluido é diretamente proporcional à velocidade do fluido e ao número de St (Strouhal), além de ser inversamente proporcional à dimensão do obstáculo perpendicular ao sentido do fluxo, conclui-se que, mantendo o St constante, bastaria contar o número de vórtices para calcular a vazão. Pode-se afirmar que, no escoamento de um fluído onde o 4
6
número de Reynolds fica em uma faixa de 2 x 10 e 7 x 10 , St é constante. Logo, para a imensa maioria das aplicações industriais, a vazão volumétrica do fluido pode ser medida pela contagem do número de vórtices.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Fonte: DELMÉE, Gerard J.
Figura 6.32 - Medidor de vazão tipo vortex
Figura 6.33 - Vortex
Adicionalmente, nesta faixa, a freqüência de geração de vórtices não é afetada por variações na viscosidade, densidade, temperatura ou pressão do fluido. As duas maiores questões referentes ao desenvolvimento prático de um medidor de vazão baseado no princípio vortex são: a) A criação de um obstáculo gerador de vórtices (vortex shedder) que possa gerar vórtices regulares e de parâmetros totalmente estabilizados. Isto determinará a exatidão do medidor. b) O projeto de um sensor e respectivo sistema eletrônico para detectar e medir a freqüência dos vórtices. Isto determinará os limites para as condições de operação do medidor. Vortex shedder: numerosos tipos de vortex shedder, com diferentes formas, foram sistematicamente
104
testados e comparados em diversos fabricantes e centros de pesquisa, e um shedder com formato trapezoidal foi o que obteve um desempenho considerado ótimo. O corte trapezoidal proporciona excelente linearidade na freqüência de geração dos vórtices, além de extrema estabilidade dos parâmetros envolvidos. 6.3.3.5 Medidores ultra-sônicos – Medidores de vazão que usam a velocidade do som como meio auxiliar de medição podem ser divididos em dois tipos principais: medidores a efeito Doppler e medidores de tempo de trânsito. Existem medidores ultra-sônicos em que os transdutores são presos à superfície externa da tubulação, e em outros eles estão em contato direto com o fluido. Os transdutores-emissores de ultra-sons consistem em cristais piezelétricos que são usados como fonte de ultra-som para enviar sinais acústicos que passam no fluido antes de atingir os sensores correspondentes. a) Medidores de efeito Doppler: este efeito é a aparente variação de freqüência produzida pelo movimento relativo de um emissor e de um receptor de freqüência. No caso, esta variação de freqüência ocorre quando as ondas são refletidas pelas partículas móveis do fluido. Nos medidores baseados neste princípio, os transdutores-emissores projetam um feixe contínuo de ultra-som na faixa das centenas de kHz. Os ultra-sons refletidos por partículas veiculadas pelo fluido têm sua freqüência alterada proporcionalmente à componente da velocidade das partículas na direção do feixe. Estes instrumentos são, conseqüentemente, adequados para medir vazão de fluidos que contêm partículas capazes de refletir ondas acústicas. b) Medidores de tempo de trânsito: ao contrário dos anteriores, estes instrumentos não são adequados para medir a vazão de fluidos que contêm partículas. Para que a medição seja possível, os medidores de tempo trânsito devem medir vazão de fluidos relativamente limpos. Nestes medidores, um transdutor-emissor-receptor de ultra-sons é fixado à parede externa do tubo, ao longo de duas geratrizes diametralmente opostas. O eixo que reúne os emissores-receptores forma com o eixo da tubulação um ângulo α. Os transdutores transmitem e recebem alternadamente um trem de ondas ultra-sônicas de duração pequena, ou seja, os pulsos saem de ambos os transdutores ao mesmo tempo, mas podem chegar com um tempo diferente caso haja vazão. O tempo de transmissão é levemente inferior (t1) quando orientada para a jusante e levemente superior (t2) quando orientada para a montante. Sendo L a distância entre os sensores, V1 a velocidade média do fluido e V2 a velocidade do som no líquido considerado, tem-se:
105
A diferença dos tempos de trânsito t1 e t2 serve como base de medição da velocidade V1. Uma vez -9
que a diferença de tempo é muito pequena (aproximadamente 2 .10 seg), o sistema eletrônico deve empregar circuitos digitais microprocessados de alta velocidade para poder discriminar com exatidão tais valores. Os dois tipos de medidores são complementares, já que o primeiro opera com líquidos que contêm partículas sólidas ou gasosas e o segundo requer fluido limpo. Em ambos os tipos de medidores, o perfil de velocidades da veia fluida deve ser compensado. Nos medidores de efeito Doppler, dependendo das realizações práticas, a influência da densidade de partículas reflexivas poderá introduzir erros suplementares. Quando a quantidade de partículas for muito grande, as partículas próximas dos sensores, que são as mais lentas, serão as que mais contribuem na reflexão das ondas, introduzindo um erro para menos. Nos medidores de tempo de trânsito, a configuração geométrica do percurso do feixe acústico é perfeitamente definida. Será então possível corrigir a leitura adequadamente, levando em consideração o perfil padrão em função do número de Reynolds do escoamento.
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Figura 6.34 - Tipos de transdutores
Figura 6.35 - Medidores de tempo de trânsito
Os circuitos eletrônicos dos instrumentos são previstos para eliminar os efeitos das turbulências, efetuando continuamente a média das velocidades numa base de tempo relativamente longa. É desaconselhada a aplicação desses instrumentos a produtos que depositam na superfície interna do tubo, formando uma camada absorvente de energia acústica.
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7 ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
É um mecanismo que varia a quantidade de energia ou material (agente de controle), em resposta ao sinal enviado pelo controlador, a fim de manter a variável controlada em um valor (ou faixa de valores) pré-determinado. A válvula de controle é o elemento final mais usado nos sistemas de controle industrial. Em sistemas de controle de gases e ar é também usado o damper, porém citam-se outros elementos, tais como bombas, resistências elétricas e motores. Como o controlador, o elemento final de controle pode ser operado por meios elétricos, pneumáticos e mecânicos. A posição do elemento final de controle (EFC) na cadeia automática de controle é mostrada na Figura 7.1.
Atuador
Corpo
Fonte: CONSIDINE, Douglas M.
Fonte: Catálogo Masoneilan
Figura 7.1 - Elemento final de controle em um processo
Figura 7.2 - Partes de uma válvula de controle
7.1 VÁLVULAS DE CONTROLE Esta válvula desempenha um papel muito importante no controle automático de modernas indústrias, que dependem da correta distribuição e controle de fluidos líquidos e gasosos. Tais controles, seja para trocas de energia, redução de pressão ou simplesmente para encher um reservatório, dependem de algum tipo de elemento final de controle para fazer esse serviço.
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Os elementos finais de controle podem ser considerados como o “músculo” do controle automático. Eles fornecem a necessária amplificação de forças entre os baixos níveis de energia, fornecidos pelos controladores, e os maiores níveis de energia necessários para desempenho de suas funções. Apesar de largamente utilizada, provavelmente não exista outro elemento qualquer no sistema de controle que receba menor parcela de atenção. Em muitos sistemas, a válvula de controle é mais sujeita a severas condições de pressão, temperatura, corrosão e contaminação do que qualquer outro componente, e ainda assim, deve trabalhar satisfatoriamente com um mínimo de atenção. Uma válvula de controle funciona como uma resistência variável na tubulação, e é definida por alguns autores, como sendo um orifício de dimensões variáveis.
7.1.1 Partes principais Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: 7.1.1.1 Corpo – é a parte da válvula que executa a ação de controle, permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto do corpo dividese basicamente nos seguintes subconjuntos: a) corpo propriamente dito; b) internos; c) castelo; e d) flange inferior. Nem todos os tipos de válvulas possuem obrigatoriamente seu conjunto do corpo formado por todos os subcomponentes mencionados. Em alguns tipos de válvulas, corpo e castelo formam uma só peça, denominada apenas corpo, e em outros nem existe o flange inferior. Porém, por ora serão desconsideradas tais particularidades, optando-se por um conceito mais global, para posteriormente restringi-lo à medida que se analisa cada tipo de válvula de controle. Sendo o conjunto do corpo a parte de válvula que entra em contato direto com o fluido, ele deve satisfazer os requisitos de pressão, temperatura e corrosão do fluido. Classificam-se os tipos de válvulas em função dos respectivos tipos de corpos. Portanto, ao falar de tipos de válvulas, subentendem-se tipos de corpos. Os principais tipos de válvulas podem ser assim agrupados: de deslocamento linear globo convencional globo três vias globo gaiola globo angular diafragma bipartido
108
guilhotina de deslocamento rotativo borboleta esfera obturador excêntrico. Internos da válvula: normalmente costuma-se definir ou representar os internos da válvula de controle como o seu coração. Considerando-se a função à qual se destina a válvula, realmente as partes denominadas de internos representam seu papel principal, ou seja, produzir uma restrição variável à passagem do fluido conforme a necessidade imposta pela ação corretiva do controlador, produzindo, assim, uma relação entre a vazão que passa e a abertura da válvula. 7.1.1.2 Obturador – Elemento vedante com formato de disco, cilíndrico ou com contorno caracterizado, que se move linearmente no interior do corpo obturando o orifício de passagem de modo a formar restrição variável ao fluxo.
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Figura 7.3 - Obturadores torneados
Figura 7.4 - Obturadores com entalhes em “V”
a) Tipos de obturadores: na válvula globo convencional, quer seja sede simples ou dupla, o obturador é o elemento móvel que é posicionado pelo atuador da válvula para controlar a vazão. Em geral, a ação do obturador pode ser proporcional ou de duas posições (on-off). Em controle proporcional, o obturador é posicionado em qualquer ponto intermediário entre aberto e fechado, sendo continuamente movido para regular a vazão de acordo com as necessidades do processo. Obturadores torneados: obturadores duplos torneados devem ser guiados na base e no topo, enquanto válvulas de sede simples podem ser guiadas no topo e na base ou somente no topo. Recomenda-se o uso de obturadores torneados nos seguintes casos: a) líquidos sujos ou abrasivos e b) quando o fluido controlado forma incrustações no plug. Obturadores com entalhes em “V”: desde que os obturadores com entalhe em V sólido são projetados para sair inteiramente da sede, eles são feitos com guias na base e no topo. Podem ser simples ou
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duplos. Devido a sua conformação lateral, existe uma grande área do obturador sempre em contato com a superfície interna da sede, o que possibilita uma menor vazão inicial do que o obturador torneado, que possui uma vazão inicial maior quando comparado ao obturador em entalhe em V sólido. Este último apresenta, conseqüentemente, maior rangeabilidade. Em tamanhos maiores (4” e maior) os tipos com saia tendem a vibrar em altas freqüências quando sujeitos a altas velocidades de gás ou vapor. Esta vibração pode situar-se na faixa audível, produzindo assobio estridente e desagradável, ou pode ser supersônica. Em qualquer caso, a conseqüência final poderá ser a quebra das peças da válvula. Para reduzir a tendência de vibração, costuma-se usar o obturador tipo sólido entalhe em “V”, que possui maior massa e mais rigidez. São as seguintes às razões para uso do obturador em entalhe em “V”: a) é o que melhor satisfaz as condições de escoamento percentual, a característica mais usada; b) quando se deseja alta rangeabilidade, pois este tipo de obturador proporciona vazão inicial menor. Não deve ser usado: a) quando o fluido controlado é erosivo ou muito sujo, pois os cantos vivos do corte em V são atacados ou obstruídos, modificando a característica de controle; b) quando o fluido controlado forma incrustações no obturador. Os obturadores simples estriados ou perfilados com guia somente no topo são muito usados em orifícios com diâmetro de 1” ou menos. Obturadores de abertura rápida: são usados em controle “Tudo ou Nada”, para fechamento de emergência, descargas etc. Podem eventualmente ser empregados em processos simples de alta sensibilidade (faixa proporcional até 5%), sem atraso de resposta, sob condições de carga e pressão estáveis e que exijam controle apenas entre 10 e 70% de abertura da válvula. Um processo com tal característica não é facilmente encontrado. Obturadores com disco ou o-ring: são usados em distribuição de gás dentro de uma indústria. Os discos são feitos com borracha, Neoprene, Buna N, Silastic, Teflon, Kel F, Viton ou outro componente elástico e fornecidos com corpo de sede simples ou dupla, para controle proporcional ou “Tudo ou Nada”. Estes obturadores não são adequados para quedas de pressões superiores a 150 psi e a borracha, Neoprene e Buna N, não são recomendados para temperatura acima de 65ºC. Silastic, Teflon ou Kel-F podem ser usados satisfatoriamente para temperatura de até 200ºC. O Teflon e o KelF são resistentes a todas as corrosões químicas. Estes obturadores possibilitam absoluta estanqueidade do miolo da válvula. Obturadores tipo gaiola: o início de sua utilização ocorreu por volta de 1940 em aplicações de alta pressão, como no caso de produção de óleo e gás, alimentação de água de caldeira etc. Está nos
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internos a única diferença entre as válvulas globo convencional e gaiola. Assim, o perfeito tipo de guia do obturador, em conjunto com a possibilidade de balanceamento das forças do fluido agindo sobre o obturador e uma distribuição uniforme do fluxo ao redor do obturador por meio do sistema de janelas, resulta nas quatro principais vantagens deste tipo de obturador: a) estabilidade de controle em qualquer pressão; b) redução do esforço lateral e atrito; c) possibilidade de estanqueidade de grandes vazões a altas pressões com atuadores normais; d) maior vida útil do chanfro da sede. O desenho de gaiola caracterizada reduz a erosão separando as áreas de assentamento e de restrição ou controle; faz, assim, com que a sede não esteja numa zona de alta velocidade do fluido. Princípio de funcionamento da ação de controle (modulação e vedação) do interno tipo gaiola: sede simples e balanceada. O funcionamento da restrição e modulação provida por este tipo de válvula é mediante o sistema de gaiola, em cujo interior se desloca o obturador, como se fosse um pistão de cilindro. A gaiola possui um determinado número de passagens ou janelas, as quais distribuem uniformemente o fluxo ao redor do obturador. Tais janelas apresentam formatos caracterizados; em conjunto com a posição relativa do obturador, elas proporcionam a característica de vazão, ao invés de ser o formato do obturador como na globo convencional. Sede ou anel de sede: anel circular montado no interior do corpo formando o orifício de passagem do fluxo. Castelo: geralmente é uma parte separada do corpo da válvula que pode ser removida para dar acesso às suas partes internas. É definido como sendo “um conjunto que inclui a parte através da qual uma haste do obturador da válvula se move, em um meio para produzir selagem contra vazamento através da haste”. Ele proporciona também um meio para montagem do atuador. Normalmente o castelo é preso ao corpo por meio de conexões flangeadas e, para casos de válvulas globo de pequeno porte, convenciona-se a utilização de castelo rosqueado devido ao fator econômico, em aplicações de utilidades gerais como ar, água etc., como é o caso das denominadas “válvulas de controle globo miniaturizadas”. Os tipos principais são: normal, aletado, alongado e com foles. a) Castelo normal: é o castelo padrão utilizado para aplicações comuns em que a temperatura está entre -18 a 232ºC. Esta limitação está imposta pelo material da gaxeta, já que sua localização está bem próxima do flange superior do corpo e, portanto, bem próxima do fluido. b) Castelo aletado: é usado quando a temperatura do fluido controlado é superior a 200ºC. Deve ser
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suficiente para dar o abaixamento de temperatura indicado ou no máximo de 250ºC de resfriamento. No caso de a válvula operar vapores condensáveis, o aletamento não reduzirá a temperatura abaixo do ponto de saturação do líquido, pois, uma vez atingida, haverá condensação de vapor e o líquido fluirá para a tubulação, sendo substituída por uma outra porção de vapor com temperatura mais elevada. c) Castelo alongado: é usado para prevenir o congelamento das gaxetas em aplicações de baixas temperaturas. Deve ser usado para temperaturas inferiores a 5ºC e ser suficientemente longo para que a temperatura das gaxetas não vá abaixo de 25ºC. d) Castelo com fole: é usado para fluidos radiativos ou tóxicos, servindo como um reforço das gaxetas. O fole é normalmente feito de uma liga resistente à corrosão e deve ser soldado à haste da válvula. Este sistema é limitado a pressões de aproximadamente 600 psi. Caixa de gaxetas: construção contida no castelo, que engloba os elementos de vedação da passagem do fluido para o exterior através do eixo. A finalidade principal desta parte é impedir que o fluido controlado passe para o exterior da válvula. Serve, ainda, como guia da haste. Em geral, o castelo é ligado por flanges ao corpo da válvula; pode, porém, ser rosqueado. O castelo flangeado é preferível do ponto de vista de manutenção e segurança. De qualquer forma, o castelo rosqueado só é aceitável em válvulas de 1/2”. Em válvulas com castelo flangeado, parafusos encastrados são aceitáveis até o padrão ASA 600 lbs. Para pressões maiores são recomendados parafusos passantes. A caixa de gaxeta deve comportar uma altura de gaxeta equivalente a seis vezes o diâmetro da haste. Estas gaxetas são apertadas por uma sobreposta, que poderá ser rosqueada ou flangeada. Por motivos de segurança, a sobreposta flangeada é a mais recomendada, por permitir melhor distribuição de tensões sobre a haste e pelo perigo potencial que a sobreposta rosqueada oferece quando estão engajados números insuficientes de fios. Principais características do material utilizado para a gaxeta: a) Devem ter elasticidade, para facilitar a deformação. b) Produzir o mínimo atrito. c) Devem ser de material adequado para resistir às condições de pressão, temperatura e corrosão do fluido de processo, sendo os principais materiais de gaxetas o Teflon e o amianto impregnado. Teflon (TFE): é o material mais amplamente utilizado devido as suas notáveis características de mínimo coeficiente de atrito e de ser praticamente inerte quimicamente a qualquer fluido. Devido as suas características, a gaxeta de Teflon não requer lubrificação externa, e sua principal limitação é a temperatura. A gaxeta de Teflon é formada de anéis em “V“ de Teflon sólido, e requer uma constante
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compressão para seu posicionamento firme e compacto, provido por meio de uma mola de compressão. Amianto impregnado: é ainda um material de gaxeta bastante popular devido às características adicionadas às de alguns aditivos e à facilidade de manutenção e operação. Não sendo autolubrificante, o amianto utiliza-se impregnado com aditivos, tais como Teflon, mica, Inconel, grafite etc. Os limites de uso são em função da temperatura e dos fluidos. Esta gaxeta é do tipo quadrado e comprimido por meio de prensa gaxeta. Requer lubrificação externa, com exceção ao amianto impregnado com Teflon. Outro material à base de grafite é o Grafoil, que é comercializado em fitas flexíveis de vários tamanhos. É um material praticamente inerte quimicamente e suporta temperaturas altíssimas (o ponto de volatilização é de 3650ºC). Seu único inconveniente reside no fato de produzir um certo travamento da haste, já que, por ser fita, ela deve ser enrolada ao redor da haste e socada para compactá-la formando diversos anéis. Atuador: constitui-se no elemento responsável por proporcionar a necessária força motriz ao funcionamento da válvula de controle. Sendo parte integrante do sistema de controle, quando corretamente selecionado ele deve proporcionar à válvula meios de operacionalidade estáveis e suaves contra a ação variável das forças dinâmicas e estáticas originadas na válvula através da ação do fluido de processo.
Fonte: Catálogo Masoneilan Figura 7.5 - Modelos de válvulas e seus atuadores
Dependendo basicamente do meio de produção da força motriz, o atuador utilizado em aplicações de controle modulado classifica-se em seis tipos principais: a) pneumático à mola e diafragma b) pneumático a pistão
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c) elétrico d) elétrico-hidráulico e) hidráulico f)
mecânico.
7.1.2 Válvulas de deslocamento linear da haste Define-se por válvula de deslocamento linear a válvula na qual a peça móvel vedante descreve um movimento retilíneo, acionada por uma haste deslizante. Para cada tipo de processo ou fluido sempre se tem pelo menos um tipo de válvula que satisfaz os requisitos técnicos de processo, independente da consideração econômica. Cada um desses tipos de válvulas possui suas vantagens, desvantagens e limitações para este ou aquele processo. 7.1.2.1 Válvulas globo – De deslocamento linear, corpo de duas vias, com formato globular, de passagem reta, internos de sede simples ou de sede dupla. É a que tem maior uso na indústria. O termo globo é oriundo de sua forma, aproximadamente esférica. É do tipo de deslocamento de haste, e sua conexão com a linha pode ser através de flanges rosca ou solda. Ela será de sede simples ou dupla, de acordo com o número de orifícios que possui para a passagem do fluido.
Fonte: Catálogo Masoneilan
Fonte: Catálogo Masoneilan
Figura 7.6 - Válvulas globo
Figura 7.7 - Válvula globo sede simples
a) Válvulas globo sede simples – Em uma válvula globo sede simples reversível, o obturador é guiado na base, no topo e/ou em sua saia, e sua montagem faz com que a válvula feche ao descer a haste. Este estilo de corpo é chamado reversível porque se pode montá-lo utilizando exatamente as mesmas peças. O tipo de ação mais desejável para uma aplicação específica é determinado por outros elementos da cadeia de controle e, sobretudo, pela possibilidade de perda de potência do atuador
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(falta de ar, por exemplo). Este tipo de corpo é fabricado em tamanhos de ½“ até 12” e em valores de pressão de 600 psi. Valores de pressão de 900 a 1.500 psi são fabricados em tamanhos menores. Elas possuem menor custo de fabricação, fácil manutenção, operação simples e fecham com pouco ou nenhum vazamento, por possuírem obturador estaticamente não-balanceado e classificado como classe IV; ou seja, ocasionam um vazamento quando a válvula totalmente fechada da ordem de 0,01% da sua capacidade de vazão máxima. Seu inconveniente é que mais força é necessária para o atuador posicionar o obturador, devido a ser uma válvula cujo obturador não é balanceado. A força que atua sobre o obturador quando a válvula está fechada é dada pelo produto da área total do orifício e pela pressão diferencial através da válvula. Sempre que possível, as válvulas de sede simples devem ser instaladas de tal forma que a vazão tenda a abrir. Isto resulta em operações suaves e silenciosas, com máxima capacidade. Quando uma válvula de sede simples é instalada de forma que a vazão tende a fechar a válvula, é possível o martelamento da sede pelo obturador, um fenômeno conhecido como “chattering”, se a força de desequilíbrio for relativamente alta em comparação com a força de posicionamento do obturador. É possível existir condições que obriguem a instalação de válvulas com sedes simples e cuja vazão tenda a fechar. As instalações de válvulas com orifícios maiores que 1” e com atuadores pneumáticos trabalhando com altas quedas de pressão devem ser feitas com cuidado. Válvulas com orifícios menores que 1” de diâmetro podem usualmente trabalhar com vazão em qualquer direção. Válvulas de sede simples, com guia do obturador somente no topo, são usadas para orifícios de 1” e menores. Ela fornece guias adequadas para pequenos diâmetros e permite que o fluido se escoe mais facilmente pelo orifício. A Figura 7.6 mostra a atuação das forças dinâmicas provenientes do fluido agindo contra o obturador de uma válvula globo sede simples. b) Válvula globo sede dupla – Esta válvula é provavelmente mais usada do que a de sede simples. Foi desenvolvida para atender a necessidade de uma válvula que poderia ser posicionada com força relativamente pequena do atuador. Uma válvula globo reversível de sede dupla é mostrada a seguir. Se as duas sedes forem do mesmo diâmetro, as pressões que atuam no obturador serão equilibradas na posição fechada e, teoricamente, pouca força será requerida para abrir e fechar a válvula. Na realidade, os orifícios são construídos com 1/16” a 1/8” um maior que o outro, no diâmetro. Esta construção é chamada “semibalanceada” e usada para possibilitar que o obturador menor passe através do orifício maior na montagem. É fabricada normalmente em diâmetros de 3/4” a 14”, e com conexões das extremidades rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas, nas classes 150, 300, 600, 900 e 1.500 lbs. A principal vantagem da
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válvula sede dupla é o fato de ser estaticamente quase estável, sem necessitar, portanto, de uma força de atuação tão grande quanto a válvula sede simples. Como desvantagem, apresenta um vazamento, quando totalmente fechada, de no máximo 0,5% da sua máxima capacidade de vazão. Conforme norma ANSI B16.104, a válvula tipo standard possui um índice de vazamento Classe II.
Fonte: Catálogo Masoneilan
Fonte: Catálogo Masoneilan
Figura 7.8 - Forças resultantes do escoamento do fluido na
Figura 7.9 - Válvula globo reversível de sede dupla
válvula
O fato de esse vazamento ser maior que na sede simples se deve a dois fatores: - por ser semibalanceada, um pequeno esforço é suficiente para deslocar a haste de qualquer posição (nesse caso, tal facilidade pode surgir como desvantagem); e - devido ao fato de ser impossível fechar os dois orifícios simultaneamente, em especial nos casos de fluidos suficientemente quentes para produzir uma dilatação volumétrica desigual no obturador. c) Válvula globo tipo gaiola – De concepção antiga, esta válvula possui seus internos substancialmente diferentes da válvula globo convencional. O amplo sucesso deste estilo de válvula está totalmente fundamentado nos seguintes aspectos: facilidade de remoção das partes internas pela ausência de roscas, o que facilita bastante a operação na própria instalação; alta estabilidade de operação proporcionada pelo exclusivo sistema de guia do obturador; capacidade de vazão na ordem de 20 a 30% maior que a globo convencional; menor peso das partes internas, resultando, assim, em menor vibração horizontal e, conseqüentemente, menor ruído de origem mecânica do que as válvulas globo duplamente guiadas; não possuindo flange inferior, a válvula é algo mais leve que a globo convencional. Por não possuir flange inferior, seu corpo não pode ser reversível, e assim a montagem de seus internos é do tipo entra por cima. A drenagem do fluido, quando necessária, pode ser realizada através da parte inferior do corpo, por meio de um tampão rosqueado.
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Alguns tipos de válvulas: - sede simples - balanceada - micro fluxo - angular sede simples - angular balanceada - duplo estágio - baixo ruído
Fonte: Catálogo Masoneilan
Fonte: Catálogo Masoneilan
Figura 7.10 - Válvula globo tipo gaiola
Figura 7.11 - Válvulas globo tipo gaiola não-balanceada
Válvula globo tipo gaiola sede simples – Neste tipo de válvula, o fluido entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas janelas da gaiola. Apresenta apenas guia na gaiola. Trata-se de um tipo não-balanceado como a globo convencional, pois a força do fluido tende a abrir a válvula. Não é balanceada, e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisar de uma grande força de atuação. Válvula gaiola sede simples não-balanceada: apresenta um vazamento de 0,01% de sua máxima capacidade de vazão, quando totalmente fechada, enquadrada na Classe IV. É fabricada em diâmetros de ½” até 6” nas classes de 150, 300 e 600 lbs. As conexões das extremidades podem ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas. Válvula globo tipo gaiola balanceada: neste tipo de válvula o obturador é balanceado dinamicamente, devido ao orifício interno no obturador, que faz com que a pressão do fluido se comunique com ambos os lados do obturador, formando-se, assim, um balanceamento de forças de atuação. O fluido neste tipo de válvula entra por cima e não apresenta boa vedação, permitindo um vazamento de até 0,5% da máxima capacidade de vazão. Ela está classificada na Classe II. É fabricada em diâmetros de 3/4” até 6” nas classes 150, 300 e 600 lbs, podendo suas conexões ser rosqueadas (até 2”), flangeadas ou soldadas.
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7.1.2.2 Válvula de controle tipo diafragma ou Saunders – Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de controle, tem sua utilização no controle de fluidos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em suspensão.
Fonte Catálogo Masoneilan
Fonte Catálogo Masoneilan
Figura 7.12 - Válvula tipo diafragma
Figura 7.13 - Válvula de controle tipo guilhotina
A válvula de controle tipo diafragma consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre o qual um diafragma móvel, preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o fechamento. Possui como vantagem um baixo custo, total estanqueidade quando fechada, já que o assento é composto, e facilidade de manutenção. Como desvantagem, não apresenta uma boa característica de vazão para controle, além de uma alta e não-uniforme força de atuação, que faz com que este tipo seja praticamente limitado em diâmetros de até 6” para efeito de aplicação em controle modelado. Outra desvantagem é que, devido ao material do seu obturador (diafragma de neoprene ou Teflon), sua utilização é limitada pela temperatura do fluido em função do material do diafragma. 7.1.2.3 Válvula de controle tipo guilhotina – Trata-se de uma válvula originalmente projetada para a indústria de papel e celulose, porém hoje sua aplicação tem atingindo algumas outras aplicações em indústrias químicas, petroquímicas, açucareiras, abastecimentos de água etc. Contudo, sua principal aplicação continua sendo em controle biestável com fluidos pastosos, tais como massa de papel. Fabricada em diâmetros de 2” até 24” com conexões sem flanges, para ser instalada entre um par de flanges da tubulação.
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7.1.3 Válvulas de deslocamento rotativo da haste Nos últimos anos tem-se notado um substancial aumento no uso das válvulas denominadas rotativas. Basicamente este tipo de válvula apresenta vantagens e desvantagens. Entre as vantagens pode-se considerar o baixo peso em relação aos outros tipos de válvula, desenho simples, capacidade relativa maior de fluxo, custo inicial mais baixo etc. Dentre as desvantagens, citam-se limitações em diâmetros inferiores a 1” ou 2” e quedas de pressão limitadas, principalmente em grandes diâmetros. 7.1.3.1 Válvula de controle tipo borboleta – Válvula de deslocamento rotativo, corpo de duas vias de passagem reta, com internos de sede simples e elemento vedante constituído por um disco ou lâmina de formato circular, acionado por eixo de rotação axial. É muito usada em tamanhos maiores que 3”, e fabricada em tamanhos tão pequenos quanto 1”. A válvula borboleta consiste de um corpo cilíndrico com um disco solidário a um eixo instalado perpendicularmente ao eixo do cilindro. O corpo cilíndrico pode ser flangeado em ambas as extremidades ou fabricado na forma de um anel sólido. Este último tipo é instalado em uma tubulação entre duas flanges. Quando as válvulas borboleta são atuadas por atuadores convencionais pneumáticos, o movimento alternativo da haste é usualmente transformado em movimento rotativo através de um simples jogo de alavancas. Válvulas borboleta têm grande capacidade, pois o diâmetro do furo do cilindro é usualmente o diâmetro interno da tubulação na qual estão instaladas, e a única obstrução é o disco. Em tamanhos grandes, são mais econômicas do que as válvulas globo. Sua aplicação, entretanto, é limitada pelo fato de requererem força considerável para sua operação em altas pressões diferenciais. Sua característica de vão não é adequada para algumas aplicações. As forças de torção no eixo de uma válvula borboleta aumentam com o abrir da válvula, atingindo um valor máximo em um ponto entre 70 a 75º a partir de uma perpendicular à linha, após a qual tende a diminuir. Para maior estabilidade na operação de estrangulamento, a válvula borboleta não é aberta a um ângulo superior àquele em que a curva muda sua inclinação. Isto limita a abertura máxima em cerca de 75º da vertical. Alguns fornecedores fabricam-na de tal maneira que há o fechamento total do disco com 15º da perpendicular. Isto resulta em uma rotação efetiva de 60º, que é o recomendado. O vazamento normal para uma válvula com disco e sede de metais e em torno de 0,5 a 1% da capacidade total. Sedes de elastômeros dão fechamento estanque; entretanto, devem ser aplicadas com cuidado em serviços de estrangulamento com atuadores pneumáticos de diafragmas, desde que tenham a tendência de emperrar na posição fechada. Os atuadores mais usados são os elétricos (servo-motores).
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Fonte: LIPTAK, Bela G. Figura 7.12 - Atuadores de válvulas borboleta
7.1.3.2 Válvula de controle esfera – Inicialmente a válvula de controle tipo esfera encontrou sua principal aplicação na indústria de papel e celulose, face às características fibrosas de determinados fluidos nesse tipo de processo industrial. Porém, sua utilização tem apresentado crescente introdução em outros tipos de processos, tanto assim que é recomendada para trabalhar com liquidas viscosos, corrosivos e abrasivos, além de gases e vapores.
Fonte: Catálogo Masoneilan
Fonte: LIPTAK, Bela G.
Figura 7.15 - Válvula esfera
Figura 7.16 - Válvula tipo obturador rotativoexcêntrico
Devido a seu sistema de assentamento, a válvula de controle esfera proporciona uma vedação estanque, constituindo-se numa das poucas válvulas de controle que possui ótimas condições de desempenho de sua principal função, isto é, prover uma adequada ação de controle modulado. O corpo da válvula é do tipo bipartido (para possibilitar a montagem dos internos), sendo que a esfera gira em torno de dois anéis de Teflon (construção padrão) alojados no corpo e que fazem a função de
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sede. Possibilita a passagem do fluido em qualquer direção sem problemas dinâmicos, e possui um curso total de 90º. Seu castelo é integral ao corpo, e até 6” é guiada superiormente e na sede; de 8” em diante a guia é superior e inferior e nas sedes. De todas, a válvula esfera é a de maior capacidade de fluxo, devido a sua passagem ser praticamente livre, sem restrições. Em relação ao tipo globo, chega a alcançar de 3 a 4 vezes maior vazão. Em função da característica geométrica dos seus internos, este tipo de válvula apresenta, assim como a válvula borboleta, uma alta tendência a cavitar e a atingir condições de fluxo crítico a relativas menores diferenças de pressão do que os outros tipos de válvula. Dinamicamente, as forças provenientes do fluido tendem sempre a fechar a válvula; portanto, é uma válvula não-balanceada, da mesma forma que acontece à válvula borboleta. 7.1.3.3 Válvula de controle tipo obturador rotativo-excêntrico – Idealizada originalmente para, basicamente, qualquer aplicação de processo, tem mostrado realmente vantagens em apenas alguns processos industriais, tais como papel e celulose, e de forma genérica trata-se de uma válvula recomendada para aplicações de utilidades, ou auxiliar. Possui corpo com extremidade sem flanges, classe 600 lbs, sendo fabricada em diâmetros de 1” até 12”. O curso do obturador é de 50º em movimento excêntrico da parte esférica do obturador. Tal particularidade de movimento excêntrico possibilita-lhe uma redução do torque de atuação, permitindo uma operação mais estável, com o fluido entrando na válvula em qualquer sentido. Apresenta, quando totalmente fechada, um índice de vazamento de 0,01% de sua máxima capacidade de fluxo, sendo uma válvula de nível de vazamento Classe IV conforme a ANSI B16.104. O obturador possui guia dupla; desta forma, possibilita uma resistência menor à passagem de fluxo do que a apresentada em outros tipos de válvulas de desenho semelhante.
7.1.4 Características de vazão A escolha da adequada característica de vazão de uma válvula de controle, em função de sua aplicação em um determinado processo, continua sendo um assunto muito controvertido, além de bastante complexo. Inúmeros trabalhos publicados por eminentes pesquisadores sobre o assunto não foram suficientes para se ter uma solução teórica digna de total crédito. Os problemas a serem resolvidos são realmente complexos, começando pelo próprio dilema de qual deve ser a fração da queda de pressão total do sistema que deve ser absorvida pela válvula de controle. E ainda, face às interferências instaladas no sistema, como a própria tubulação, desvio, reduções, equipamentos, malha de controle etc.
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O objetivo agora é o de definir diversos parâmetros principais, explicar suas diferenças e dar algumas regras práticas que possam auxiliar na escolha da correta característica de vazão de uma válvula de controle. Porém, salienta-se que a seleção da característica de vazão de uma válvula não é um problema apenas relativo à válvula, mas também ao sistema de controle e instalação. Como se teve oportunidade de observar no item referente aos internos da válvula, o obturador, conforme se desloca, produz uma área de passagem que possui uma determinada relação característica entre a fração do curso da válvula e a correspondente vazão que escoa através dela. A essa relação deu-se o nome de característica de vazão da válvula. Por outro lado, sabe-se também que a vazão que escoa através de uma válvula varia com a pressão diferencial através dela e, portanto, tal variação da pressão diferencial deve afetar a característica de vazão. Assim sendo, definem-se dois tipos de características de vazão: inerentes e instaladas. 7.1.4.1 Características de vazão inerentes – São definidas como sendo a relação existente entre a vazão que escoa através da válvula e a variação porcentual do curso quando se mantém constante a pressão diferencial através da válvula. Em outras palavras, pode-se dizer que se trata da relação entre a vazão através da válvula e o correspondente sinal do controlador, sob pressão diferencial constante, através da válvula. A característica de vazão é proporcionada pelo formato do obturador (caso das válvulas globo convencionais), ou pelo formato da janela da gaiola (caso das válvulas tipo gaiola) ou, ainda, pela posição do elemento vedante à sede (caso das válvulas borboletas e esfera). Existem basicamente quatro tipos de características de vazão inerentes: a) linear; b) igual porcentagem (50:1); c) parabólica modificada; e d) abertura rápida. 7.1.4.2 Característica de vazão instalada das válvulas de controle – É definida como sendo a real característica de vazão, sob condições reais de operação, onde a pressão diferencial não é mantida constante. De fato, a pressão diferencial num determinado sistema de controle de processo nunca se mantém constante. Quando da seleção da característica de vazão, é preciso pensar na característica de vazão instalada. As características de vazão fornecidas pelos fabricantes das válvulas de controle são inerentes, já que não possuem condições de simular toda e qualquer aplicação da válvula de controle. A característica de vazão inerente é teórica, enquanto a de vazão instalada é real ou prática. Instalada a válvula de controle de processo, sua característica de vazão inerente sofre profundas alterações. O grau de alteração depende do processo em função do tipo de instalação, tipo de fluido etc. Nessa situação, a característica de vazão inerente passa a denominar-se característica de vazão instalada. Dependendo da queda de pressão através da válvula e da queda de pressão total do sistema, a característica de vazão pode alterar-se consideravelmente e, o que é mais interessante, se a característica de vazão inerente for linear, ela tenderá à abertura rápida, enquanto as características
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inerentes em igual porcentagem tendem a linear. 7.1.4.3 Alcance de faixa da válvula – É a relação entre a máxima e mínima vazão controlável. É obtido dividindo-se o coeficiente de vazão (em porcentagem) mínimo efetivo ou utilizável pelo coeficiente de vazão (em porcentagem) máximo efetivo ou utilizável. Da mesma forma que a característica de vazão, o alcance de faixa se define como alcance de faixa inerente e alcance de faixa instalado. O alcance de faixa inerente é determinado em condições de queda de pressão constante através da válvula, enquanto que, o alcance de faixa instalado obtém-se em queda de pressão variável. O alcance de faixa inerente varia de válvula para válvula em função do estilo do corpo. Na válvula globo é da ordem de 50:1, na esfera de 50:1 até 100:1, na borboleta 20:1, etc. O alcance de faixa instalado pode também ser definido como sendo a relação entre o alcance de faixa inerente e a queda de pressão.
7.1.5 Coeficiente de vazão (CV) O termo CV, por definição, é a quantidade de água a 60ºF medida em galões, que passa por uma determinada restrição em 1 minuto, com uma perda de carga de 1 psi. Exemplo: uma válvula de controle com CV igual a 12 tem uma área efetiva de passagem quando totalmente aberta, que permite o escoamento de 12 GPM de água com uma pressão diferencial de 1 psi. Basicamente o CV é um índice de capacidade com o qual se estima rápida e precisamente o tamanho requerido de uma restrição em um sistema de escoamento de fluidos.
7.1.6 Posicionadores Posicionador é o dispositivo que trabalha em conjunto com o atuador da válvula de controle para posicionar corretamente o obturador em relação à sede da válvula. Ele compara o sinal emitido pelo controlador com a posição da haste da válvula e envia ao atuador da válvula a pressão de ar necessária para colocar o obturador na posição correta. 7.1.6.1 Principais aplicações do posicionador em válvulas: a) Diminuir o atrito na haste da válvula quando a gaxeta é comprimida com grande pressão, para evitar vazamento do fluido. b) Para válvulas de sede simples, recoloca a válvula na abertura correta quando a pressão exercida no obturador varia.
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c) Modificar o sinal de controlador. O posicionador, por exemplo, recebe um sinal de 3 a 15 psi do controlador e emite um sinal de 6 a 30 psi para o atuador. d) Aumentar a velocidade de resposta da válvula. Usando um posicionador, eliminam-se os atrasos de tempo provocados pelo comprimento e diâmetro dos tubos de ligação entre a válvula e o controlador e volume do atuador. e) Inverter a ação do controlador. 7.1.6.2 Limitações do uso do posicionador – As aplicações acima são muito usadas; entretanto, em processos rápidos onde o uso do posicionador pode ser prejudicial para a qualidade do controle, principalmente no controle de vazão, quando necessário, podem ser usados boosters para pressão ou volume ao invés do posicionador.
7.2 CONVERSORES DE FREQÜÊNCIA OU INVERSORES O conversor de freqüência, também conhecido como inversor de freqüência, de maneira geral é um dispositivo eletrônico que converte a tensão da rede alternada senoidal em tensão contínua de amplitude e freqüência constantes e, finalmente, converte esta última em uma tensão de amplitude e freqüência variáveis. A denominação inversor ou conversor é bastante controversa, sendo que alguns fabricantes a utilizam alternadamente. De modo inerente ao projeto básico de um conversor de freqüência, tem-se na entrada o bloco retificador, o circuito intermediário composto de um banco de capacitores eletrolíticos e circuitos de filtragem de alta freqüência e, finalmente, o bloco inversor; ou seja, o inversor, na verdade, é um bloco composto de transistores, dentro do conversor. Na indústria, entretanto, ambos os termos são imediatamente reconhecidos ao se fazer alusão ao equipamento eletrônico de potência que controla a velocidade ou torque de motores elétricos. Os conversores de freqüência são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir os rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e variadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínua pelo conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção mais simples e reposição profusa. Eles costumam também atuar como dispositivos de proteção para os mais variados problemas de rede elétrica que podem ocorrer, como descompensação entre fases, sobrecarga, queda de tensão etc. Normalmente, os conversores são montados em painéis elétricos, sendo dispositivos utilizados em
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larga escala na automação industrial. Podem trabalhar em interfaces com computadores, centrais de comando, e conduzir simultaneamente dezenas de motores, dependendo do porte e da tecnologia do dispositivo. Os conversores costumam ser dimensionados pela corrente do motor. O dimensionamento pela potência do motor pode também ser feito; entretanto, a corrente é a principal grandeza elétrica limitante no dimensionamento. É importante também notar outros aspectos da aplicação durante o dimensionamento, como, por exemplo, demanda de torque (constante ou quadrático), exatidão de controle, partidas e frenagens bruscas ou em intervalos curtos ou muito longos, regime de trabalho e outros aspectos particulares de cada aplicação. Dentre os diversos fabricantes deste produto, tem-se uma vasta coleção de catálogos e normas que devem sempre ser consultadas. Quando o acionamento elétrico não exigir variação da velocidade do motor, querendo-se apenas uma partida mais suave de forma que se limite à corrente de partida evitando, assim, quedas de tensão da rede de alimentação, costuma-se utilizar soft-starters. Os conversores de freqüência de última geração não somente controlam a velocidade do eixo de motores elétricos trifásicos de corrente alternada como também controlam outros parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um deles é o controle de torque. Através da funcionalidade que os microprocessadores trouxeram, hoje os conversores de freqüência são dotados de poderosas CPUs, ou placas de controle microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade de métodos de controle, expandindo e flexibilizando seu uso. Cada fabricante consegue implementar sua própria estratégia de controle, de modo a obter domínio total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico, permitindo, em muitos casos, que motores elétricos trifásicos de corrente alternada substituam servo-motores em muitas aplicações. Os benefícios são diversos, como redução no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas de acionamento, custo de manutenção. Muitos conversores, hoje, são dotados de opcionais que permitem implementar técnicas de controle de movimento, manipulação de vários eixos de acionamento, posicionamento e sincronismo de velocidade ou sincronismo de posição. Modernas técnicas de chaveamento da forma de onda de tensão e também da freqüência aplicada sobre o estator do motor elétrico permitem o controle com excelente exatidão sobre o eixo do motor. Uma das técnicas mais conhecidas é o PWM ou Pulse Width Modulation. Tais técnicas são sempre aliadas ao modelamento matemático preciso do motor elétrico. Os conversores de última geração fazem medições precisas e estimativas dos parâmetros elétricos do motor de modo a obter os dados necessários para o modelamento e conseqüente controle do motor. Os conversores de freqüência, por serem dispositivos dotados comumente de uma ponte retificadora trifásica a diodos, ou seja, tratase de cargas não-lineares, geram harmônicas. Os fabricantes de conversores de freqüência
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disponibilizam filtros de harmônicas, alguns já integrados ao produto, e outros opcionais. Existem várias técnicas para filtragem de harmônicas que vão desde as mais simples e menos custosas, como indutores na barra DC ou indutores nas entradas do conversor, antes da ponte retificadora, passando pelos retificadores de 12 ou 18 diodos ou pulsos, utilizando transformadores defasadores até chegar aos filtros ativos ou retificadores a IGBT, para diminuição ou até mesmo eliminação das harmônicas tanto de corrente quanto de tensão elétrica.
7.2.1 Funções analisadas em um conversor de freqüência – Características e funções: exemplos: conversor de freqüência microprocessado com controle de corrente PWM senoidal, hardware único para várias configurações, controle de posição e de velocidade em malha fechada e controle de torque, entre outras. – Características operacionais: exemplos: seleção do modo de operação do motor, freqüência mínima e máxima ajustável, relação tensão/freqüência constante ajustável, modo de comando selecionável local, remoto, serial, sobrecarga do motor ajustável, tempo de sobrecarga ajustável, aceleração com tempo ajustável e desaceleração com tempo ajustável, entre outras. – Características específicas de cada modelo ou fabricante: recursos de frenagem e sobre carga, entre outros, – Acessórios: recursos tecnológicos, função tecnológica, software. – Sincronismo: exemplos: mestre virtual ou real, embreagem eletrônica e redutor de velocidade eletrônico, entre outros. – Posicionamento: procedimento para autodirecionamento, posicionamento ponto-a-ponto, modo de posicionamento automático. – Proteção mínima incorporada: exemplo: proteção de subtensão e de sobretensão, sobretemperatura do dissipador dos semicondutores de potência, de sobrecarga no inversor, de sobrecorrente no inversor e de falha a terra na saída do inversor, entre outras. – Indicações selecionáveis no mostrador: exemplo: freqüência, velocidade no motor, freqüência na saída, diferença de velocidade, corrente na saída, potência na saída e torque no motor, entre outras. – Ambiente: temperatura ambiente, umidade relativa do ar, tolerância à tensão etc. – Comunicação: exemplo: protocolo Profibus e protocolo DeviceNet, entre outros. – Expansão de entradas e saídas (digitais e analógicas). – Os módulos opcionais existentes. Os itens relacionados acima mudam de importância para cada aplicação de um conversor de freqüência; portanto, é essencial que o técnico saiba avaliar estas características para o dimensionamento e avaliação adequados.
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8 CONTROLE DE PROCESSO
No início da era industrial, o controle de processos foi levado a cabo mediante métodos baseados na intuição e na experiência. Um caso típico era o controle de produtos em um forno. O operário era realmente o “instrumento de controle” que julgava o andamento do processo pela cor da chama, o tempo transcorrido, o tipo de fumaça e o aspecto do produto, e decidia o momento de retirar a peça. Nesta decisão, influíam muitas vezes a sorte e o estado de espírito do operário, de tal maneira que nem sempre o resultado era uma peça nas melhores condições de fabricação. À medida que o mercado exigiu melhor qualidade, a complexidade dos processos aumentou, desenvolveram-se teorias para explicar o funcionamento dos processos e chegou-se a estudos analíticos que permitiram o controle da maior parte das variáveis de interesse nos processos.
8.1 CONCEITOS BÁSICOS DE CONTROLE DE PROCESSOS Para ilustrar o assunto conceitos básicos de controle de processos, utilizar-se-á, como processo típico, o trocador de calor. No caso do trocador de calor, o termo “processo” significa a operação de adição de energia calorífica ao fluido frio (fluido a ser aquecido). No exemplo ilustrado, bem como nos outros casos de controle de processos, a função fundamental do sistema de controle é manipular a relação entrada/saída de energia ou material, de maneira que as variáveis do processo sejam mantidas dentro dos limites estabelecidos. Ou seja, o sistema de controle regula a “variável controlada” (temperatura do fluido aquecido), fazendo correções em outra variável do processo (vazão de vapor), que é chamada de “variável manipulada”. No processo da Figura 8.1 tem-se: variável controlada
= temperatura
variável manipulada
= vazão de vapor
meio controlado
= fluido
agente de controle
= válvula de controle
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Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 8.1 - Trocador de calor
8.2 CARACTERÍSTICAS DE PROCESSOS Os sistemas de controle podem ser classificados em dois tipos: malha de controle aberta e malha de controle fechada.
8.2.1 Malha de controle aberta É a malha formada pelo processo e o sensor com indicador, ou registro, ou alarme. Este tipo de malha não executa controle; apenas indica, registra e alarma as condições da variável monitorada no processo. Não possui realimentação. Um circuito aberto de regulação necessita do detector de erro e do controlador. Um exemplo pode consistir no aquecimento de água em um tanque por meio de uma resistência elétrica submersa. Dada uma tensão de alimentação, uma temperatura de entrada da água, condições externas e a demanda de água quente, a temperatura de saída da água permanecerá constante; porém, ao alterar-se qualquer uma das condições, a temperatura de saída irá variar.
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Registro Indicação Alarme Medida e transmissão
Saída do Produto
Entrada do
Processo
Variável Regulada
Produto Perturbações
Figura 8.2 - Diagrama de blocos de uma malha aberta
8.2.2 Malha de controle fechada É a malha de controle típica formada pelo processo, o transmissor, o controlador e o elemento final de controle. O sinal da variável controlada é realimentado para o controlador que, por sua vez, atua sobre a entrada do processo na variável manipulada, concluindo o loop de controle.
Ponto de
Controlador
ajuste
Medida e
Elemento final
Fluido de
transmissão
de controle
controle
Saída do
Processo
Produto Variável Regulada
Perturbações
Entrada do Produto
Figura 8.3 - Diagrama de blocos de uma malha fechada
Uma aplicação típica de malha fechada é apresentada na Figura 8.4, em um processo com sistema de aquecimento de um fluido.
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Fonte: LIPTAK, Bela M. Figura 8.4 - Sistema de aquecimento de um fluido
8.2.3 Modos de controle Na classificação quanto a modos de controle tem-se o controle manual e o controle automático. O controle é manual quando o operador visualiza a temperatura de saída caindo ou subindo em relação ao valor desejado e pode fazer as correções na válvula de vapor de várias maneiras: a) abrir instantânea e completamente a válvula; b) abrir a válvula devagar, à velocidade constante enquanto o desvio perdurar; c) abrir mais a válvula quando o desvio ocorre rápido; d) abrir a válvula de um valor constante para cada unidade de desvio. O operador também pode usar outros métodos ou combinações de métodos para manipular a válvula. Assim, ele está exercendo um modo ou ação de controle manual, que é a maneira na qual se faz correções em relação ao desvio para manter o controle do processo. Considerando um controle manual do processo que servirá de base para estudar suas características, o operador nota a temperatura de saída da água com a leitura de um termômetro inserido na linha e aciona a válvula de vapor para manter a água a uma temperatura desejada. Supondo que, nestas condições, existindo uma temperatura constante na saída, ocorra um aumento na vazão de água fria na entrada, como a válvula de vapor continua na mesma posição, o trocador não irá aquecer à mesma temperatura esta maior quantidade de água. Por conseguinte, a temperatura de saída da água irá abaixar. Porém, devido à inércia do processo, transcorrerá um certo tempo até que a água mais fria alcance o sensor. Quando o operador notar a diminuição da temperatura, deverá compará-la com a temperatura desejada, tomar uma resolução, calcular mentalmente quantas voltas deve movimentar o volante da válvula e em que sentido, realizando a seguir a correção manual. Um certo tempo é necessário para que estas operações sejam executadas.
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Também é certo que um tempo vai se passar até que os efeitos de correção se manifestem na temperatura de saída de água e possam ser captados pelo operador. Só então ele será capaz de saber se sua primeira correção foi correta, escassa ou excessiva. Neste ponto, se necessário, efetuará uma segunda correção que, após algum tempo, dará lugar a uma nova mudança de temperatura. O operador observará os efeitos da segunda correção e realizará uma terceira, e assim sucessivamente até obter o ponto desejado. O controle é automático quando se utilizam componentes específicos para a realização de uma ou mais funções básicas de controle, para produzir as ações de controle necessárias ao processo. Os componentes básicos de uma malha controle são: a) sensor ou transmissor; b) controlador + comparador; c) elemento final de controle; e d) processo. A função fundamental do controle de processo é manipular a relação entrada/saída de energia de maneira que as variáveis do processo sejam mantidas dentro dos limites desejados. Um controle automático poderá ser definido como o mecanismo que mede o valor da variável do processo e opera de maneira a limitar o desvio da variável em torno de um valor desejado. O controle automático regula a variável controlada, fazendo correções na variável manipulada. No exemplo em estudo, correspondendo à temperatura da água quente, a variável controlada, e à vazão de vapor, a variável manipulada. Qualquer mudança da abertura da válvula de vapor comandada pelo controle automático constitui uma correção na variável manipulada. Esta série de operações de medida, comparação, cálculo e correção constituem uma cadeia fechada de ações realizadas diversas vezes para obter-se a estabilidade do processo num ponto desejado até que novas perturbações venham a ocorrer. O conjunto de elementos em circuito fechado que tornam possível este controle recebe o nome de “malha de controle” (loop control). No controle automático, alguns termos são amplamente utilizados, tais como: a) variável de processo = valor instantâneo da variável controlada; b) set-point = valor desejado da variável de processo; c) off-set = sinal de erro de regime, diferença entre o valor medido da variável de processo e o setpoint, que permanece no sistema de controle após a última correção. O controlador permite ao processo cumprir seu objetivo de transformação e realiza duas funções básicas: a) compara a variável medida com o set-point para determinar o erro, e b) estabiliza o funcionamento dinâmico da malha para reduzir ou eliminar o erro ou off-set. Os processos apresentam duas características principais que devem ser consideradas ao automatizá-los:
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a) Alterações na variável controlada devido à alteração nas condições de processo, chamadas geralmente de “mudanças de carga”. b) Tempo necessário para que a variável do processo alcance um novo valor ao ocorrer uma mudança de carga. Este atraso é devido a uma ou várias propriedades do processo, tais como capacitância, resistência e tempo de transporte.
8.2.4 Ações de controle (saída versus entrada) Nos controladores podem ser encontradas duas ações de controle: ação direta e ação inversa ou reversa. a) Ação direta: em um controlador em ação direta, quando o sinal da variável controlada aumentar de intensidade a saída de controle atuará no mesmo sentido, aumentando o sinal de saída para o elemento final de controle e vice-versa. b) Ação inversa: em um controlador em ação inversa, quando o sinal da variável controlada aumentar de intensidade a saída de controle atuará no sentido inverso, diminuindo o sinal de saída para o elemento final de controle e vice-versa.
8.3 SISTEMAS DE CONTROLE AUTOMÁTICOS Os sistemas de controle automáticos podem ser classificados em controle automático descontínuo e controle automático contínuo.
8.3.1 Controle automático descontínuo Seus sistemas apresentam um sinal de controle que, normalmente, assume apenas dois valores distintos. Eventualmente, este sinal poderá ser escalonado em outros valores. Pode-se dispor dos seguintes tipos de sistemas de controle descontínuos: 8.3.1.1 Controle de duas posições sem histerese – Na regulação “Tudo ou Nada”, o elemento final de controle move-se à velocidade relativamente alta, entre duas posições prefixadas, para um valor único da variável controlada. Visto que estas duas posições são geralmente toda aberta ou toda fechada, este controle é chamado controle on-off ou “Tudo ou Nada”. Este tipo de controle é usualmente
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empregado com uma faixa morta, onde o elemento final de controle permanece em sua última posição para valores da variável compreendida dentro da faixa morta. O controle “Tudo ou Nada” funciona satisfatoriamente se o processo tem uma velocidade de reação lenta e o tempo de atraso é mínimo. É evidente que a variável controlada oscila continuamente e que estas oscilações variam em freqüência e magnitude em função das mudanças de carga do processo. Os ajustes de controle resumem-se em variar o ponto de ajuste e a faixa morta.
Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 8.5 - Controle de duas posições sem histerese
Quando a temperatura está no set point ou acima dele, o contato está fechado e a válvula fecha. Quando a temperatura está abaixo do set point, o contato está aberto e a válvula abre. As correções de posição da válvula ocorrem quando a temperatura varia acima e abaixo do set point. Nota-se que este controle de duas posições não pode promover uma correção exata; sua correção é maior ou menor que a exata. Não existe, então, nenhuma condição de equilíbrio entre as energias de entrada e de saída, e a variável controlada oscilará para cima e para baixo do set-point. 8.3.1.2 Controle duas posições com histerese – É uma variante comum da ação de duas posições. Nesta, o elemento final de controle é movido rapidamente de sua primeira posição para a segunda (quando a variável controlada atinge um valor prefixado, vindo de uma direção) e só poderá retornar à primeira posição depois que a variável controlada tiver passado através de uma faixa de valores chamada zona diferencial, na direção oposta e atingido um segundo valor também prefixado. Um sistema típico de controle de duas posições com zona diferencial operado eletricamente e suas correções na válvula é quando a temperatura passa pela zona diferencial. Nota-se que nenhuma ação da válvula ocorre quando a variável está dentro da zona diferencial. Um pressostato também é um dispositivo que pode funcionar como elemento controlador descontínuo de duas posições com histerese, se for do tipo com ajuste diferencial.
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Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 8.6 - Controle duas posições com histerese
8.3.1.3 Controle por largura de pulso – No controle descontínuo por largura de pulso, o controlador apresenta dois níveis de saída: alto ou baixo (on/off ou ativado e desativado). O tempo de permanência em nível alto ou baixo depende da amplitude do erro. O período do sinal de saída do controlador é constante.
Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 8.7 - Gráfico do controle descontínuo por largura de pulso
8.3.1.4 Controle de três posições – O sistema de controle de três posições utiliza dois relés independentes e é aplicado principalmente para acionamento de servo-motor. Exemplifica-se: quando houver desvio entre o set-point e a variável controlada, um relé aciona e o motor girará no sentido horário. À medida que o desvio diminui, o relé acaba desacionando, e o servo-motor ficará parado; entretanto, se o desvio mudar de sentido, o segundo relé aciona e o servo-motor girará para o sentido anti-horário. Como se pode ver, o controle apresenta as três posições: relé para (+), neutro e relê para (-).
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O servo-motor é muito usado para controle de temperatura através de sistema de combustão que envolve queima estequiométrica (relaciona a queima de combustível a uma relação ideal de ar), em dampers (controle de pressão em câmaras de combustão ou chaminés). Se o mesmo controle fosse feito por um de duas posições, seria impossível sintonizar a malha de controle, pois o servo-motor não pararia de girar (no primeiro momento, no sentido horário, e no momento seguinte, no anti-horário) e provavelmente se danificaria. Outra aplicação seria em fornos onde há resfriamento controlado, onde um relé aciona o aquecimento e, à medida que a temperatura chega ao nível desejado, o aquecimento é desacionado, e só se a temperatura continuar subindo por inércia do sistema o resfriamento é acionado pelo outro relé. Existe uma série de outras aplicações na área industrial, porém espera-se que estes exemplos sejam elucidativos. Este controlador apresenta todas as possibilidades de controle do controlador de duas posições (tempo morto, histerese etc.) e mais as ações PID que se estudará no capítulo a seguir.
8.3.2 Controle automático contínuo O sistema de controle automático contínuo tem como característica um controlador cuja saída de controle varia continuamente, isto é, pode assumir qualquer valor compreendido entre os limites máximos e mínimos. TT
= transmissor de temperatura
TIC
= controlador indicador de temperatura
TV
= válvula de controle de temperatura
Fonte: CONSIDINE, Douglas M. Figura 8.8 - Controle automático contínuo
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Naturalmente, os controladores e os elementos finais de controle de um controle contínuo diferem dos elementos de um controle descontínuo. Nos sistemas de controle descontínuo, a variável controlada varia em torno do valor desejado com oscilações, cujas amplitudes e freqüência dependem das características do processo e do próprio sistema de controle. No sistema de controle contínuo, a variável controlada apresenta flutuações, mas mantém constante em torno do set-point. 8.3.2.1 Característica – Um controlador contínuo é basicamente um controlador contínuo composto por um conjunto comparador e de tratamento do erro, onde se pode definir: a) Comparador: tem como função gerar um sinal de correção proporcional à diferença instantânea entre a variável de processo e o set-point. b) Tratamento do erro: tem como função processar a diferença do sinal entre o set-point e a variável medida (erro), gerando um sinal de correção. Dependendo da forma de como o sinal de erro é processado, pode-se dispor de um sistema de controle contínuo que deverá aproveitar as ações de controle para melhorar a eficiência e o rendimento do processo industrial. 8.3.2.2 Parâmetros de controle (quanto ao algoritmo) – Nos sistemas industriais de controle contínuo emprega-se um ou mais algoritmo de controle, muitas vezes, em combinação, conforme citado a seguir: a) Controle Proporcional (P); b) Controle Proporcional + Integral (reset) (PI); c) Controle Proporcional + Derivada (PD); d) Controle Proporcional + Integral + Derivativo (PID). a) Controle proporcional: nele, a amplitude da saída de controle varia proporcionalmente à amplitude do desvio medido em relação ao set-point da variável, estabelecido para o controle da malha no processo. No sistema de posição proporcional existe uma relação linear contínua entre o valor da variável controlada e a posição da válvula (dentro da banda proporcional); isto é, dentro do ganho ou da banda proporcional, a válvula movimenta-se num mesmo valor para cada unidade de desvio. Em o
um controlador proporcional, cujo ponto de ajuste é 150 C e cujo intervalo de atuação é de 100 a o
o
200 C, quando a variável controlada está em 100 C (ou menos) a válvula está totalmente aberta; a o
o
200 C (ou mais) está totalmente fechada, e entre 100 e 200 C a posição da válvula é proporcional ao o
o
valor da variável controlada. Por exemplo, a 125 C está aberta 75% e a 150 C está aberta 50%. Banda proporcional (BP): é a percentagem de variação da variável controlada, necessária para provocar um percurso total da válvula. O valor da banda proporcional de um instrumento é expresso, usualmente, em tantos por cento de seu campo de medida total. Por exemplo, se a faixa do
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o
o
instrumento é de 200 C e são necessários apenas 50 C de alteração para provocar um percurso total da válvula, diz-se que a banda proporcional será de 25%. Nos controladores industriais, a banda proporcional é normalmente estabelecida entre 1 a 500%. Ganho (G): outro conceito para expressar a proporcionalidade é o ganho ou sensibilidade. Esses termos descrevem a relação entre saída e entrada de um dispositivo de controle. Matematicamente, o ganho ou sensibilidade é recíproco à faixa proporcional. Às vezes, encontram-se instrumentos de controle com o ajuste de proporcionalidade calibrado em termos de ganho ou sensibilidade, e não em faixa ou banda proporcional. Assim, o ganho pode ser expresso por: Ganho = Mudança na saída / Mudança na entrada Ganho = 10 °C / 2 °C = 5 Logo, a banda proporcional será: BP = 100 % / Ganho BP =100 % / 5 = 20% o
Inicialmente, o ponto de ajuste está no valor desejado de 100 C e, após algum tempo, ocorre uma variação de carga no processo. Note-se que a temperatura não volta ao valor de ajuste, pois, se isto ocorresse, a válvula voltaria a sua posição original. Isto é impossível, já que nesta posição ocorreu uma diminuição da temperatura inicial. Consistiria um absurdo que a posição inicial da válvula mantivesse a mesma temperatura inicial para uma maior entrada de água fria. O desvio pode ser corrigido reajustando-se manualmente o ponto de ajuste. O controle proporcional é um sistema de estabilização potente, capaz de ajuste e aplicação amplíssima, tendo, porém, o inconveniente do erro de desvio. Este desvio ou off-set é uma característica indesejável do controle proporcional. Controle integral: nele, o sinal de saída de controle é proporcional à integral da curva do desvio da variável controlada, por intervalo de tempo, em relação ao set-point determinado para controle. A válvula move-se de acordo com uma função (integral no tempo) da variável controlada, ou seja, num desvio entre a variável controlada e o ponto de ajuste, a ação integral movimentará a válvula numa velocidade proporcional ao desvio, durante um certo intervalo de tempo. Este intervalo de tempo é a banda integral, definida em minutos, ou seja, tempo de ação integral. b) Controle Proporcional + Integral: neste tipo, ao ocorrer uma variação de carga, a ação proporcional vai modificar a posição da válvula para um novo valor, eventualmente, criando um erro de desvio. Neste ponto, a ação integral se faz presente, continuando a mover a válvula com uma velocidade proporcional ao erro durante mais algum tempo. Note-se que, à medida que a variável controlada se aproxima do ponto de ajuste, diminui a velocidade de acionamento da válvula pela ação integral. Em outras palavras, pode-se dizer que a ação integral movimenta a banda proporcional com relação à
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atuação desta sobre a posição da válvula, eliminando o erro de desvio ou off-set. c) Controle Derivativo: a ação derivativa consiste numa relação linear e contínua entre a velocidade de variação da variável controlada e a posição da válvula. Em outras palavras, a ação derivativa posiciona a válvula em função da velocidade com que a variável controlada se fasta do ponto de ajuste, por isso também denominada de ação de antecipação, dado que “prevê” a nova posição da válvula para estabilizar o processo. Note-se, porém, que a ação derivativa nunca poderia ser usada só, pois, desde que não esteja ocorrendo uma variação na variável controlada, sua ação é nula. Isto equivale a dizer que, para um erro constante, sua ação não se manifesta; por exemplo, a ação derivativa não corrige um erro de desvio. Contudo, em conjunto com a ação proporcional, a ação derivativa vai antecipar a posição final devida à ação proporcional, em função da velocidade com que a variável se movimenta em relação ao ponto de ajuste. Sendo assim, a ação derivada é definida em tempo, o que significa dizer que “tempo de ação derivativa” é o tempo com que a ação derivativa se antecipa na correção com relação a um controle unicamente proporcional. d) Controle Proporcional + Integral + Derivativo: como já assinalado anteriormente, a ação proporcional pode gerar um erro de desvio ou off-set, erro este que não é corrigido pela ação derivativa. Faz-se necessário, para um bom controle, que a estas duas ações seja somada uma ação integral a fim de corrigir os eventuais desvios constantes que, porventura, venham a acontecer. Normalmente o controle PID é utilizado para processos que enfrentam variações rápidas de carga, possuindo tempos de respostas muito longos. Por exemplo: trocadores de calor. Critérios de estabilidade: a estabilidade do controle é característica do sistema que faz com que a variável volte ao ponto de ajuste depois de uma perturbação. Os critérios desejáveis para a estabilidade são os seguintes: a) critério de área mínima, b) critério do desvio mínimo, e c) critério de amplitude mínima. 8.3.2.3 Métodos de ajuste de controladores – Existem vários algoritmos para ajustar os controladores, ou seja, a banda proporcional, a ação integral e a ação derivativa ajustam-se adequadamente aos demais elementos da malha de controle. Este acoplamento deve ser tal que, diante de uma perturbação, seja possível obter uma curva de recuperação que satisfaça um dos critérios mencionados e, em particular, o de área mínima. Para que o acoplamento entre o controlador e o processo seja possível, é necessário um conhecimento das características estáticas e dinâmicas do sistema controlado. Basicamente, existem duas maneiras de obter estas características: analítica ou experimental. O método analítico consiste em determinar a equação dinâmica do sistema, ou seja, sua evolução em função do tempo. Este método é geralmente difícil de aplicar, dada a complexidade dos processos e
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também a dificuldade de obter dados fidedignos e suficientemente aproximados. É um método muito trabalhoso que requer, normalmente, o emprego de um computador, resultando muitas vezes apenas em respostas aproximadas. No método experimental obtêm-se as características estáticas e dinâmicas do processo a partir de uma medida ou de uma série de medidas realizadas sobre o processo real. Estas respostas do processo podem efetuar-se de duas maneiras: método do tato e método da sensibilidade limite. Método do tato: este método requer que o sistema esteja instalado completamente e trabalhando em sua forma normal. O procedimento baseia-se em colocar em marcha o processo com bandas amplas em todas as ações, estreitando-se depois, pouco a pouco, individualmente (proporcional, depois a integral, depois a derivativa, se houver) até obter a estabilidade desejada. Para provocar mudanças de carga no processo e observar suas reações, move-se o ponto de ajuste em ambas as direções o suficiente para provocar uma perturbação considerável, porém não demasiado grande para prejudicar o processo. É necessário que transcorra, após cada perturbação, um tempo suficiente para observar o efeito total dos ajustes; em função disto, o ajuste de um controlador pode demorar algumas horas e, muitas vezes, até dias. Método da sensibilidade limite: este método permite calcular as três ações a partir dos dados obtidos em uma rápida observação. O método baseia-se em estreitar a banda proporcional, com os ajustes de integral e derivativo eliminados, ao mesmo tempo em que são criadas pequenas perturbações até um ponto em que o processo começa a oscilar de modo contínuo. A banda proporcional, para que tal aconteça, é chamada de “banda proporcional limite”.
8.4 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP/PLC) CLP é um aparelho digital que usa memória programável para armazenar instruções que implementam funções (como lógica combinacional e seqüencial, temporização, contagem e operações aritméticas) para controlar, através de módulos de entrada e saída digital e analógico, as variáveis de processo. Os CLPs têm como característica um sistema em forma de módulos para controlar a operação de máquinas ou processos. São compostos por módulo de CPU, módulos de memória, módulos de entrada e saída, linguagem de programação, dispositivos de programação, módulos de comunicação e módulos especiais.
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8.4.1 Programação CLP Um programa é composto por instruções, sendo uma instrução o menor elemento independente de um programa. Cada instrução representa uma dada prescrição de trabalho para a unidade de controle. A unidade de controle elabora as instruções, independentemente, uma a seguir da outra. Depois da elaboração da última instrução existente na memória, a unidade de controle começa novamente com a primeira instrução, denominando-se este processo de elaboração cíclica. Ao tempo de elaboração de todas as instruções do programa, chama-se tempo de ciclo. A duração do tempo de ciclo é vigiada pela unidade de controle CPU. O número de instruções disponíveis no programa do usuário depende do tipo de processador usado e sua arquitetura. O processador executa, normalmente, em cada varredura do programa, um teste completo de todas as funções de comunicação e um teste de periféricos constantes das rotinas de segurança da máquina.
8.4.2 Memória de programa Para a memorização de um programa, os autômatos dispõem de três tipos de módulos de memória: RAM, EPROM e EEPROM. RAM (Randon Acess Memory): é uma memória viva cujo conteúdo pode ser alterado a todo momento. A bateria tampão, montada na unidade de alimentação, assegura o conteúdo da memória em caso de falta de tensão. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): é uma memória morta que conserva seu conteúdo mesmo em caso de falta de tensão. Para a introdução de novos programas, é necessário apagar previamente o programa anterior. Esta operação é feita por intermédio de exposição do módulo de memória a uma fonte de raios ultravioletas. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): é uma memória morta que conserva seu conteúdo em caso de falta de tensão. A introdução de um novo programa efetua-se, simplesmente, pela supressão do programa anterior. Todas estas memórias estão organizadas em células de memória onde serão armazenadas as instruções do programa. Capacidade de memória: a capacidade de uma memória é definida pelo número de células de
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memória, ou seja, pelo número de instruções (dado que em cada célula se pode escrever uma instrução). É freqüente indicar a capacidade de uma memória pela constante K ou M (Mega), sendo 1K = 1024 instruções.
8.4.3 Métodos de programação Os CLPs normalmente permitem-lhe optar entre dois métodos de representação: a programação linear e a programação estruturada. a) Programação linear: neste método de representação o bloco de programa é processado ciclicamente, ou seja, à última instrução do programa volta a ser processada a primeira e depois a segunda, etc. b) Programação estruturada: para aumentar a clareza do um programa, é possível dividi-lo em diferentes partes correspondentes a distintos processos tecnológicos. Cada uma destas partes vai constituir um bloco de programa (PB).
8.4.4 Linguagem de programação Os CLPs trabalham com cinco linguagens de programação conforme a norma IEC 61131-3, mas normalmente duas linguagens são mais usadas: linguagem Ladder, uma linguagem gráfica baseada em símbolos semelhantes aos encontrados nos diagramas elétricos, e linguagem de Lista de Instrução, uma linguagem textual semelhante ao Assemble.
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9 MALHAS DE CONTROLE
9.1 CONTROLE CASCATA Uma das técnicas para melhorar a estabilidade de um circuito complexo é o emprego do controle tipo cascata. Sua utilização é conveniente quando a variável controlada não pode se manter no valor desejado, por melhores que sejam os ajustes do controlador, devido às perturbações que se produzem devido às condições do processo.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.1 - Controle cascata
Pode-se ver claramente a conveniência do controle cascata examinando o exemplo da Fig. 9.1. Quando a temperatura medida se desvia do set-point, o controlador varia a posição da válvula de vapor, e se todas as características do vapor permanecem constantes, o controle é satisfatório. Entretanto, se uma das características, por exemplo, se a pressão da linha varia, a vazão através da válvula também varia, embora se tivesse a válvula fixa. Tem-se, então, uma mudança de temperatura do trocador de calor e, após um certo tempo, dependendo das características da capacitância, resistência e tempo morto do processo, a variação da temperatura chega ao controlador, e este reajusta a posição da válvula de acordo com as ações de que se dispuser. Será uma casualidade se as correções do controlador eliminarem totalmente as perturbações na temperatura provocada por variação na pressão do vapor. Note-se que a vazão não está sendo controlada, e é interesse secundário, porém é evidente que sua variação afetará a variável temperatura, que é de interesse principal no controle do processo.
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Seria conveniente o ajuste rápido do posicionamento correto da válvula de controle toda vez que houvesse uma perturbação na vazão do vapor devido a problemas externos como, por exemplo, a pressão da linha, para evitar um desvio na temperatura que será a variável principal. Se o sinal de saída do controlador de temperatura (primário ou mestre) atuar como set-point remoto de um instrumento que controla a vazão de vapor, o sinal de saída deste, por sua vez, determinará a posição da válvula de vapor. Este segundo controlador (secundário ou escravo) permitirá corrigir rapidamente as variações de vazão provocadas por perturbações na pressão do vapor, mantendo o sistema a todo momento capacitado para controlador a temperatura através do controlador primário. Estes dois controladores ligados em série atuam para manter a temperatura constante, o controlador de temperatura determina e o de vazão atua. A esta disposição denomina-se controle cascata, que pode ser visto na Fig. 9.2:
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.2 - Controle em cascata
Na seleção das ações do controle em cascata e sua sintonia: se ambos os controladores do controle em cascata têm três ações de controle, no total há seis ajustes a ser feitos. Desta forma, aumenta a dificuldade para fazer a sintonia do controlador. No controlador secundário ou escravo é padrão incluir a ação proporcional. Há pouca necessidade de incluir a ação integral para eliminar o off-set, porque o set-point do controlador secundário será continuamente ajustado pela saída do controlador primário. Ocasionalmente, a integral será adicionada ao controlador secundário se o loop apresentar a necessidade de utilizar algum filtro na variável. Já o controlador primário deve conter a ação proporcional e, provavelmente, a ação integral para eliminar o off-set. O uso da ação derivativa somente se fará necessário se o loop possuir uma constante de tempo muito grande. A sintonia dos controladores cascata é feita da mesma maneira que todos os controladores, mas é mais prático primeiro fazer a sintonia do controlador secundário, e depois do controlador primário. O controlador primário deve ser colocado em manual, e então se deve
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proceder à sintonia do controlador secundário. Quando o controlador secundário estiver devidamente ajustado, faz-se o ajuste do controlador primário. Ao fazê-lo, o loop primário passa a ver o loop secundário como parte integrante do processo. Normalmente o ganho do loop secundário deve ser pequeno para que a malha de controle fique com uma boa estabilidade. Seguindo estas recomendações, não haverá maiores problemas para ajustar o controle cascata.
9.2 CONTROLE DE RELAÇÃO OU RAZÃO Como o próprio nome determina, tem-se neste tipo de controle uma razão entre duas variáveis. No controle de razão ou relação, uma variável é controlada em relação a uma segunda variável.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.3 - Controle de razão ou relação
Viu-se que o controle em cascata é somente um método que melhora o controle de uma variável, o controle de relação ou razão satisfaz uma necessidade especifica no processo entre duas grandezas, como na Fig. 9.3. O sinal do extrator de raiz quadrada é dividido ou multiplicado por um fator manual ou automaticamente. O sinal de saída do divisor ou multiplicador será o set-point do controlador de vazão do fluído secundário, o qual atuará diretamente na válvula de controle.
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9.3 CONTROLE OVERRIDE OU SELETIVO Caso a variável controlada deva ser limitada em um valor máximo ou mínimo, ou caso o número de variáveis controladas exceda o número de variáveis manipuladas, o controle a ser utilizado deverá ser o controle seletivo. O controle seletivo opera basicamente em função de seletores de sinal (alto ou baixo). Um exemplo de controle seletivo está mostrado na Fig. 9.4. Esta malha foi estruturada visando consumir-se gás combustível em função da demanda e, ao mesmo tempo, controlar a pressão deste gás, de acordo com o ponto de ajuste colocado no controlador de pressão de gás (PIC). Nesta malha, o seletor de sinal baixo (PY) recebe os sinais de demanda proveniente da malha de controle de combustão, e o sinal do controlador de pressão do gás combustível (PIC) seleciona o menor dos sinais e envia como ponto de ajuste do controlador de vazão de gás combustível (FIC). Com esta configuração, enquanto a demanda for menor ou igual à disponibilidade de gás combustível, a pressão do gás estará no ponto de ajuste ou acima dele; conseqüentemente, o sinal de saída do PIC (controlador com ação direta) estará acima do sinal de demanda, pois o seletor de sinal baixo seleciona o sinal de demanda como ponto de ajuste do FIC do gás combustível.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.4 - Controle override ou seletivo
Se a demanda se tornar superior à disponibilidade do gás combustível, a pressão deste gás começará a cair e a saída do controlador de gás irá diminuir até se equilibrar com o sinal de demanda. No momento em que ocorrer este equilíbrio, o fluxo de gás deixará de aumentar de acordo com a demanda, pois o sinal de controlador de pressão (PIC) passará a ser selecionado pelo PY e enviado
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como ponto de ajuste do FIC de gás combustível; ou seja, a vazão de gás combustível passará a ser controlada em função da sua pressão (que é controlado pelo PIC). Se a pressão do gás cair abaixo do ponto de ajuste, o PIC diminuirá seu sinal de saída diminuindo a saída do seletor PY, e fará com que a vazão de gás seja diminuída de forma a manter sua pressão. O sinal de demanda voltará a ser o ponto de ajuste do FIC (voltará a ser selecionado pelo PY) no momento em que a demanda voltar a ser menor que a disponibilidade de gás combustível e a pressão deste gás começar a aumentar.
9.4 CONTROLE DE COMBUSTÃO COM LIMITES CRUZADOS Neste sistema de controle são utilizados dois relés seletores, sendo um seletor de sinal baixo e outro de sinal alto. A utilização destes relés permite que se opere com baixos valores de excesso de ar sem que ocorram problemas de combustão, pois estes seletores não permitem que o excesso de ar caia abaixo do valor ajustado, tanto no caso de aumento como no de diminuição de carga de caldeira. O funcionamento desta malha de controle só será correto se os instrumentos forem dimensionados adequadamente, pois os sinais recebidos pelos seletores de sinal deverão ser iguais, sempre que o sistema estiver estabilizado e operando nas condições especificadas. Se ocorrer aumento de consumo de vapor, a pressão diminuirá, fazendo com que o sinal de saída do PRC aumente; este aumento não será sentido pelo controlador de vazão do combustível, pois a saída do seletor de sinal baixo continuará a mesma. O controlador de vazão do ar de combustão sentirá imediatamente este aumento, pois a saída do seletor de alta passará a ser o sinal do PRC e, com isto, haverá um aumento imediato da vazão do ar de combustão. À medida que a vazão for aumentando, a saída do seletor de baixa irá aumentar igualmente, com um conseqüente aumento da vazão de combustível; isto acontecerá até que o sistema se equilibre na nova situação de consumo. Vê-se, então, que, no caso de um aumento de consumo de vapor, haverá inicialmente um aumento da vazão de ar de combustão e, a seguir, de combustível. A vazão de combustível só será aumentada após o aumento da vazão de ar. Durante a transição, o ponto de ajuste da vazão de combustível será dado pelo transmissor de vazão de ar. Se ocorrer diminuição do consumo de vapor, a pressão aumentará, fazendo com que a saída do PRC diminua; esta diminuição não será sentida pelo controlador de vazão do ar de combustão, pois a saída do seletor de sinal alto continuará a mesma. O controlador de vazão de combustível sentirá imediatamente esta diminuição, pois a saída do seletor de baixa passará a ser o sinal do PRC; com
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isto, haverá uma diminuição imediata da vazão de combustível. À medida que a vazão de combustível for diminuindo, a saída do seletor de alta irá diminuir igualmente, com uma conseqüente diminuição da vazão do ar de combustão; isto acontecerá até que o sistema se equilibre na nova situação de consumo. Vê-se, então, que no caso de uma diminuição do consumo do vapor, haverá inicialmente uma diminuição da vazão de combustível e a seguir, de ar. A vazão do ar de combustão só será diminuída após a diminuição da vazão de combustível. Durante a transição, o ponto de ajuste da vazão do ar de combustão será dado pelo transmissor de vazão de combustível.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.5 - Controle de combustão com limites cruzados
Neste sistema de controle, o controlador de pressão comanda as malhas de vazão enquanto se está em regime de equilíbrio; durante as transições, o controlador de pressão comanda uma das malhas de vazão enquanto essa malha de vazão comanda a outra. Quando se utiliza a malha de controle básica, o operador poderá fazer pequenos ajustes na razão ar/combustível atuando no relé de razão (FY).
9.5 CONTROLE SPLIT-RANGE OU RANGE DIVIDIDO O controle split-range ou range dividido normalmente envolve duas válvulas de controle operadas por um mesmo controlador. É uma forma de controle em que a variável manipulada tem preferência com relação à outra.
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Quando se está com vazão baixa, basta um trocador de calor para aquecer o produto, e quando se tem vazões altas há necessidade de utilizar dois trocadores de calor. Suponha-se que, do ponto de vista de segurança, as válvulas devam fechar em caso de falta de ar. Tem-se, então, o controlador de ação reversa (ao aumentar a temperatura diminui o sinal de saída). Se a vazão do produto for baixa atuará uma válvula, porque se terá o sinal de saída do controlador compreendido entre 0% e 50% (3 a 9 psi). À medida que aumenta a vazão, o controlador de temperatura aumenta seu sinal de saída. Até quando se tiver o sinal maior que 50% (9 psi) a primeira válvula permanecerá totalmente aberta; temse, então, o primeiro trocador de calor trabalhando no máximo de seu rendimento, e a segunda válvula começará a abrir e iniciará o funcionamento do segundo trocador de calor.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.6 - Controle split-range ou range dividido
Quando se tiver o máximo de vazão determinada, ter-se-á as duas válvulas totalmente abertas e os dois trocadores de calor trabalhando no máximo de sua potência. Normalmente, na passagem de uma condição limite para outra, tem-se uma faixa morta de aproximadamente 5%, sendo que seu valor varia com sua aplicação. Este tipo de malha de controle não é muito utilizado em caldeiras, porém é muito utilizado em outros processos industriais.
9.6 CONTROLE ANTECIPATIVO OU FEEDFORWARD Um controle utilizando realimentação negativa, por definição, requer que exista uma diferença entre o ponto de ajuste e a variável controlada (ou seja, exista erro) para que a ação de controle possa atuar. Neste tipo de controle só há correção enquanto existir erro: no momento em que o erro desaparece, cessa a correção.
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A temperatura de saída do trocador será adequadamente controlada por uma malha de controle com realimentação negativa enquanto não ocorrerem variações freqüentes na vazão e/ou na temperatura de entrada do fluído a ser aquecido. Caso ocorram variações deste tipo, elas irão influenciar a temperatura de saída do trocador, dificultando sobremaneira o controle. Neste caso, a temperatura de saída do trocador só será controlada adequadamente se for utilizado um controle antecipativo.
Fonte: BEGA, Egídio A.
Fonte: BEGA, Egídio A.
Figura 9.7 - Controle antecipativo ou feedforward puro
Figura 9.8 - Controle antecipativo ou feedforward com realimentação
O controle antecipativo mede uma ou mais variáveis de entrada (no caso, vazão e/ou temperatura de entrada do fluído a ser aquecido), prediz seu efeito no processo e atua diretamente sobre a variável manipulada, como forma de manter a variável controlada no valor desejado. Tem-se um controle antecipativo puro. Neste caso, só se mede a vazão do fluído a ser aquecido, pois se supôs que somente esta variável está variando. O computador analógico FY recebe uma referência externa (temperatura desejada na saída do trocador) e o sinal de vazão do fluído a ser aquecido, calcula quanto vapor deve ser adicionado ao processo em função da equação f (x) e atua diretamente na válvula de vapor. A vazão de vapor será corrigida antes que a temperatura varie em função das variações na vazão do fluido a ser aquecido; ou seja, há uma antecipação da correção. Vê-se pela figura que, no controle antecipativo, a variável controlada não é medida nem utilizada no cálculo efetuado pelo computador analógico FY. Conseqüentemente, para que o sistema possa funcionar adequadamente, o computador analógico deverá simular exatamente a equação do processo que relaciona a vazão de entrada do fluído a ser aquecido com a temperatura de saída do trocador. Assim, o controle antecipativo puro só irá funcionar corretamente se forem consideradas as características estáticas e dinâmicas do processo, as perdas de energia para o ambiente, as influências que a pressão do vapor e a temperatura de entrada do fluído a ser aquecido irão causar na variável controlada e se não existirem atrasos e/ou histerese na medição e na correção.
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Destas observações conclui-se facilmente que o controle antecipativo puro não funcionará na prática. Em aplicações de controle de processos industriais, o que se faz é unir o controle utilizando realimentação negativa com o controle antecipativo. A Fig. 9.8 mostra um controle antecipativo com realimentação. Neste caso, a temperatura de saída do trocador passou a ser medida e realimentada ao processo. O somador (FY) recebe os sinais do FT e do TRC e envia a resultante dos dois para a válvula de controle de vapor. Nas condições de equilíbrio, a saída do somador variará basicamente em função do sinal recebido do FT, uma vez que a temperatura estará no ponto de ajuste e a saída do TRC não está variando. Caso a temperatura saia do ponto de ajuste, a saída do controlador (TRC) variará e, conseqüentemente, a saída do somador passará a variar em função dos sinais recebidos do TRC e do FT; isto irá ocorrer até que o sistema volte às condições de equilíbrio, ou seja, até que a temperatura volte ao ponto de ajuste. A utilização desta malha permite que a temperatura na saída do trocador seja mantida de forma estável, mesmo quando ocorrerem variações na vazão do fluido a ser aquecido. Uma das maiores aplicações deste tipo de malha de controle é no controle de nível de caldeiras, como se verá a seguir. Lead/Lag (antecipação/atraso): existe ainda algo muito importante a ser acrescentado ao controle antecipatório: comportamento dinâmico. Quando uma pessoa está dirigindo pela estrada e encontra uma curva a aproximadamente um quilômetro à frente, em geral ela espera até chegar à curva para virar o volante. Da mesma forma, no controle antecipatório, não é necessário desencadear uma ação imediatamente após a medida de um distúrbio. Considerando a dinâmica do processo, pode ser aconselhável esperar um pouco antes de ajudar a variável manipulada. A dinâmica do distúrbio e a da variável manipulada devem ser equiparadas, para que o efeito de anulação da variável manipulada alcance a variável controlada no instante certo. Isto pode ser obtido no controle antecipativo acrescentando-se compensação dinâmica. Existem vários elementos dinâmicos básicos: constantes de tempo, tempo morto e processos instáveis. Controladores por antecipação em regime estacionário controlam as diferenças entre o ganho que relaciona o distúrbio medido e a variável controlada e o ganho que relaciona a variável manipulada com a variável controlada. Esta é uma forma complicada para dizer que a ação do controlador por antecipação cancela o efeito dos distúrbios. Da mesma forma, a compensação dinâmica controla as diferenças que possam existir entre as variáveis de entrada e saída no que diz respeito às constantes de tempo, tempo morto, e assim por diante. Como exemplo, considere-se um processo onde exista um tempo morto de 30 segundos após a medição de um distúrbio, e um tempo morto de 20 segundos entre uma mudança na variável manipulada e o início da mudança correspondente na variável controlada.
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Depois de medida uma mudança no distúrbio, deveria haver uma espera de 10 segundos antes de se ajustar convenientemente a variável manipulada. O que importa é a diferença entre tempos mortos, e não os seus valores individuais.
Fonte: BEGA, Egídio A. Figura 9.9 - Controle antecipatório com Lead/Lag
Desta forma, se as constantes de tempo para estes dois pares de entrada/saída forem diferentes, pode-se usar o circuito de antecipação/atraso também conhecido como Lead/Lag, que fornece a compensação dinâmica necessária para controlar as diferenças entre as constantes de tempo e pode ser ajustado ou sintonizado para satisfazer as necessidades do processo. Se a constante de tempo associada com as mudanças na variável manipulada for menor do que uma constante de tempo no distúrbio, então a ação da variável manipulada deve ser atrasada para poder coincidir com o efeito do distúrbio, isto é, o controle precisa de um atraso (Lag). Se a constante de tempo da variável manipulada for maior do que a constante de tempo da variável de distúrbio, então a ação da variável manipulada precisa ser acelerada ou acentuada, isto é, o controle precisa de uma ação de antecipação (Lead).
9.7 NÍVEL EM CALDEIRAS Conforme citado anteriormente, o lado de água ou sistema vapor-água de uma caldeira aquatubular é composto de dois ou mais tubulões cilíndricos, conectados por tubos. O tubulão superior, também chamado de tubulão de vapor, tem seu nível de água controlado em cerca de 50%, e o inferior trabalha totalmente cheio de água.
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O tubulão superior, além de liberar o vapor produzido e receber injeção de água de alimentação da caldeira (a água de alimentação é adicionada com temperatura menor que a água contida no tubulão), também faz a separação vapor-água. Se uma caldeira aquatubular estiver operando em condições estáveis, o lado de água conterá certa massa de água e vapor. Esta massa tem uma densidade média, função das condições operacionais naquele momento. A densidade média da mistura e a proporção volumétrica vapor de água permanecerão constantes durante todo o tempo que a taxa de evaporação da caldeira permanecer constante. Caso a carga da caldeira seja aumentada, a concentração de bolhas de vapor abaixo da superfície de água crescerá, ocasionando uma variação da proporção volumétrica na mistura vapor-água e um decréscimo de densidade média da mistura. Como neste momento a massa de água e vapor variou de forma insignificante, mas a densidade média da mistura vapor-água decresceu, o resultado será um aumento imediato no volume da mistura vapor-água. Como no lado de água da caldeira o único local onde pode ocorrer expansão volumétrica é no tubulão superior, ocorre um aumento imediato no nível da água deste tubulão, ainda que não tenha sido colocada água adicional no sistema. Este efeito de aumento súbito no nível de água do tubulão superior, ocasionado pelo aumento da taxa de vaporização, é conhecido como expansão (swell). Quando a carga da caldeira é diminuída, a concentração de bolhas de vapor na mistura diminui, ocasionando um aumento na densidade média da mistura. Como neste momento a massa de água e vapor praticamente não variou, mas a densidade média da mistura vapor-água aumentou, o resultado é uma diminuição de volume da mistura vapor-água. Esta diminuição de volume causa uma diminuição imediata no nível de água de tubulão superior, ainda que não tenha sido retirada água adicional do sistema. Este efeito de diminuição súbita no nível de água do tubulão superior, ocasionado pela diminuição da taxa de vaporização, é conhecido como contração (shrink). Existem vários fatores que podem influenciar a magnitude da expansão ou contração, em função de uma dada variação de carga da caldeira. Os principais fatores são: tamanho do tubulão superior (comparado com o total de água existente na caldeira) e pressão de operação da caldeira. No primeiro fator citado, quanto maior o tubulão, menor a magnitude da expansão ou contração; no segundo, quanto maior a pressão, maior a densidade do vapor, menor o efeito da densidade na mistura vapor-água e menor a magnitude da expansão e da contração. As variações na vazão de água de alimentação também causam grandes variações no nível do tubulão, pois este nível representa uma integração do excesso ou falta de água de alimentação adicionada ao tubulão.
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9.8 CONTROLE DE NÍVEL As malhas de controle de nível mantêm o nível do tubulão superior dentro dos limites desejados, variando a vazão de água adicionada ao tubulão, através da válvula de controle de nível. Estas malhas também deverão procurar eliminar a interação existente entre o controle de nível e o de combustão e evidenciada pela vazão irregular da água de alimentação. Neste caso, as pulsações na vazão da água de alimentação podem causar perturbações na pressão do vapor, ocasionando variações na taxa de aquecimento, sem que tenham ocorrido variações na demanda de vapor. As variações na taxa de aquecimento provocam expansão ou contração que, por sua vez, acentuam e dão continuidade ao problema. As dificuldades para o controle de nível são provenientes da expansão e contração e das variações na pressão do sistema de fornecimento de água de alimentação da caldeira. Quanto maior for a capacidade da caldeira, mais estreitos serão os limites de variação do nível e, conseqüentemente, mais complexa deverá ser a malha de controle utilizada.
9.8.1 Controle de nível a um elemento No controle de nível a um elemento utiliza-se malha comum com realimentação negativa, que opera com um transmissor (LT) e um controlador de nível (LRC). Na malha de controle de nível, o transmissor envia o sinal de nível ao controlador (LRC), o controlador compara este sinal com o ponto de ajuste e envia um sinal de correção para a válvula de controle, que aumenta ou diminui a vazão de água adicionada ao tubulão. Neste caso, por se utilizar uma malha comum com realimentação negativa, o controlador de nível só corrigirá a vazão de água de alimentação depois que o nível tiver variado. Esta malha com realimentação negativa será fortemente influenciada pelas ocorrências de expansão ou contração no lado de água da caldeira. Como normalmente a faixa de variação do nível deve ser muito estreita em função de suas deficiências, este sistema de controle terá sua utilização limitada aos casos de caldeiras pequenas, onde o nível não é uma variável muita crítica.
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9.8.2 Controle de nível a dois elementos Conforme comentado anteriormente, o controle de nível utilizando malha comum com realimentação negativa só será aceitável em caldeiras onde o nível não é crítico. Nas caldeiras de grande porte, geralmente o nível é uma variável crítica, uma vez que o volume do tubulão é muito pequeno se comparado com a vazão de vapor; conseqüentemente, pequenas deficiências no controle de nível poderão originar problemas operacionais e de segurança. Como nas caldeiras de grande porte o nível deve ser mantido com exatidão, e as variações na vazão de vapor geram, como conseqüência, variações no nível, a vazão de vapor, em geral, é utilizada para fazer a correção antecipada do nível e, conseqüentemente, para se obter um controle mais eficiente desta variável. Teoricamente, o nível poderia ser controlado com um controle antecipativo puro de maneira análoga ao que se viu anteriormente, onde se pôde concluir que o controle antecipatório puro não funcionará adequadamente. No controle antecipatório com realimentação, ou controle de nível a dois elementos, conforme a Fig. 9.11, a vazão de vapor fará a correção antecipada do nível e a realimentação será feita pelo transmissor e pelo controlador de nível.
Fonte: BEGA, Egídio A.
Fonte: BEGA, Egídio A.
Fonte: BEGA, Egídio A.
Figura 9.10 - Malha de controle de
Figura 9.11 - Malha de controle de
Figura 9.12 - Malha de controle de nível a três
nível a um elemento
nível a dois elementos
elementos
Na malha de controle de nível mostrada anteriormente os sinais do controlador de nível (LRC) e do transmissor de vapor (FT) são enviados ao somador (FY). O somador recebe os sinais do FT e do
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LRC e envia a resultante para a válvula de controle de nível. Nas condições de equilíbrio, a saída do somador será função do sinal recebido do transmissor de vazão de vapor, uma vez que a saída do LRC ficará estável enquanto o nível estiver no ponto de ajuste. Caso o nível saia do ponto de ajuste, a saída do LRC variará e, conseqüentemente, a saída do somador passará a ser função dos sinais recebidos do FT e do LRC. Isto irá ocorrer até que o sistema volte às condições de equilíbrio, ou seja, até que o nível volte ao ponto de ajuste. No controle de nível a dois elementos, o sinal de correção antecipada fornecido pelo transmissor de vazão de vapor opõe-se às influências de expansão ou contração no sistema vapor-água causado na malha de realimentação da caldeira, minimizando as perturbações que estas ocorrências geram às malhas de controle de nível. Esta malha de controle é bastante utilizada, pois seu custo de implantação é baixo e o controle é bastante estável. Nela, a água de alimentação deve ter pressão constante, pois, se ocorrerem variações na pressão, a vazão através da válvula se alterará, obrigando o sistema de controle a fazer correções continuamente. Assim, não é recomendável sua utilização quando uma mesma bomba alimenta diversas caldeiras ao mesmo tempo.
9.8.3 Controle de nível a três elementos O controle de nível a três elementos foi desenvolvido com vistas a eliminar os problemas de controle causados pelas variações na pressão de água de alimentação. Existem diversas versões desta malha de nível, e em todas elas o terceiro elemento é a vazão de água de alimentação. Neste tipo de malha, normalmente se coloca o transmissor de vazão de água após a válvula. A vantagem desta posição é a de evitar que as oscilações de pressão que venham ocorrer na água de alimentação influenciem no controle, uma vez que, neste ponto, a pressão é constante e igual à pressão do tubulão, que é mantida pelo controlador de pressão de vapor. Esta malha utiliza controle antecipatório com realimentação, combinando com controle cascata. Neste caso, a correção antecipada do nível será feita pela vazão de vapor e a realimentação será feita pelo transmissor e pelo controlador de nível, de forma idêntica à descrita anteriormente, enquanto a vazão de água será mantida pela malha escrava de controle de água, em função do ponto de ajuste recebido do somador.
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Nesta malha, a saída do somador será função do sinal recebido do transmissor de vazão de vapor enquanto o nível estiver no ponto de ajuste, uma vez que, nestas condições, a saída da LRC ficará estável. Caso o nível saia do ponto de ajuste, a saída do LRC variará e, conseqüentemente, a saída do somador passará a ser função dos sinais recebidos do FT e do LRC. Isto irá ocorrer até que o sistema volte às condições de equilíbrio, ou seja, até que o nível volte ao ponto de ajuste. O controlador da malha escrava de vazão de água de alimentação atuará na válvula de controle de forma a manter a vazão de água de alimentação adicionada à caldeira, de acordo com o ponto de ajuste recebido do somador. Esta malha de controle de nível é bastante funcional; sua desvantagem é a utilização de dois controladores, aumentando, assim, o custo de instalação e dificultando o trabalho de otimização dos controladores. Outra desvantagem decorrente da utilização de dois controladores é que, mesmo quando colocado em ponto de ajuste local, o LRC não atua direto na válvula de controle. Em face disto, não se consegue controlar o nível manualmente de forma independente das demais variáveis utilizadas nesta malha de controle.
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10 ANALISADORES DE GASES
10.1 INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA 10.1.1 Conceitos gerais a) Análise qualitativa: é a determinação dos componentes de uma mistura sólida, líquida ou gasosa. b) Análise quantitativa: é a determinação da quantidade de cada componente de uma amostra. É 3
expressa em concentração numa das seguintes unidades: % Vol, g/m , ppm Vol, ppb Vol.
10.2 CLASSIFICAÇÃO
10.3 SISTEMA ANALÍTICO DE PROCESSSO O sistema analítico de processo é composto por um equipamento ou conjunto de equipamentos que possibilitam a medição de uma variável analítica.
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Fonte: COSTA NETO, Benedito Lourenço Figura 10.1 - Sistema analítico de processo
10.3.1 Função do analisador O analisador é um equipamento relativamente sofisticado, de operações automáticas e independentes, que tem a finalidade de medir uma ou mais características de uma amostra do processo, que por ele flui continuamente. Sua função é fornecer dados para que, através da intervenção do homem ou de controle automático, seja possível: - manter a segurança das pessoas e equipamentos; - otimizar a eficiência de equipamentos; - melhorar/manter a qualidade de produtos fabricados; - monitorar as condições ambientais em um meio; - otimizar a manipulação e o tratamento de efluentes industriais.
10.3.2 Principais partes do analisador
Fonte: COSTA NETO, Benedito Lourenço Figura 10.2 - Principais partes do analisador
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10.4 SISTEMA DE AMOSTRAGEM O sistema de amostragem age como elo de ligação entre o processo e o analisador, transformando um fluxo inicialmente impróprio para análise em uma amostra representativa e perfeitamente mensurável. É um sistema pouco sofisticado, de operação em geral automática, constituído por um conjunto de equipamentos que possibilitam: a) a captação da amostra; b) o transporte da amostra; c) o condicionamento da amostra; d) o descarte/reprocesso da amostra; e) a admissão de padrões; e f)
a coleta de amostra para comparação.
Devido à infinidade de processos existentes nas indústrias, existe, em conseqüência, uma variedade de sistemas de amostragem, cada qual adaptado às condições peculiares da amostra a ser analisada.
10.5 TIPOS DE ANALISADORES 10.5.1 Análise de gases a) células eletroquímicas - célula de zircônia (O2) b) paramagnetismo (O2) c) absorção de radiação infravermelha (CO2, CO, CnHm, umidade, ...) d) cromatografia (H2, N2, CO2, CO, CnHm, ...) e) quimioluminescência f)
opacímetro
10.5.2 Análise de líquidos (meio aquoso) a) analisador de pH b) condutivímetro (condutividade, concentração de ácidos) c) colorímetro (concentração de cloro, sódio)
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10.6 ANALISADORES COM CÉLULAS ELETROQUÍMICAS 10.6.1 Célula eletroquímica A célula eletroquímica é basicamente constituída por um recipiente que contém dois condutores metálicos (eletrodos) imersos separadamente em uma solução eletrolítica. Existem dois tipos de células eletroquímicas: a) célula galvânica: onde a energia contida no sistema eletrodo/eletrólito é convertida em energia elétrica; e b) célula eletrolítica: onde uma fonte de energia elétrica externa é utilizada para provocar reação química. A intensidade de corrente pelo circuito externo depende basicamente da composição da solução eletrolítica, da natureza dos eletrodos, da temperatura e das características construtivas da célula. Os eletrodos desempenham papel importante nas células eletroquímicas. Eles são classificados em: a) Eletrodos inertes: realizam apenas o contato elétrico com a solução sem entrar em reação química com qualquer componente do eletrólito. A platina é um exemplo desse tipo de eletrodo. b) Eletrodos ativos: entram em contato com o eletrólito, estabelecendo um equilíbrio químico com os íons do mesmo elemento na solução. O valor do potencial gerado dependerá, entre outros fatores, da concentração do íon correspondente. Como exemplo pode-se citar a prata (Ag) imersa numa +
solução contendo íons de prata (Ag ).
Fonte: COSTA NETO, Benedito Lourenço Figura 10.3 - Célula eletroquímica
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10.6.2 Analisador de oxigênio com célula de óxido de zircônio Embora este analisador seja classificado como de tipo galvânico, sua construção é bastante peculiar, diferindo de forma visível dos outros modelos eletroquímicos. A célula de análise é constituída de um eletrólito sólido de óxido de zircônio (ZrO2) estabilizado por meio de adições de pequenas quantidades de outros óxidos. As superfícies opostas deste eletrólito são revestidas de platina porosa e constituem, assim, os dois eletrodos da célula. Se a célula for mantida em temperatura o
suficientemente elevada (por exemplo, 700 C), a cerâmica se tornará um condutor eletrolítico devido à mobilidade dos íons de oxigênio constituintes do óxido. 10.6.2.1 Princípio de funcionamento – Supondo-se que um dos lados da célula esteja em contato com um gás, com uma concentração de oxigênio fixa e conhecida, por exemplo, o ar atmosférico, e o outro lado com um gás cuja concentração de oxigênio se deseja determinar, a célula reagirá. Considerando-se o teor de oxigênio na amostra inferior ao do gás de referência, e que a temperatura da célula é suficientemente alta para liberar íons de oxigênio da estrutura cristalina do óxido, tornando-os portadores de carga, ocorrerão os seguintes fenômenos: a) As moléculas de oxigênio em contato com a superfície aquecida do eletrólito se ionizarão (o revestimento da platina é poroso, permitindo este contato). b) Embora a zircônia seja impermeável às moléculas de oxigênio, ou melhor, aos gases envolvidos, ela permite a passagem dos íons de oxigênio formados na superfície dos eletrodos devido à mobilidade iônica promovida pela temperatura alta. c) Como a concentração de oxigênio e, conseqüentemente, de íons é maior no lado de referência, haverá um fluxo de íons deste lado para o da amostra. d) Supondo os dois eletrodos em circuito aberto, aparecerá entre eles uma diferença de potencial devido às reações. e) Captura de elétrons, pelas moléculas de O2 do lado do ânodo, na formação de íons na superfície do óxido. O2 + 4 elétrons
--
2 (O )
(ânodo)
f) Liberação de moléculas de oxigênio no cátodo e, conseqüentemente, liberação de elétrons neste eletrodo. --
2 (O )
O2 + 4 elétrons (cátodo)
Assim o lado de maior concentração de oxigênio se torna positivo em relação ao de menor concentração. Por esta razão o conceito de ânodo e cátodo nesta célula é relativo. A diferença de potencial gerada defenderá dos seguintes fatores: a) Relação entre as concentrações de oxigênio nos dois lados da célula, sendo tanto maior quanto for esta relação.
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b) Temperatura da célula (eletrólito), aumentando linearmente com esta.
Fonte: COSTA NETO, Benedito Lourenço Figura 10.4 - Princípio de funcionamento da célula de óxido de zircônio
10.7 ANALISADOR DE OXIGÊNIO POR PARAMAGNETISMO Analisadores por paramagnetismo são instrumentos analíticos que permitem determinar a concentração de oxigênio em uma mistura gasosa. O método de medição específico para a análise de oxigênio consiste no aproveitamento de uma propriedade desse gás, que é sua excepcional sensibilidade com um campo magnético. Outros gases, como Óxido Nítrico e Dióxido de Nitrogênio, apresentam também esta característica, porém em menor proporção, além de serem pouco comuns na maioria dos processos. Essa técnica, experimentada a partir das pesquisas de Michael Faraday no século passado, recebeu constantes aperfeiçoamentos até que, por volta de 1940, Leher, na Alemanha, e Dyer, nos Estados Unidos, desenvolveram os primeiros analisadores para medição contínua em processos.
10.7.1 Tipos de analisadores Os analisadores por paramagnetismo são classificados em função da técnica de medição da concentração de oxigênio na amostra. Pode-se distingui-los em analisadores paramagnéticos e analisadores termoparamagnéticos.
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10.7.1.1 Analisadores paramagnéticos – Baseiam-se na medição da suscetibilidade magnética da amostra, por meio da aplicação da lei de Faraday. Conforme técnica empregada na medição, podemse distinguir dois tipos de analisadores: analisador paramagnético magneto-dinâmico e analisador paramagnético de efeito Quincke. a) Analisador paramagnético magneto-dinâmico: trata-se de um instrumento cujo princípio de funcionamento consiste em relacionar o teor de oxigênio, que é paramagnético, com a força exercida sobre um corpo diamagnético imerso num campo magnético não-uniforme. O elemento sensível do analisador é uma peça móvel disposta dentro de um campo magnético heterogêneo, gerado por um imã permanente, com campo intenso. Esta peça é composta de duas esferas de quartzo cheias de Nitrogênio, acopladas em forma de um pequeno haltere. b) Analisador paramagnético de efeito Quincke: utiliza um dispositivo especialmente construído onde o efeito Quincke é observado e medido. Um gás auxiliar (Nitrogênio para faixa de medição < 21% e ar para faixa > 21%) circula em um circuito tubular que forma uma ponte pneumática. A vazão neste circuito é detectada por um catarômetro (detector de pequenas vazões). A amostra circula a câmara de medição que está ligada à ponte pneumática por dois tubos de interligação. Quando não há oxigênio na amostra, as contrapressões nos dois tubos de interligação são iguais; conseqüentemente, não se estabelece fluxo de gás auxiliar pela ponte e, portanto, o sinal de saída do catarômetro permanece inalterado. À medida que a concentração de oxigênio aumenta, as moléculas desse gás são atraídas por um campo magnético concentrado na direção do lado esquerdo do tubo da interligação. Esse processo provocará contrapressões diferentes nas duas interligações, estabelecendo-se, assim, um fluxo pela ponte pneumática que será detectado pelo catarômetro. O campo magnético é proveniente de um eletroímã alimentado com uma tensão alternada de freqüência igual a 8,33 Hz. O sinal de saída do detector é alternado, na mesma freqüência do campo magnético, e de amplitude proporcional à concentração de oxigênio na amostra. 10.7.1.2 Analisadores termoparamagnéticos – Também conhecidos como termomagnéticos, estes analisadores se baseiam na medição do vento magnético. A intensidade do vento magnético corresponde à suscetibilidade do gás ou à concentração de oxigênio da amostra. Este fenômeno pode ser obtido pela combinação apropriada de um gradiente de temperatura e um campo magnético nãouniforme que criam um fluxo gasoso proporcional à suscetibilidade do gás. O oxigênio frio é atraído para a região onde a intensidade do campo magnético é maior. Devido à presença de um filamento posicionado próximo aos pólos do ímã, o oxigênio se aquece, reduzindo, então, sua suscetibilidade magnética. O oxigênio aquecido será deslocado pelo oxigênio frio, que apresenta maior suscetibilidade magnética. Esse processo se tornará contínuo, caracterizando, assim, o vento magnético.
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Dependendo do método de medição, pode-se distinguir dois tipos de analisadores: analisador termomagnético convectivo e analisador termomagnético Leher.
10.8 ANALISADOR POR ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO INFRAVERMELHA O analisador por absorção de radiação infravermelha (analisador infravermelho), do tipo industrial, é um instrumento que permite determinar, de forma contínua, a concentração de um ou mais componentes em uma mistura de gases. O princípio de detecção é específico, pois está baseada na propriedade que possuem os gases de absorver, de forma seletiva, a energia de um feixe de radiação infravermelha; isto é, para um determinado tipo de gás puro, somente certas faixas do espectro (freqüência) de radiação são absorvidas. A técnica de análise por absorção de radiação infravermelha é fruto de uma série de pesquisas e descobertas, tendo como ponto de partida a decomposição da luz em seu espectro visível, por Isaac Newton, até que em 1930 ela foi utilizada para análise em laboratório. A partir da Segunda Guerra Mundial, os analisadores por absorção de radiação infravermelha começaram a ser aplicados em processos industriais.
10.8.1 Absorção de radiação infravermelha pelos gases As moléculas de qualquer gás com temperatura acima do zero absoluto estão em contínuo movimento de translação, rotação e vibração. A energia interna do gás é exatamente o somatório dessas energias cinéticas, enquanto o nível médio energético de cada molécula está relacionado com a temperatura do gás. O movimento vibracional da molécula é tal que os centros de carga positiva e negativa dos átomos apresentam uma discordância durante o movimento oscilatório; isto é, quando é formado um momento dipolar, a molécula emite radiação eletromagnética na faixa do infravermelho. O modo vibracional da molécula de CO2, por exemplo, não emite radiação, pois o movimento dos átomos não cria nenhum momento dipolar. As moléculas de gases homoatômicos (O2, H2, N2, etc.) também não emitem radiação devido à simetria que impede a criação do momento dipolar enquanto vibram. As moléculas heteroatômicas (CO2, H2O, CH4, etc.) emitem radiação infravermelha, pois a falta de
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simetria lhes garante a geração do momento dipolar. O fenômeno de emissão de radiação infravermelha pelas moléculas é perfeitamente reversível. Significa dizer que, se um gás a baixa temperatura for atravessado por um feixe de radiação eletromagnético que contenha o espectro infravermelho, ele absorverá desse feixe aquela parte correspondente à freqüência natural de oscilação de suas moléculas. Esse fenômeno é chamado de ressonância. Como cada molécula possui um padrão único de absorção de radiação infravermelha, esta propriedade funcionará como uma verdadeira "impressão digital", servindo para identificar o gás em questão de formas qualitativa e quantitativa.
10.8.2 Tipos de analisadores Os analisadores por absorção de radiação infravermelha podem ser divididos em duas categorias: analisador do tipo dispersivo (espectrofotômetro) e analisador do tipo não-dispersivo. Nos analisadores do tipo dispersivo o feixe de radiação é disperso por um prisma ou uma grade de difração após atravessar a substância em análise. Um mecanismo faz com que somente uma faixa muito estreita do feixe disperso atinja o detector, permitindo que seja explorado, ao longo de todo o espectro, o poder de absorção de radiação da substância em função do comprimento de onda. Os analisadores do tipo não-dispersivo, chamados também de fotômetros, são os utilizados universalmente em processos industriais, podendo ser encontrados também em laboratórios. Eles permitem que se determine a concentração de uma única substância ao longo do tempo e de forma contínua. Os espectrofotômetros são instrumentos de laboratório e fornecem como resultado o espectro de absorção de radiação de uma substância.
10.9 CROMATOGRAFIA A cromatografia a gás tem provado ser uma importante técnica da química analítica instrumental. O emprego de colunas capilares demonstrou-se, dentro da cromatografia a gás, a mais eficiente arma de separação e, atualmente, devido aos avanços na área de computação e o desenvolvimento de novos dispositivos para a introdução da amostra e detecção das substâncias, a melhor ferramenta
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analítica para análise de gases e líquidos. O analisador por cromatografia em fase gasosa é um instrumento analítico que permite determinar a concentração de mais de um componente gasoso em uma amostra. O método de medição consiste em separar e detectar cada componente, relacionando-os com o volume total de amostra.
10.9.1 Conceitos fundamentais Cromatografia é o processo físico de separação de uma mistura em seus diversos componentes. O método consiste em transportar a amostra em fase móvel através de um suporte denominado fase estacionária, ou fase fixa, o qual compõe o mecanismo de separação. Divide-se em: a) cromatografia a gás - sólido (CGS), na qual a fase fixa é um sólido, e b) cromatografia a gás - líquido (CGL), na qual a fase fixa é um líquido agregado à superfície de um sólido. A cromatografia é classificada pela natureza da fase móvel. Se a fase móvel for um gás, ela será chamada cromatografia em fase gasosa ou cromatografia a gás; se a fase móvel for um líquido, será chamada cromatografia em fase líquida ou cromatografia a líquido.
10.10 ANALISADOR POR QUIMIOLUMINESCÊNCIA 10.10.1 Princípio de operação O método quimioluminescente para determinação de óxido nítrico (NO) é baseado em sua reação com ozônio (O3) para produzir dióxido de nitrogênio (NO2) e oxigênio (O2). Algumas destas moléculas de dióxido de nitrogênio, assim produzidas, encontram-se no estado “eletronicamente-excitado” (NO2*), convertendo-se imediatamente para o estado estável com a emissão de fótons. As reações envolvidas são: NO + O3
NO2 * + O2 (estado excitado) NO2 * + h ν
NO2 * Onde:
h = constante de Planck. ν = freqüência (Hz).
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Como o NO e o O3 se misturam na câmara de reação, a reação quimioluminescente produz emissão de luz que é diretamente proporcional à concentração de NO. Esta emissão é medida por um detector (tubo fotomultiplicador, foto-diodo) associado a um circuito eletrônico.
10.10.2 Determinação de NOx. A determinação de NOx é idêntica à descrição feita no item anterior, exceto que antes de entrar na câmara de reação a amostra é direcionada para um conversor onde o componente NO2 é convertido em NO. A reação é: 2 NO2
2 NO + O2
A resposta do instrumento é proporcional ao NO total na amostra convertida, que é a soma do NO originalmente presente na amostra mais o NO resultante da conversão do NO2. Esta soma de NO e NO2 é comumente chamada de NOx, ou seja [NOx] = [NO] + [NO2].
10.10.3 Geração de ozônio O ozônio para a reação quimioluminescente é produzido em uma câmara (ozonisador) onde um fluxo de ar ou oxigênio vindo de um cilindro externo é exposto à radiação ultravioleta de uma lâmpada.
10.11 MEDIDOR DE OPACIDADE (OPACÍMETRO) Um dos primeiros métodos para avaliação de fumaça foi a escala de Ringelman (1898), que consistiu na comparação visual da amostra a ser analisada com um padrão reticulado. Para uniformizar as avaliações dos efluentes gasosos, a “EPA” promulgou, em 1971, o método 9, que utilizou a escala de Ringelman. Posteriormente incrementou-se o método 9, alternativa 1, com a utilização de medidores analíticos de opacidade (transmissômetros) que permitiram o monitoramento contínuo em fontes estacionárias. Cada tipo de fonte estacionária terá um limite percentual de opacidade permitido, por um determinado tempo de emissão, pois existe uma correlação entre opacidade e a concentração de particulado.
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Incrementando com outros parâmetros, como pressão, vazão e temperatura, pode-se ter o monitoramento da taxa de emissão, parâmetro exigido pelo órgão fiscalizador. Os monitores de opacidade (medição da densidade dos particulados dos gases resultantes da combustão) estão sendo utilizados em diversos tipos de aplicação, como segue: otimização da relação ar/combustível, em caldeiras a óleo, fornos e outros equipamentos de combustão na siderurgia, metalúrgica, petroquímica etc., além de monitoração dos índices de poluição atmosférica e controle de equipamentos, como: incineradores, filtros eletrostáticos, precipitadores, moinhos de carvão, cal, cimento, mineração e outros equipamentos que, na sua operação lançam partículas sólidas na atmosfera; monitoração de ambientes com grande concentração de poluição (poeira), como: minas e grandes túneis rodoviários, permitindo o acionamento de ventiladores e exaustores.
10.11.1 Equipamento Os procedimentos para testes e especificações de um opacímetro são encontrados nas normas da o
“EPA”: Método 9, Alternativa 1 e Método de Especificação e Performance n 1. Estes métodos se encontram no CFR 40, parte 53 a 60 de 01/07/89 Code Federal Regulations. A resposta de pico espectral deve ser de 500 a 600 nm. Abaixo de 400 e acima de 700nm deve ser menor de 10% da resposta de pico. O ângulo máximo de projeção e de prospecção não poderá ultrapassar 5°, pois, para uma melhor detecção do feixe, sua colimação deverá ser do tipo canhão laser. O opacímetro deve conter um sistema de zero e span para cheques periódicos do sistema enquanto em operação. Sua instalação deve ser realizada onde as medidas sejam representativas da emissão total da fonte de poluição em questão, após o sistema de controle poluente, isento de vapor de água, livre de interferência da luz ambiente e em local de fácil manutenção. O opacímetro deverá possuir no mínimo três filtros conhecidos de calibração, para verificar-se a ajustagem.
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11 DESENHO TÉCNICO
Os desenhos são feitos de linhas que representam superfícies, bordas e contorno de objetos. Símbolos, dimensões e palavras são acrescentados a elas, fazendo do conjunto uma descrição completa da peça ou elemento a ser representado. Neste sentido, as letras e algarismos, assim como os demais constituintes do desenho, devem aparecer em estilo uniforme e perfeitamente legível.
Fonte: FRENCH, Thomas Ewing. Figura 11.1 - Letras maiúsculas e minúsculas inclinadas.
11.1 INSTRUMENTOS DE DESENHO E SUAS UTILIZAÇÕES Para registrar uma informação no papel (ou em outra superfície), necessita-se de instrumentos que variam dos mais simples, como lápis e borracha para desenhos feitos a mão livre, até os mais desenvolvidos, como o computador.
11.1.1 Esquadros São instrumentos de desenho com a forma de triângulos retângulos que são utilizados para traçar paralelas e ângulos dos próprios esquadros, além de suas combinações. As principais configurações
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que se encontram de esquadros são duas: um esquadro com um ângulo de 90° e dois ângulos de 45°; e um esquadro com um ângulo de 90°, um ângulo de 60° e um ângulo de 30°.
Fonte: FRENCH, Thomas Ewing
Fonte: FRENCH, Thomas Ewing
Figura 11.2 - Esquadros
Figura 11.3 - Compassos
11.1.2 Compassos São empregados para traçar circunferências, arcos e transpor medidas. Para traçar uma circunferência, primeiro se abre o compasso de modo que a distância entre a ponta seca e a ponta com grafite seja igual ao raio da circunferência a ser traçada. Para isso, geralmente é usada uma régua graduada. Após este primeiro passo, basta colocar a ponta seca sobre o centro da circunferência, segurar o compasso pela cabeça cilíndrica e traçar a circunferência de uma só vez, girando a cabeça cilíndrica entre o polegar e o indicador e inclinando o compasso levemente na direção da linha.
11.1.3 Transferidor Instrumento utilizado na construção e medição de ângulos. O mais usado tem forma semicircular, graduado de 0° a 180°, nos dois sentidos, com diâmetro de 12 cm.
11.1.4 Escala triangular (escalímetro) Possui a forma aproximada de prisma triangular, contendo duas escalas de redução em cada face. As escalas mais empregadas são: 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:25, 1:50, 1:100 e 1:500.
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Fonte: FRENCH, Thomas Ewing. Figura 11.4 - Escala triangular
11.1.5 Lapiseira e borrachas As lapiseiras possuem o diâmetro exato das linhas e não precisam ser afiadas. Aconselha-se possuir as lapiseiras com diâmetros de grafite 0.3, 0.5, 0.7 e 0.9.
11.1.6 Computador e software São utilizados intensamente na atualidade. Com os avanços proporcionados pela tecnologia da informação, os profissionais das áreas de arquitetura e engenharia vêm utilizando programas (softwares) como forma de assegurar a melhoria de produtividade em um mercado cada vez mais competitivo. Eles economizam tempo e mão-de-obra.
11.2 ELEMENTOS BÁSICOS DE UM DESENHO TÉCNICO 11.2.1 Papel Dimensões do papel mais usados em desenhos e projetos.
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Formatos
Dimensão (mm)
Distância da legenda (mm)
A0
841 x 1189
10
A1
549 x 841
10
A2
420 x 594
10
A3
297 x 420
10
A4
210 x 297
5
A5
148 x 210
5
A6
105 x 148
5
11.2.2 Legenda Na legenda ou rótulo estão inclusas todas as informações específicas necessárias à compreensão do desenho. Cada empresa possui sua própria, que pode ser desenhada ou já vir impressa na folha. A legenda deve ser desenhada sempre à direita e abaixo, no canto da folha e com dimensões específicas para cada tamanho do papel.
11.2.3 Linhas As linhas utilizadas no desenho técnico são: grossa, média e fina, sendo uma a metade da espessura da outra. De acordo com a complexidade do desenho, pode-se considerar quatro espessuras para a linha grossa ou cheia: 1,2 mm, 0,8 mm, 0,5 mm e 0,3 mm. A linha grossa e contínua é usada para representar arestas e contornos visíveis, a linha média e tracejada é usada para representar arestas e contornos invisíveis, e a linha fina e contínua é usada para linhas de cota e de extensão, hachuras e diagonais. Além dos exemplos citados, as linhas grossa, média e fina possuem alguns outros empregos, dependendo de seu traçado.
11.2.4 Cotagem Cotagem é a indicação das medidas de um desenho técnico. Ela é indicada pela norma ABNT/NBR 10126/1987. A indicação da medida é feita através das linhas de cota. As linhas de cota são finas, com setas ou traços oblíquos nas extremidades que se posicionam em torno de 7 mm do contorno medido.
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Fonte: FRENCH, Thomas Ewing
Fonte: FRENCH, Thomas Ewing
Figura 11.5 - Linhas de cota
Figura 11.6 - Exemplo de uma peça cotada
11.3 PLANTAS DE ARQUITETURA Para a execução de uma instalação de tubulações para área industrial, é necessário obter detalhes do projeto da unidade industrial. Esses detalhes são representados por plantas, que são desenhos contendo a distribuição dos ambientes que compõem a edificação e suas respectivas dimensões. Como é possível observar, a planta que contém a distribuição dos ambientes da edificação e suas respectivas dimensões nada mais é do que a vista superior de um corte horizontal realizado na edificação a mais ou menos um metro e meio de altura do piso. Em outras palavras, é como se a edificação fosse serrada paralelamente ao piso, a uma altura de, mais ou menos, um metro e meio.
Fonte: Encanador Gasista Predial DR/RJ
Fonte: Encanador Gasista Predial DR/RJ
Figura 11.7 - Corte transversal, corte longitudinal e planta baixa
Figura 11.8 - Planta baixa ou seção horizontal
Para representar-se a altura dos compartimentos, a altura de portas e janelas, espessura de lajes e altura de telhados, dentre outras, corta-se verticalmente a edificação nos sentidos longitudinal (de maior dimensão) e transversal (de menor dimensão). Estas plantas são chamadas de corte
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longitudinal e corte transversal, respectivamente. Para desenhar os detalhes necessários à confecção de telhados são elaboradas plantas de cobertura, que são as vistas superiores “aéreas” das edificações.
11.3.1 A utilização da escala As plantas de uma edificação não podem ser desenhadas no tamanho ou escala natural. Imagine-se o tamanho de papel necessário para desenhar a planta baixa, no tamanho real, de um determinado ambiente. Certamente ela exigiria uma folha com dimensões absurdas. Para que seja possível representar estes desenhos, é necessário reduzir proporcionalmente as medidas reais 10, 20, 50 ou 100 vezes. Se em uma planta estiver escrito escala 1:100, significa que as medidas daquele desenho são 100 vezes menores do que o tamanho real. As medidas ou “cotas” contidas em uma planta representam sempre a medida real. O desenho da planta foi feito muitas vezes menor que o tamanho real; porém, as medidas ou cotas representam as medidas reais, ou seja, a casa mede externamente 5 metros de frente e 10 metros de lado. As escalas mais comuns, usadas em projetos para a construção civil, são: para plantas baixas e plantas de cobertura: escala 1:100 ou escala 1:50 (cem ou cinqüenta vezes menor que o tamanho real), e para plantas de detalhes 1:25 ou 1:20 (vinte e cinco ou vinte vezes menor que o tamanho real). Algumas vezes encontram-se plantas que apresentam partes que não estão “cotadas”, ou seja, que não possuem as medidas do objeto desenhado devidamente indicadas. Para saber as medidas reais do objeto, neste caso, é necessário lançar mão da seguinte fórmula (que é válida como uma aproximação e somente quando o desenho estiver em escala e a escala utilizada na confecção do desenho for informada): (1 / V = d / R) sendo: V - correspondente ao número de vezes que as medidas do objeto foram reduzidas; d - corresponde à medida gráfica, ou seja, do desenho; R - corresponde à medida real do objeto.
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11.4 DESENHO DE TUBULAÇÕES Para a correta execução do projeto de uma instalação de fluídos, além do conhecimento de Plantas de Arquitetura, também é necessário conhecer o Desenho de Tubulações. No projeto de tubulações é comum encontrar os seguintes tipos de desenhos: a) Fluxogramas: desenhos esquemáticos (ou diagramáticos), sem escala, que têm apenas a finalidade de mostrar o funcionamento do sistema. b) Plantas de tubulação: desenhos feitos em escala, representando as tubulações em projeção horizontal, olhando-se de cima para baixo. c) Desenhos isométricos: são desenhos feitos em perspectiva isométrica sem escala. d) Desenho de detalhes e de fabricação, desenho de suportes etc.
11.4.1 Fluxogramas Como já foi mencionado anteriormente, fluxogramas são desenhos esquemáticos que não utilizam escala, e que geralmente mostram todo um sistema constituído por equipamentos, instrumentos e as respectivas redes de tubulações a eles ligadas. Este tipo de desenho tem apenas a finalidade de mostrar o funcionamento do sistema; não se destina a efeitos de fabricação, construção ou montagem pelo fato de não ser feito em escala. Nos fluxogramas são usados desenhos simbólicos para representar válvulas e acessórios que não sejam, propriamente, os tubos.
Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.9 - Exemplo de fluxograma
Apesar de não haver nenhuma norma regulando a forma de fazer os fluxogramas, geralmente eles são feitos de forma que o sentido geral do fluxo nas tubulações principais seja da esquerda para a direita do papel. Além disto, todas as tubulações são representadas por linhas horizontais ou verticais. As linhas horizontais devem ser contínuas, e as linhas verticais são interrompidas ao se cruzarem com as linhas horizontais. As setas indicativas do sentido de fluxo são colocadas nas mudanças de
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direção. São desenhos feitos em escala que contêm todas as tubulações de uma determinada área, sendo esta representada em projeção horizontal, olhando-se de cima para baixo. Os tubos de diâmetros com até 12” são representados por um traço único, na posição da linha de centro. Normalmente os tubos de diâmetros maiores são representados por dois traços paralelos, mostrando o tubo em escala, para melhorar a visualização e a aparência do desenho.
Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.10 - Símbolos utilizados em fluxogramas
11.4.2 Plantas de tubulações Em algumas plantas se encontram, para as válvulas maiores de 3”, o volante e a haste da válvula (em posição aberta) para determinar a melhor posição de operação e assinalar a obstrução causada pela haste, principalmente quando horizontais.
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Semelhante aos fluxogramas, as convenções de plantas também não são regidas por normas, podendo assim variar de uma fonte para outra. A seguir são mostradas algumas das convenções usadas.
Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.11 - Plantas de tubulações
11.4.3 Desenhos isométricos São os desenhos feitos em perspectiva isométrica e sem escala. Estes desenhos são normalmente feitos individualmente, ou seja, cada tubulação é desenhada separadamente. Nunca devem figurar em um mesmo desenho isométrico duas tubulações de áreas diferentes. Nos desenhos feitos em perspectiva isométrica, os trechos verticais de tubulação são representados por traços verticais, e os trechos horizontais, nas direções ortogonais de projeto, são representados por traços inclinados com ângulo de 30° sobre a horizontal, para a direita ou para a esquerda. Os trechos de tubulação fora de qualquer uma das três direções ortogonais são representados por traços inclinados com ângulos diferentes de 30°, devendo ser indicado no desenho o ângulo verdadeiro de inclinação do tubo com uma qualquer das três direções ortogonais de projeto. Os desenhos isométricos são utilizados para fazer a montagem das tubulações; por esta razão, neles devem aparecer obrigatoriamente todos os componentes das tubulações, individualmente, peça por peça, ainda que sejam peças pequenas ou pouco importantes.
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Exatamente como nos fluxogramas e nas plantas de tubulações, para os desenhos isométricos também existe uma convenção de desenhos de equipamentos e acessórios da tubulação. A próxima figura apresenta alguns símbolos que podem ser usados em desenhos isométricos de tubulações.
Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.12 - Símbolos utilizados em plantas
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Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.13 - Desenho isométrico
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Fonte: SILVA TELLES, Pedro C. Figura 11.14 - Símbolos utilizados em desenhos isométricos
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Desenhista Projetista de Instrumentação Unidade II
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APRESENTAÇÃO
O presente trabalho tem como objetivo dar um embasamento teórico sobre o desenvolvimento e elaboração de projetos de instrumentação e automação aplicados às indústrias de processamento de petróleo e derivados. Como referencial teórico para o delineamento e estruturação da abordagem ora desenvolvida utilizouse, fundamentalmente, normas nacionais, internacionais e critérios de projeto da PETROBRAS de uma forma geral, sem entrar nos detalhes e peculiaridades dos critérios de projeto de cada Unidade de Negócio. Sabendo que o assunto aqui tratado é muito extenso e complexo e que deve, ao longo do tempo, sofrer alterações devido ao constante avanço tecnológico, espera-se a colaboração de todos, através de sugestões ou críticas, para mantê-lo sempre atualizado.
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1 FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA
O documento fluxograma, como o próprio título indica, tem o objetivo de apresentar um fluxograma onde tarefas são propostas para serem realizadas na medida em que se avança passo a passo. É o documento que define um roteiro de como as atividades estão encadeadas e como devem acontecer. No caso específico do fluxograma aplicado ao processo industrial, este documento apresenta a seqüência de operações por onde um fluído passa, como e onde pode ser processado, condicionado, transformado, dividido, armazenado ou, ainda, distribuído. São várias as possibilidades de processamento; elas dependem de cada equipamento previsto no processo e sua respectiva função.
1.1 SIMBOLOGIA A elaboração e o desenvolvimento de desenhos em um projeto industrial nada mais é do que o uso e a aplicação de inúmeros símbolos gráficos encadeados, agrupados e integrados de forma a transformar um simples desenho ou dado em uma informação. Conforme Aurélio Buarque de Hollanda Ferreira em seu Pequeno Dicionário Brasileiro da Língua Portuguesa, “símbolo é a imagem empregada como sinal de uma coisa”. Para uma comunicação gráfica eficaz, faz-se necessária uma uniformização de imagens, ou seja, a adoção de desenhos padronizados, os símbolos, que, como o próprio nome define, estarão simbolizando e representando um equipamento, um instrumento, uma interligação ou uma conexão. A simbologia utilizada nos fluxogramas de uma unidade industrial está basicamente dividida em simbologia de instrumentação, tubulação e equipamentos.
1.1.1 Instrumentação A simbologia de instrumentação aplicada aos fluxogramas de Processo e de Engenharia tem foco principal em indicar a localização do instrumento, se está no campo ou em painel, remoto ou na sala,
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se está disponível para visualização ou não. Mostra também se ele faz parte de uma monitoração, controle, ou intertravamento, bem como as interligações dos sinais. Junto com o símbolo do instrumento é mostrada sua identificação, o que permite uma melhor e adequada interpretação e controle da instrumentação. Diversas empresas têm sua simbologia própria; entretanto, é comum adotar-se a simbologia definida pela entidade internacional ISA – The Instrumentation, Systems, and Automation Society. O mesmo acontece para a identificação da instrumentação. É escopo da disciplina de Instrumentação participar na elaboração do Fluxograma de Engenharia, identificando os instrumentos adequada e individualmente e agrupando-os em malhas, aplicando os símbolos de acordo com tipo e a localização de cada um e prevendo sua interligação para a correta interpretação das malhas de monitoração, controle e intertravamento. No Anexo I-A estão indicados os principais símbolos utilizados nos fluxogramas, e no Anexo I-B está a forma de identificar a instrumentação, também já tratados no Módulo I. A simbologia completa a ser utilizada é encontrada na norma ANSI/ISA-S5.1.
1.1.2 Tubulação A simbologia de tubulação aplicada tanto aos fluxogramas de Processo como nos fluxogramas de Engenharia indicam as linhas do processo que interligam os diversos equipamentos, se tais linhas são isoladas ou aquecidas, onde estão ou podem ser bloqueadas. Mostra também os diversos acessórios aplicados nas conexões e proteções. Atenção especial deve ser dada nos casos das válvulas de controle, indicando o símbolo da redução de tubulação quando for o caso. No Anexo I-C estão indicados os principais símbolos de tubulação utilizados nos fluxogramas. No Módulo II não será tratada a forma de identificação das linhas do processo e de utilidades. A simbologia completa a ser utilizada é encontrada na norma PETROBRAS N-0058.
1.1.3 Equipamentos A simbologia de equipamentos utilizada nos fluxogramas de Processo e também nos fluxogramas de Engenharia é a mesma e indica os equipamentos que realizam cada processamento e a respectiva função. A interligação dos equipamentos é mostrada pela tubulação, e o controle e intertravamento
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são mostrados pela instrumentação. No Anexo I-D estão indicados os principais símbolos de equipamentos utilizados nos fluxogramas. Neste Módulo II não será tratada a forma de identificação dos equipamentos. A simbologia completa a ser utilizada é encontrada na norma PETROBRAS N-0058. Havendo interesse por parte do leitor, recomenda-se também a leitura da norma internacional ANSI/ISA S5.5 que versa sobre o mesmo assunto, porém para unidades de visualização as quais são utilizados por operadores. Esta norma está basicamente direcionada aos símbolos a serem utilizados na configuração de telas de operação (em SDCD, supervisórios etc.) de forma a mantê-las o mais próximo daquilo que é indicado nos fluxogramas de engenharia. Certamente, alguns símbolos diferentes da norma PETROBRAS N-0058 serão sugeridos para a mesma aplicação; entretanto, o mais importante é lembrar que, ao executar a configuração, na medida do possível, é muito conveniente adotar-se os mesmos símbolos utilizados em um fluxograma de Engenharia, documento muito manuseado pela equipe de operação, a mesma usuária das telas de operação.
1.2 CONTEÚDO DO FLUXOGRAMA DE PROCESSO O documento Fluxograma de Processo, também conhecido como PFD, do inglês Process Flow Diagram, apresenta os principais equipamentos que realizam as operações do processamento e as linhas que indicam suas respectivas interligações. Para cada interligação estará indicado o fluxo de processo e suas respectivas condições de operação; ou seja, para cada fluxo estarão vinculadas as informações de pressão, vazão e temperatura, nas condições mínima, normal e máxima. A apresentação das condições de operação é feita associando-se uma figura geométrica e um número. Para cada tipo de variável – por exemplo, pressão, vazão, temperatura e viscosidade – é associada uma figura geométrica, sendo a numeração seqüencial para cada tipo de figura. Na parte inferior do desenho é mostrada uma tabela com diversas colunas numeradas, onde cada coluna apresenta as condições de operação de cada fluxo do processo associado ao respectivo número da coluna. Nesta tabela são indicadas as unidades de engenharia associadas aos valores apresentados de cada variável de processo. É comum estarem indicadas também algumas malhas de controle de forma simplificada e sem identificação, para possibilitar um melhor entendimento do processo. No Anexo II-A é apresentado um exemplo de Fluxograma de Processo.
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1.3 CONTEÚDO DO FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA O documento Fluxograma de Engenharia, também conhecido como P&ID, do inglês Piping and Instrumentation Diagram, apresenta todos os equipamentos que realizam as operações do processamento, todas as linhas de processo que indicam as respectivas interligações entre os equipamentos e todas as linhas de utilidades, como ar de processo, ar de instrumento, água, vapor de baixa/média/alta pressão, fluidos de selagem, e purgas. Os equipamentos são apresentados com alguns detalhes de seus internos, como, por exemplo, as bandejas internas de uma torre, as divisórias internas de um vaso. A indicação dos internos dos equipamentos também permite e identificação correta do ponto de medição quando existe uma instrumentação associada. No Fluxograma de Engenharia não são indicadas as condições de operação das variáveis de processo como vazão, pressão, temperatura etc. de cada fluxo do processo. É comum colocar-se os equipamentos principais do processo no centro do desenho, por exemplo, torre, vasos etc., as bombas para transferência de produto na parte inferior do desenho, e as entradas e saídas de produto e utilidades nas laterais à esquerda e à direita do desenho. Já os permutadores de calor são colocados junto aos equipamentos principais onde melhor puder ser a indicação, próximo aos equipamentos, nos fluxos principais ou nos fluxos de transferência. Quando houver linhas entrando e saindo do fluxograma, deverá haver também o número do fluxograma para onde vão ou de onde estão vindo. Observa-se que é comum ter-se no centro o processamento, na parte inferior a transferência de líquidos, nas laterais as entradas e saídas, e na parte superior os fluxos de gases. As linhas, ou tubulação, de processo e utilidades são representadas de forma diferente, onde se tem espessura maior para as linhas com fluido de processo e linhas de espessura menor para as utilidades (vapor, água, ar, condensado, ..). No Fluxograma de Engenharia é representada toda a instrumentação com sua respectiva identificação (TAG), permitindo o perfeito entendimento de sua função de monitoração, controle ou intertravamento, sua localização campo ou painel, em quase sua totalidade disponível para visualização e uso pelo operador, indicando também alguns TAGs ou funções de programa onde a operação não tem acesso. A representação da instrumentação também mostra o vínculo dos
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instrumentos sensores com possíveis controles e intertravamentos, até a ligação com os elementos finais de controle que agem sobre o processo, ou seja, a formação das malhas de controle. A identificação da interligação dos instrumentos permite o entendimento dos tipos de sinais de cada caso – por exemplo, analógico, discreto, comunicação serial –, e a relação entre os instrumentos permite identificar os tipos de malhas – por exemplo: aberta para monitoração, fechada para controle ou intertravamento, e em cascata (cascade) ou sobreposição (override). Ainda, blocos de controle podem ser mostrados como parte de uma malha de controle, de forma a apresentar funções específicas e relevantes ao entendimento do controle do processo. No Anexo II-B é apresentado um exemplo de Fluxograma de Engenharia.
1.4 DIFERENÇA DO FLUXOGRAMA DE PROCESSO E INTERPRETAÇÃO Quando o fluxograma é apresentado de forma simplificada apenas mostrando os equipamentos, o fluxo principal do processo e as condições de operação mínima, normal e máxima para as variáveis de processo vazão, pressão, temperatura e viscosidade, diz-se como sendo um Fluxograma de Processo. Quando é apresentado de forma mais detalhada, mostrando todas as linhas de processo, as linhas de utilidades necessárias ao processo como ar, água, vapor, energia, os detalhes de tubulação, e também é mostrada toda a instrumentação e automação, seus intertravamentos e controle, diz-se como sendo um Fluxograma de Engenharia. O processo de uma unidade industrial pode ser representado com apenas alguns fluxogramas de Processo; entretanto, esta quantidade se multiplica quando o fluxograma é detalhado como um Fluxograma de Engenharia.
191
192
2 PROJETO BÁSICO DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
O principal objetivo de um Projeto Básico é fornecer todas as informações necessárias ao refinamento do orçamento e confirmação da aprovação do empreendimento, seguido da necessidade de se ter todas as definições para a execução do Projeto Executivo, de forma que não haja dúvidas por parte da projetista. Nesta etapa devem ser definidos todos os critérios e diretrizes a serem seguidas para se ter um escopo claro e objetivo. Este capítulo tem como objetivo apresentar as características de cada documento pertinente a esta fase, de forma a permitir um bom entendimento dos modelos anexados para um futuro desenvolvimento de um projeto básico. Deve ser observado que a documentação de projeto proporciona melhor organização e consulta quando é emitida dedicada e separada por cada unidade de processo, ou por cada unidade de utilidades. Está cada vez mais comum aplicar-se o conceito de base de dados como o centro das informações de processo e condições de operação tanto de tubulações (linhas) como de equipamentos, passando a base de dados a servir como fonte original de onde serão extraídos os demais documentos quando possível, e também na fase seguinte, o Projeto Executivo. Em particular na instrumentação e automação, considerando que o Fluxograma de Engenharia já foi trabalhado, então o ponto de partida é a Lista de Instrumentos Preliminar. Softwares mais avançados e integrados permitem o início já no Fluxograma de Engenharia com a base de dados integrada conforme mencionado acima. São documentos típicos para serem trabalhos em base de dados os listados abaixo: • Lista de Documentos de Projeto • Lista de Instrumentos Preliminar • Folha de Dados de Processo para Instrumentação. Contudo, outros documentos, pelas características de suas informações e objetivos, são mais convenientes de serem trabalhados e emitidos com base em outros softwares. Documentos passíveis de emissão com base em softwares para desenhos – por exemplo, AutoCAD e InteliCAD –, estão indicados abaixo:
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• Diagrama Lógico • Matriz de Causa e Efeito • Arquitetura de Sistemas de Controle. Quando os documentos têm como base textos longos, tarefas que requerem longas explicações ou especificações, é recomendada a utilização de softwares de edição de texto, por exemplo: MS Word: • Critérios de Projeto • Memorial Descritivo – Projeto Conceitual • Descrição Funcional. Como forma de facilitar os trabalhos também é feita a combinação destes softwares em um mesmo documento, por exemplo: desenhos em AutoCAD vinculados a uma base de dados, ou documentos em MS Word com anexos em MS Excel. Considerando-se que um Projeto Básico é uma integração de diversas informações básicas e definições que servirão, posteriormente, para a elaboração de um Projeto Executivo, e estão distribuídas em diversos tipos de documentos, deve-se observar que cada documento a ser emitido deverá conter os documentos de referência que serviram para a elaboração do documento em questão, e também outros documentos afins que servem para complementar o entendimento do projeto.
2.1 IDENTIFICAÇÃO DE DOCUMENTOS Para ter um controle adequado, e a respectiva rastreabilidade, todos os documentos de um projeto devem ser identificados por um número com estrutura padronizada, sejam os emitidos no projeto como também os emitidos por fabricantes de equipamentos e instrumentos. O critério deve ser o mesmo. Uma identificação recomendada para um número de documento deve conter: I-TT-XUUU.YY-AAAA-DDD-EEE-ssss
2.1.1 Idioma = I Quando requerido para identificar ser diferente do idioma oficial da empresa.
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2.1.2 Tipo de documento = TT Define o tipo do documento, por exemplo, os códigos a seguir: • DE = desenho • ET = especificação técnica • FD = folha de dados • LB = lista de cabos e interligações • LD = lista de documentos • LE = lista de equipamentos • LI = lista de instrumentos, lista de entradas e saídas • LM = lista de materiais • MA = manual • MC = memorial de cálculo • MD = memorial descritivo • PD = padrão • PT = parecer técnico • RL = relatório • RM = requisição de material
2.1.3 Unidade de negócio = XUUU.YY Define a que unidade de negócio (UUU) o documento pertence. Normalmente é utilizado em grandes corporações com a área de engenharia centralizada. Em empresas menores ou com unidade de produção única, ou ainda com a engenharia descentralizada, a identificação da unidade de negócio não é aplicada. Este identificador também permite identificar a área de atuação da corporação (X) em que o documento se aplica, e também diferenciação para posições geográficas (YY).
2.1.4 Área operacional = AAAA Define a que área operacional, de processo, utilidades, subestação, casa de controle, prédio administrativos etc. o documento pertence dentro da unidade de negócio.
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2.1.5 Disciplina = DDD Define a disciplina de Engenharia a que pertence o assunto apresentado no documento, por exemplo: • 100 a 199 = civil • 200 a 299 = tubulação • 300 a 399 = máquinas rotativas • 500 a 599 = equipamentos estáticos • 700 a 799 = eletricidade • 800 a 899 = instrumentação e automação • 900 a 999 = processo
2.1.6 Código da empresa = EEE Define a empresa que emite o documento.
2.1.7 Seqüencial numérico = ssss Define o seqüencial efetivo do número do documento dentro das identificações acima. Permite o controle de documentos gerados e emitidos. Vale lembrar que a estrutura de número sugerida acima é um dos itens da identificação do documento. Considerando que cada documento deve possuir um selo no canto inferior direito no caso de desenhos (formato A3 ou superior) ou na parte superior da página no caso de documentos em texto (formato A4), deve ser indicado também o título do documento, descrição da área e do projeto, revisão, folha, escala (quando for o caso), quem elabora, verifica e aprova, nome ou logomarca da empresa que emite e nome ou logomarca da empresa cliente. Para melhor entendimento ou maiores informações, deverá ser consultada a norma PETROBRAS N-1710, que contempla a identificação de documentos.
2.2 CRITÉRIOS DE PROJETO Os critérios de projeto podem ser divididos basicamente em três tópicos principais, que são apresentados neste item.
196
2.2.1 Critérios para especificação de instrumentos e sistemas Estes critérios não serão tratados no presente módulo. Caso o leitor deseje aprofundar-se no assunto, recomenda-se a leitura das normas PETROBRAS N-1882. Com relação a este aspecto, também deverão ser estudados os critérios de cada Unidade de Negócio, onde são abordadas as particularidades das instalações locais da Unidade. Contudo, apresentam-se alguns tópicos importantes, a saber: • Unidades de Engenharia temperatura: [°C]; vazão de vapor de água: [t/h]; vazão de líquidos: [m3/h]; vazão de gás: [Nm3/h]; 2
2
pressão: [kgf/cm ] (manométrico) ou [kgf/cm A] (absoluto); vácuo: recomenda-se [mmHg]; baixas pressões: [mmH2O]; nível: [%]. • Transmissão dos sinais 2
instrumentação pneumática: 0,2 a 1,0 [kgf/cm ]; sinal eletrônico analógico: 4 a 20 [mA] em 24Vcc; termorresistências: Pt100 segundo a norma IEC 60751; transmissores digitais: sinal eletrônico analógico com sinal digital protocolo HART ou Foundation Fieldbus; termopares; preferencialmente tipo K segundo a norma ANSI/ISA MC96.1; admite-se ainda, para alguns sistemas auxiliares, a transmissão hidráulica; os valores de pressão e temperatura serão de acordo com as recomendações do fabricante dos dispositivos; comunicação entre sistemas digitais, como, por exemplo, SDCD com [SCMD, CLP, PES, STVM, STTQ, Sistemas de Vibração, Computador de Vazão etc.]: ModBus/RTU em RS-485. O padrão RS-232C tem limites de distância e permite apenas ligação ponto a ponto; por isso, sua aplicação é restrita. • Invólucros grau de proteção mínimo IP-65 ou superior; possuir certificado de conformidade emitido pelo INMETRO ou por órgão credenciado, para instalação na atmosfera explosiva a que se destina; a conexão elétrica dos instrumentos deve ser no mínimo 1/2” NPT (F); as conexões pneumáticas dos instrumentos devem ser no mínimo de 1/4” NPT (F); todos os instrumentos devem ser fornecidos com plaquetas de identificação em aço inoxidável AISI 316, gravação em baixo relevo, letras e números na cor preta, fixadas permanentemente
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aos instrumentos; o material da plaqueta poderá ser alterado se o ambiente onde é instalado o instrumento assim o exigir; deve possuir conexão para aterramento da carcaça.
2.2.2 Critérios de instalação Os critérios de instalação de campo estão amplamente definidos na norma PETROBRAS N-1882 e não serão detalhados neste item. Contudo, alguns tópicos estão salientados abaixo. De forma a complementar o conhecimento sobre o assunto, também se recomenda o estudo das normas API RP551 e API RP-552. • Sistemas de ar de instrumento Deve ser prevista medição de vazão e pressão no alimentador principal. A distribuição de ar de instrumentos deve ser feita através de um anel fechado. Verificar o consumo de cada dispositivo e, na falta de informação do fabricante, estimar. Atenção especial deve ser dada aos painéis locais e a sistemas com comandos pneumáticos. Considerar consumo dos instrumentos em 1 Nm3/h. Observar a quantidade de consumidores por ramal: número de consumidores
diâmetro da tubulação [in]
1a5
1/2
6 a 20
1
21 a 50
1½
51 a 100
2
101 a 200
3
Prever folga de 30% do consumo calculado. Considerar folga em acumuladores para paradas de emergência. A linha de distribuição, também conhecida como header, deve ter diâmetro mínimo de 2”. Os ramais de descida devem ter diâmetro mínimo de ½”. As tomadas no header principal devem sempre estar na parte superior da linha, com válvula de bloqueio por ramal. Os pontos baixos devem sempre possuir válvulas de dreno. Prever válvulas de bloqueio com diâmetro de 1” no header para futuros consumidores, na quantidade mínima entre 10% e 20% uniformemente distribuídas na unidade. Considerar estas esperas no dimensionamento do sistema de ar comprimido. Prever filtro regulador em todas as válvulas de controle.
198
2
Considerar que a pressão de suprimento do ar de instrumento pode variar entre 7,5 kgf/cm e 2
3,5 kgf/cm . Atenção ao dimensionamento de atuadores pneumáticos. A pressão do ar de instrumentos é característica de cada empresa, e por isso necessita de confirmação da situação existente ou desejada no caso de um novo projeto. O teor de óleo no ar de instrumento não deve exceder 1 ppm em volume. O ar de instrumento não deve conter partículas sólidas de diâmetro superior a 3 µm. Evitar a utilização de tubings plásticos, exceto quando necessário devido às condições do ambiente. O tubing em cobre com cobertura de PVC preto foi amplamente utilizado devido a oferecer uma resistência mecânica melhor que o tubing plástico; entretanto, vem sendo aplicado com freqüência o tubing em aço inox, que tem maior resistência mecânica, maior durabilidade e proporciona melhor acabamento na instalação. O tubing em aço inox também oferece redução nas atividades e manutenção. Considerar que o menor diâmetro deve ser de ¼” e maior quando o controle assim o requer. Independente da Unidade de Negócio e do sistema de distribuição e ar de instrumento disponível ou a ser projetado, recomenda-se a aplicação de filtro regulador para a limpeza do ar de instrumento junto ao dispositivo que recebe a alimentação pneumática. • Sistemas elétricos Os níveis de tensão de alimentação de energia para a instrumentação são: o
125 Vcc a partir do banco de baterias: controladores do SDCD e PES. O banco de baterias deve suportar a carga no mínimo por 30 min.
o
120 Vca, 60Hz confiável, a partir do inversor: CLPs que não tenham fontes em 125Vcc, analisadores de processo e de controle ambiental. Circuitos de ventiladores, aquecedores, iluminação e tomadas auxiliares de painéis de instrumentação na sala ou de campo.
o
24 Vcc com 4 a 20mA para instrumentos a 2 fios.
o
120Vca, 60Hz para instrumentos a 4 fios.
Prever alarme de falha de alimentadores no SDCD e no SCMD. A equipe de Instrumentação deve verificar com os fabricantes de equipamentos e/ou instrumentos, e informar para a disciplina de Elétrica sobre as cargas previstas de cada projeto, para que esta possa verificar e definir a capacidade de cada alimentador e respectiva fonte. Atenção especial aos painéis locais ou de sala. Observar os limites máximos de tempo exigidos pelos fabricantes de instrumentos no caso de troca de alimentadores na falha de um com a passagem do principal para o reserva, para que não haja interrupção de energia ao instrumento ou sistema. Todos os painéis devem ter suas carcaças aterradas. Preferencialmente, deve-se executar também o aterramento com condutor específico para cada fonte, independente do terra da carcaça, normalmente conectados em chapeiras independentes que são instaladas no porão de cabos ou abaixo do piso falso. Ainda assim, deve ser verificado qual o procedimento recomendado pelos fabricantes de cada sistema para o aterramento adequado.
199
Prever em cada prédio com painéis de instrumentação e automação uma chapeira isolada, locada no porão de cabos ou abaixo do piso falso, para o aterramento de sinais de instrumentação. Ela deve ser conectada com cabo isolado até a malha de terra geral da unidade, e também com cabo isolado até uma barra de terra isolada dentro dos painéis de rearranjo. Todos os cabos e multicabos de sinais (4 a 20mA, mV, Pt100, serial, discretos) devem possuir blindagem eletrostática e não higroscópica geral e individual (por par ou terna), e o fio dreno geral e individual deve ser conectado à barra de terra isolada, instalada para este fim, dentro dos painéis de rearranjo da sala de controle ou subestação, onde chegam os cabos de instrumentação do campo. A extremidade aterrada é a da sala, e não a do campo, pois no campo o fio dreno não é conectado. Cada instrumento no campo deve ter sua carcaça aterrada ao pedestal em que estiver instalado. As extremidades aparentes dos eletrodutos de envelopes dentro das caixas de piso devem ser aterradas. Considerar aterramento individual para sistemas CA e CC. Consultar a norma API-RP-552 em seu item 20.9. A conexão do fio dreno do par (ou terna) do cabo individual do instrumento é conectado por borne isolado na caixa de junção ao fio dreno do multicabo que sai da caixa de junção em direção à sala. A blindagem de sinal dos cabos deve permanecer isolada da carcaça de seu instrumento. Somente podem estar em um mesmo eletroduto, aparente ou de envelope, cabos ou multicabos com sinais de mesma natureza. Os cabos de instrumentação com sinais distintos devem ser agrupados separadamente. Consultar a norma API-RP-552 para verificar os agrupamentos recomendados e seus afastamentos. Sempre que for necessária a construção de envelope novo, recomenda-se verificar a situação do local onde será construído para definir sobre as quantidades de eletrodutos. Em locais congestionados, recomenda-se, sempre que for possível, a maior quantidade possível para evitar novas obras, em especial quando se tratar de locais com possibilidade de expansões futuras. É exemplo a entrada de casas de controle local ou subestações. Uma quantidade de reserva mínima de 20% deve ser considerada. A taxa de ocupação dos eletrodutos deve estar de acordo com a norma NBR-5410 da ABNT. Recomenda-se a bitola mínima de 2” para eletrodutos de envelopes. Todos os pares (ou ternas) de um multicabo devem estar conectados em bornes em ambas as extremidades, na caixa de junção e no armário de rearranjo dentro da sala. Recomenda-se que a identificação da régua de chegada do multicabo no armário de rearranjo tenha o mesmo TAG
200
da caixa de junção em que está conectada sua outra extremidade no campo, e que os bornes tenham o mesmo número em ambos os lados. Quando se tratar de instalação com leitos ou eletrocalhas, considerar que eles devem ser aterrados ao longo de toda a sua extensão. Quando as eletrocalhas ou leitos tiverem que ser instalados em locais com alta temperatura ou expostos a locais de risco de incêndios, recomenda-se executar isolamento térmico deles. Para melhor entendimento sobre envelopes, consultar a norma PETROBRAS N-1996. Para melhor entendimento sobre instalação de leitos e eletrocalhas, consultar a norma PETROBRAS N-1997. • Localização de instrumentos O local de instalação dos instrumentos deve ser de fácil acesso, preferencialmente a partir do solo ou de plataformas e escadas, desde que as linhas de impulso sejam de comprimento mínimo. Não instalar em locais onde não haja acesso como pipe-racks. Havendo necessidade de medição de líquidos em tubovias, verificar a possibilidade de instalação do instrumento pouco abaixo das tomadas; caso contrário, considerar a necessidade de válvulas de vent, dirigindo para local seguro, junto ao instrumento, para a colocação em operação e retirada de bolsões de gás. Caso a visibilidade fique prejudicada, então poderá ser instalado indicador local para permitir a boa leitura pelo operador. Por exemplo, indicação da variável controlada junto à válvula de bypass de válvula de controle. O local de instalação deverá ter espaço suficiente para a manutenção dos instrumentos e válvulas, e não poderá bloquear a passagem de pessoal. Prever a instalação das válvulas de controle ao nível do solo; não sendo possível, então prever a inclusão de plataformas para acesso. Os instrumentos devem ser montados de forma que o display fique 1,40 m de altura, em suporte pedestal de tubo de 2” ou em coluna ou parede, também utilizando tubo de 2”. O local de instalação deve ser isento de vibração. Verificar a necessidade de iluminação para a boa leitura do display do instrumento. • Linhas de impulso Para a medição de gás, considerar as linhas de impulso na vertical para cima e o instrumento acima da tomada. No caso de conexão em flanges de orifício, também adotar a tomada superior com as linhas na vertical para cima ou a 45º para cima da linha horizontal e instrumento acima da tomada. Para medição de vapor de água, considerar as tomadas na horizontal ou inclinadas em 45º para cima, e a linha de impulso com caimento para a tubulação. No caso de conexão em flanges de orifício, também adotar as tomadas inclinadas em 45º acima da linha horizontal ou as tomadas na horizontal e as linhas de impulso com caimento para a tubulação. Utilizar potes
201
de condensado e instrumento abaixo das tomadas. O material TÊ de selagem também poderá ser utilizado para condensação e selagem se for o caso de vapor de baixa pressão. Para a medição de líquidos, as tomadas na horizontal ou inclinadas em 45º para baixo, e a linha de impulso com caimento para o instrumento. No caso de conexão em flanges de orifício, também adotar as tomadas na horizontal ou inclinadas em 45º abaixo da linha horizontal, e as linhas de impulso com caimento para o instrumento. Não utilizar as tomadas inferiores (vertical para baixo) em flanges de orifício. Quando for necessária medição com três transmissores em uma placa de orifício, instalar a placa de orifício em trecho vertical com as tomadas nos flanges eqüidistantes 120º. Os arranjos dos tubings deverão ser preferencialmente simétricos. Prever suportação das linhas de impulso considerando linha cheia. Evitar que as linhas de impulso suportem o peso do instrumento, o qual deverá ter suporte próprio, devendo ser em tubo de 2” (pedestal ao piso, ou em coluna, ou em estrutura metálica). As linhas de impulso e sua suportação não devem provocar esforço mecânico nas conexões aos instrumentos. Atenção especial deve ser dada aos casos de linhas de impulso para H2S e H2, onde os instrumentos devem instalados o mais próximo possível das tomadas. As conexões ao processo deverão atender às definições da norma PETROBRAS N-0076 sobre tubulação. O material usado na instalação dos instrumentos ao processo deve seguir especificação de material indicada na norma PETROBRAS N-1931. As tomadas ao processo devem ser independentes para cada instrumento quando se tratar de redundância de medição, e em especial quando os instrumentos estiverem vinculados ao intertravamento no SIS. O isolamento térmico de linhas de impulso deve ser executado somente até a selagem. Caso seja necessária a utilização de purga, deve ser instalada imediatamente após a válvula de bloqueio raiz, e estar de acordo com a norma API RP 551 Section 6. Prever selagem para evitar entupimento da tomada, temperatura elevada no instrumento, ou corrosão no sensor. No caso de aquecimento de tomadas e linhas de impulso, prever aquecimento somente para o fluido a ser aquecido, até a selagem, deixando as linhas com o fluido de selagem descobertas.
2.2.3 Critérios para apresentação da documentação de projeto Os critérios para a apresentação do projeto de instrumentação estão sendo apresentados detalhadamente neste módulo em cada documento citado.
202
2.3 REPRESENTAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO EM FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA A utilização da simbologia de instrumentação vista anteriormente ainda traz as informações do tipo de malha ou lógica, se se trata de controle ou de intertravamento e onde estão sendo processados. Observar que os instrumentos de uma malha de controle e do intertravamento são distintos.
2.3.1 Controle A malha de controle tem basicamente sinais de medição contínua e tem associados os pontos de alarme. Pode ter sinais discretos para partida, parada, seqüenciamento, e também sinais de trip. Os instrumentos sensores e elementos finais de controle são representados por círculos (com o TAG indicado internamente ao círculo), e o controle por quadrados com círculos inscritos. Quando houver alguma lógica de seqüenciamento, então internamente ao círculo é indicado o código “i2”, que indica processamento no SDCD. Ainda, pode-se ter o quadrado com losângulo inscrito sem indicação de código “i1” ou “i2”, o que significa que se trata de processamento em CLP de painel local. Poderá ser no SCMD quando este símbolo estiver ligado ao CCM e, neste caso, normalmente está sob a responsabilidade da disciplina de eletricidade.
2.3.2 Intertravamento O intertravamento ou trip basicamente são sinais discretos, normalmente ajustados em valores limites de muito alto (High High) e de muito baixo (Low Low), podendo incluir sinais de medição contínua. Preferencialmente os sinais iniciadores são provenientes de instrumentos transmissores. Lógicas com votação 2 de 3 são utilizadas, isto é, a lógica atuará de acordo com a concordância mínima de 2 sinais em 3, no inglês 2oo3 (2 out of 3). Os instrumentos sensores e elementos finais de controle são representados por círculos (com o TAG indicado internamente ao círculo), e o intertravamento por quadrados com losângulos inscritos; internamente ao losângulo é indicado o código “i1”, que indica processamento por TMR.
203
2.4 LISTA DE DOCUMENTOS DE PROJETO Este documento constitui a lista que contempla todos os documentos do projeto para a execução completa do Projeto Executivo e da respectiva obra. A Lista de Documentos de Projeto é emitida em caráter específico para cada projeto, segregando-se também a Lista de Projeto Básico da posteriormente elaborada para o Projeto Executivo. O Projeto Básico e o Projeto Executivo são projetos de etapas distintas, são independentes, tem enfoques e propósitos distintos e conteúdos diferentes, e não cabe reaproveitamento da lista de documento revisando-a a cada etapa. A Lista de Documentos de Projeto tem o mesmo modelo tanto para o Projeto Básico como para o Projeto Executivo. A diferença básica, além do conteúdo, evidentemente, é que a Lista de Documentos de Projeto Básico inclui os documentos de todas as disciplinas (civil, tubulação, equipamentos, elétrica, instrumentação e automação, processo), e na Lista de Documentos de Projeto Executivo, recomenda-se que ela seja emitida separadamente para cada disciplina. Eventualmente, de acordo com cada empresa, a Lista de Documentos de Projeto Básico pode ser simplificada; entretanto, implicará em modelos e padrões de listas adicionais, o que deixa de ser favorável para a otimização da padronização. Uma Lista de Documentos deve conter as seguintes informações: • folha capa padrão identificada e preenchida apropriadamente, • número de cada documento, • a revisão em que se encontra cada documento, • o propósito da revisão em que se encontra cada documento, • o título de cada documento, • a identificação do arquivo eletrônico de cada documento e • um campo para ser indicada a revisão da Lista de Documentos em que o documento foi incluído e subseqüentemente teve uma de suas informações alterada. São documentos típicos para serem trabalhos em base de dados e o de emissão em formato A4. No Anexo III é apresentado um exemplo de Lista de Documentos de Projeto
204
2.5 LISTA DE INSTRUMENTOS PRELIMINAR Este é primeiro documento a ser elaborado após a consolidação do Fluxograma de Engenharia no Projeto Básico. Nele deverão ser listados todos os instrumentos do projeto, os mesmos apresentados nos Fluxogramas de Engenharia, respectivamente. A Lista de Instrumentos Preliminar deverá ser única por unidade operacional. Nesta etapa do Projeto Básico, não existe preocupação em incluir também os instrumentos dos pacotes, pois estes ainda não são conhecidos e, neste caso, a lista se limita aos instrumentos de processo de produto ou utilidades. Neste documento deverão ser indicadas as seguintes informações de cada instrumento: •
TAG,
•
localização
•
serviço
•
Fluxograma de Engenharia
•
folha de dados de processo para instrumentação
•
tipo de instrumento previsto
•
observação e
•
revisão de cada TAG, que são considerados como registros em base de dados.
Diversos são os códigos aplicados para identificar a posição ou local dos instrumentos, o que depende de cada empresa. Seguem alguns exemplos sugeridos: •
L = local
•
SD = SDCD, inclui tanto os instrumentos de programa como os instrumentos de tela;
•
CA = casa de analisadores;
•
PI = painel auxiliar ou de interface: inclui instrumentos instalados neste painel, chaves de alarme (ou chaves monitoras), ver “PN”;
•
PN = painel auxiliar ou de interface: incluí estação mestre do STVM, estação mestre do STTQ, computadores de vazão de EMED, conversores especiais necessários para analisadores instalados no campo, chaves seletoras etc.;
•
CC = console cego, instalado na Casa de Controle (ou CIC)
Estes códigos normalmente são indicados no rodapé de cada página como uma legenda, ou ainda junto com outros (notas) cuja indicação no campo [observação] se faça necessária. São exemplos “instrumento existente” ou “fornecido com o pacote”, indicados em uma folha própria para legendas
205
(ou notas), que poderá seguir a folha capa ou vir por último no documento. Também há os códigos aplicados para identificar o tipo de instrumento sugerido no Projeto Básico, e que também depende de cada empresa. Seguem alguns exemplos sugeridos: •
ALARME = ponto de alarme
•
ANALIS = analisador
•
ANNUBAR = tubo Annubar
•
BOCAL = bocal de vazão
•
CALPAR = calha Parshall
•
CELCAR = célula de carga
•
CHAFIM = chave fim-de-curso
•
CHAFLU = chave de fluxo (ou de vazão)
•
CHAMAN = chave manual
•
CHANIV = chave de nível
•
CHAVIB = chave de vibração
•
COMPVA = computador de vazão
•
CONDUT = condutivímetro
•
CONTRO = controlador
•
CONVER = conversor I/P, I/V, f/I, etc.
•
DENSIM = densímetro
•
DETGAS = detector de gás
•
DISRUP = disco de ruptura
•
INDICA = indicador eletrônico
•
MANOM = manômetro
•
MEDMAG = medidor de vazão magnético
•
MEDMAS = medidor de vazão mássico (Coriolis)
•
MEDUS = medidor de vazão ultra-sônico
•
OREST = orifício de restrição
•
ORINT = orifício integral
•
PITOT = tubo Pitot
•
PLACOR = placa de orifício
•
POÇO = poço de temperatura
•
ROTAM = rotâmetro
•
SENVEL = sensor de velocidade
•
SOLEN = válvula solenóide
•
TEMPOR = temporizador
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•
TERMOM = termômetro
•
TERMOP = termopar
•
TERMRE = bulbo de resistência (Pt100, Pt1000)
•
TRANIVE = transmissor de nível – empuxo
•
TRANIVR = transmissor de nível – radar
•
TRANIVU = transmissor de nível – ultra-sônico
•
TRANSDU = transdutor
•
TRAPES = transmissor de peso
•
TRAPDI = transmissor de pressão diferencial
•
TRAPOS = transmissor de posição
•
TRAPRE = transmissor de pressão
•
TRATEMP = transmissor de temperatura
•
TURBIN = medidor de vazão turbina
•
VALAQV = válvula de alívio de pressão e quebra-vácuo
•
VALCON = válvula de controle
•
VALMOT = válvula motorizada
•
VALNIV = válvula controladora de nível (tipo bóia)
•
VALSEG = válvula de alívio e segurança
•
VALVAU = válvula auto-operada
•
VALVOF = válvula On-Off
•
VENTUR = tubo venturi
•
VISCOS = viscosímetro
•
VISNIV = visor de nível
No início do documento, ou no final, recomenda-se a apresentação de uma tabela com todos os tipos de instrumentos NOVOS previstos no Projeto Básico, indicando a descrição de cada código conforme mostrado acima e atribuindo a quantidade total a ser fornecida e instalada de cada tipo. Os instrumentos são agrupados por malha; quando forem individuais, como manômetros, ou visores de nível, termômetros etc., então são listados individualmente. Considerando que está sendo utilizada uma base de dados, então estes instrumentos também recebem a identificação de uma malha para que fiquem ordenados. A identificação da malha será da mesma forma, a variável de processo e o respectivo seqüencial do instrumento, neste caso, uma malha de um instrumento. A ordenação é alfanumérica, onde é feita a composição tomando-se a primeira letra do TAG do instrumento para a letra da malha, que representa a variável de processo, e depois o seqüencial da malha, que normalmente é o mesmo seqüencial do instrumento, para a respectiva ordenação da lista.
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A Lista de Instrumentos Preliminar é emitida em tamanho formato A4. No Anexo IV é apresentado um exemplo de Lista de Instrumentos Preliminar.
2.6 MATRIZ DE CAUSA E EFEITO Também conhecido como Diagrama de Causa e Efeito, este documento tem o objetivo principal de mostrar o relacionamento de cada causa com a respectiva conseqüência ou efeito, que será a ação tomada automaticamente pelo sistema de controle e intertravamento da planta. Ações manuais de operação não são mostradas nele. Este documento deve refletir todos os eventos anormais que podem ocorrer durante a operação normal de uma unidade industrial. Para sua elaboração, recomendam-se alguns cuidados: • Preenchimento completo do selo do documento. • Dividir a unidade industrial em subsistemas que sejam perfeitamente identificados como operações independentes ou sem relacionamento de causa e efeito. • Emitir a Matriz de Causa e Efeito de cada subsistema em folhas separadas. • A Matriz de Causa e Efeito deve deixar claro em que sistema está acontecendo cada comando ou intertravamento para a correta elaboração do diagrama lógico e correta alocação de sinais. Por exemplo: no SDCD, PES, Painel Local, SCMD, ou CCM. • Dentro de um subsistema, agrupar as causas e respectivos efeitos de partida, parada de um mesmo equipamento e seus reservas. • Elaborar o documento em forma de matriz. • Colocar as causas na coluna vertical da esquerda. • Cada causa utilizará uma linha. • Identificar na linha superior todos os efeitos que poderão ou deverão ocorrer de acordo com a funcionalidade desejada. • Cada efeito utilizará uma coluna. • Para cada causa, associar o efeito correspondente marcando um “X” na coluna do efeito correspondente. • Uma Matriz de Causa e Efeito não identifica a seqüência em que os efeitos ocorrem; esta visualização é obtida no documento Diagrama Lógico, próprio para este fim. • Quando um efeito se tratar apenas de alarme, sem comando ou intertravamento, então se recomenda não apresentá-lo na matriz. • A Matriz de Causa e Efeito destina-se à apresentação de sinais discretos; então, sinais de malhas
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de controle, como, por exemplo, sinais de controlador PID, lógica Fuzzy, controle multivariável, override, cascata e outros controles de processo não são incluídos neste documento. Entretanto, uma causa que possa desencadear uma ação discreta sobre um controlador, por exemplo, passar um controlador para posição “manual”, ou fixar a saída de um controlador para “0%” ou “100%”, devem ambos, causa e efeito, ser indicados no documento. • A Matriz é emitida normalmente em formato A1, A2, ou A3. A necessidade ou não de folha capa dependerá de se ter, ou não, uma numeração de documento distinta entre cada matriz ou se um único número e várias folhas, o que dependerá da prática de cada empresa. No Anexo V é apresentado um exemplo de Matriz de Causa e Efeito
2.7 DIAGRAMA LÓGICO O Diagrama Lógico tem a finalidade de mostrar a lógica a ser adotada para o seqüenciamento de processo ou intertravamento de segurança da unidade. Deve ser elaborado de acordo com os documentos Fluxograma de Engenharia, Descrição Funcional e Matriz de Causa e Efeito. Este documento fornece o encadeamento de como os eventos ocorrem, sendo causas ou efeitos, mostrando as possibilidades de desdobramentos de ações automáticas ou também com a participação manual do operador. Para sua elaboração é utilizada a representação por “Álgebra de Boole”, onde são aplicadas portas lógicas, por exemplo, porta “E” (do inglês AND, porta “NÃO” (do inglês NOT), porta “OU” (do inglês OR), porta SET/RESET, e suas derivações, podendo-se também, de acordo com a lógica a ser aplicada, ter portas com temporizadores. O Diagrama Lógico é um documento típico para ser elaborado com softwares de desenho, e recomenda-se que seja elaborado em formatos padronizados, em um único tipo, podendo ser em A1, A2 ou A3. Para a elaboração deste documento recomendam-se alguns cuidados: • Preenchimento completo do selo do documento. • As lógicas independentes, inseridas em uma mesma folha, deverão ser separadas por linhas contínuas e de espessura saliente, com a finalidade de identificar-se a independência de cada uma. • Segregar as lógicas de bombas, de compressores, e ainda, as interfaces com lógicas de equipamentos pacotes dotados de painel local com lógica própria. Neste caso, deverá ser bem identificado o limite de escopo de cada sistema (painel local x SDCD ou PES).
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• Sendo necessárias muitas folhas no documento, recomenda-se que cada uma contenha um sistema por inteiro. Ainda, sendo necessário fazer conexões, também conhecidas como links, que seja indicado um círculo numerado (com um número não repetido inserido), e no lado externo e junto ao círculo indicada a página de continuação, e da mesma forma na próxima página, indicando a origem do sinal. • Além da folha capa e da folha de simbologia, no caso de um documento com várias folhas prever uma folha com índice dos sistemas e suas respectivas lógicas. • Deve contemplar a simbologia que foi utilizada; a mais comum é a mostrada na norma ANSI/ISA S5.2. • Identificar claramente quando a lógica destina-se às funções de: seqüenciamento de partida, seqüenciamento de parada, manobras especiais, votação 2 de 3 (do inglês 2oo3 = 2 out of 3), e resumo dos sinais de TRIP da unidade ou de outros sistemas ou pacotes. • A função da lógica deve estar clara onde normalmente se encontra atribuída como um título. • Dividir a unidade industrial em subsistemas que sejam perfeitamente identificados como operações independentes ou sem intertravamento. • Emitir a lógica de cada subsistema preferencialmente em folhas separadas. • A lógica deve ser clara, mostrando onde cada seqüenciamento ou intertravamento está programado e sendo executado. Por exemplo, no SDCD, PES, Painel Local, SCMD ou CCM. • Colocar as entradas, ou causas, na lateral esquerda. • Colocar as saídas físicas ou de comunicação, ou efeitos, na lateral direita. • Identificar cada entrada com o TAG correto coerente com o P&ID. • Identificar cada saída física com o TAG correto coerente com o P&ID ou quando não mostrado no P&ID. Por exemplo, sinais para CCM, então indicar o TAG sinal coerente com a lista de cabos e diagrama de malhas. • Como opcional, poderá também ser indicado o cartão e canal onde o dispositivo estiver conectado na entrada ou na saída quando se tratar de sistema digital. • Padronizar a utilização de lógica positiva; ou seja, quando um evento estiver ocorrendo, então se diz que tem nível lógico igual a “1”. Neste caso, tomar especial cuidado com as portas e sinais de entrada, onde deve ou ser utilizado a porta NÃO ou do inglês NOT. • O Diagrama Lógico é emitido normalmente em formato A1, A2, ou A3. A necessidade ou não de folha capa dependerá de se ter, ou não, uma numeração de documento distinta entre cada lógica ou se um único número e várias folhas. O que dependerá da prática de cada empresa. Entretanto, recomenda-se a emissão de um documento com um único número por sistema. Por exemplo, cada painel local, o SDCD e o PES, respectivamente cada um com um documento.
210
O Diagrama Lógico é um documento que deve ser elaborado durante o Projeto Básico ou, ainda, como subsídio para uma contratação (sempre que este documento não existir), depois deve passar por revisão no Projeto Executivo, onde são feitos os ajustes de acordo com os sistemas em aquisição e com os pacotes e as interfaces necessárias com estes. Então, após a execução da obra e a unidade estar operando, deverá ser revisado novamente para que sejam incluídas as informações conforme configurado (o mesmo que construído), do inglês As-Built. No Anexo VI é apresentado um exemplo de Diagrama Lógico.
2.8 DESCRIÇÃO FUNCIONAL E DE CONTROLE Também conhecida como Descrição das Malhas de Controle, é normalmente elaborada como um memorial descritivo, em formato A4, e tem o objetivo de explicar o funcionamento de cada malha de controle, incluindo os seqüenciamentos envolvidos e os automatismos de bombas necessários em cada caso. A Descrição Funcional não deve ser confundida com o Manual Operacional da Unidade, que tem como objetivo apresentar as instruções de operação de forma detalhada, e é laborado pela Engenharia de Processo. A Descrição Funcional e de Controle, juntamente com a Matriz de Causa e Efeito, permitirá a elaboração do Diagrama Lógico dos sistemas. Para sua elaboração, recomendam-se alguns cuidados: • Prever folha capa padrão preenchida por completo e identificando o documento. • Segregar as descrições de cada sistema em itens separados. • Dentro de cada sistema, descrever as malhas e controles em linguagem culta e clara, evitando repetições. A duplicidade nas explicações confunde. • Recomenda-se que as descrições iniciem pela situação estacionária do processo antes de estar operando, como inicia a operar, de que forma o controle deve atuar nas diferentes situações de operação, como o controle atua para parar e quais as condições de trip (quando for o caso). • Para cada malha, indicar o Fluxograma de Engenharia (P&ID) de referência, os TAGs envolvidos e a Matriz de Causa e Efeito quando pertinente. Todos os TAGs dos instrumentos pertencentes à malha devem ser referenciados, assim como os equipamentos envolvidos. Para o caso dos equipamentos envolvidos, devem ser relacionados todos os sinais de interface, respectivamente. • Quando uma malha tiver que ser referenciada em outra malha ou outro controle, então se recomenda fazê-lo com a devida referência cruzada entre os itens respectivamente, para que o
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leitor do documento possa perfeitamente entender a relação entre ambos os controles de ambas as malhas. • Quando os controles envolverem dois ou mais sistemas diferentes, deve-se deixar claro onde cada controle é executado. • Para um bom entendimento, também pode ser considerado o uso de gráficos que demonstrem a ação do controle ou seqüenciamentos, com os respectivos valores das variáveis de processo, e a posição dos elementos finais de controle, em cada etapa de operação. O uso de gráficos coloridos ajuda a visualização das diferentes condições operacionais.
2.9 ARQUITETURA DE SISTEMAS DE CONTROLE Este documento resume e mostra, de forma simbólica, cada um dos sistemas e como estão interrelacionados, onde estão instalados (campo, CCL, SE, CIC, etc.) e de que forma se comunicam, se com cabos para sinais individuais ou por comunicação simples ou redundante. É um documento típico para ser elaborado com softwares de desenho, e recomenda-se que seja elaborado em formatos padronizados, podendo ser em A1, A2 ou A3. Para sua elaboração, recomendam-se alguns cuidados: • Preenchimento completo do selo do documento. • Indicação da simbologia utilizada na lateral esquerda acima do selo. • Na parte inferior, destinada aos instrumentos, caixas e painéis de campo, indicar de baixo para cima os instrumentos de campo, as caixas de junção às quais estão interligados e, acima destas, os painéis locais. • Na parte intermediária à esquerda, destinada aos equipamentos localizados na CCL – casa de controle local, indicar de baixo para cima, os armários de rearranjo (ARA, ARD, ART, ...), um de cada tipo, que recebem os sinais das caixas de junção e dos painéis locais, e acima desses armários então indicar os painéis dos controladores do SDCD, do SIS (PES), das UICs do STVM, STTQ e SMMD, painéis de EMEDs, painéis do sistema de Fogo e Gás, etc., e acima destes colocar os gabinetes com os switchers, do SDCD e do SIS (PES). • Lembrar que, além de se ter armários de rearranjo para sinais de tipos diferentes, também se tem armários de rearranjo distintos para SDCD e para SIS. • Na parte intermediária à direita, destinada aos painéis elétricos localizados na SE – subestação, indicar de baixo para cima os armários de rearranjo da elétrica, que recebem por baixo os sinais de interface com a instrumentação e também os sinais dos painéis CCM. Os painéis CCM são normalmente indicados no mesmo nível que os armários de rearranjo, e acima dos armários de
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rearranjo da SE são indicados os painéis dos controladores do SCMD, sendo que estes últimos normalmente ficam na mesma elevação dos painéis de controladores do SDCD, por conveniência, pois deve ser mostrada a comunicação serial entre SDCD e SCMD. • Observar a posição em que ficam os inversores de freqüência, normalmente na SE. • Na parte superior do desenho, colocar de baixo para cima os gabinetes com os switchers que recebem as fibras ópticas dos switchers da CCL e, acima destes, as consoles de operação IHM, ou do inglês MMI – man-machine interface ou HMI – human-machine interface; no mesmo alinhamento que as IHMs, representar também as consoles cegas quando for o caso. • As lógicas independentes, inseridas em uma mesma folha, deverão ser separadas por linhas contínuas e de espessura saliente, com a finalidade de identificar-se a independência de cada uma. • Tomar especial cuidado com os tipos redes de comunicação e que equipamentos interligam, se redundantes ou se simples. • Indicar as alimentações de energia e os limites de projeto entre as disciplinas de instrumentação e eletricidade. A Arquitetura de Sistema de Controle é um documento que deve ser elaborado durante o Projeto Básico. Ainda, deve ser elaborado para servir de subsídio no esclarecimento da definição de escopo para uma contratação, deve passar por revisão no Projeto Executivo, onde são feitos os ajustes de acordo com os sistemas em aquisição e de acordo com os pacotes e as interfaces necessárias com estes. Então, após a execução da obra e a unidade estar operando, deverá ser revisado novamente para que sejam incluídas as informações conforme construído, do inglês As-Built. No Anexo VII é apresentado um exemplo de Arquitetura de Sistema de Controle.
2.9.1 Arquitetura de válvulas motorizadas Um caso particular é a Arquitetura do Sistema de Válvulas Motorizadas, quando é elaborado no Projeto Básico com a mesma finalidade, apenas mostrando a rede de válvulas motorizadas. A apresentação desta arquitetura é feita da mesma forma que o Diagrama de Interligação do STVM, porém, considerando que na fase de Projeto Básico ainda não se tem as informações de TAGs de painéis, borneiras nos atuadores elétricos, definição dos painéis de alimentação, as VMs são apresentadas em rede apenas com seu símbolo de válvula e respectivo TAG. No caso de haver interesse, recomenda-se que o leitor também consulte as normas API RP-554, API RP-556 e API RP-557. No Anexo VIII é apresentado um exemplo de Arquitetura de Válvulas Motorizadas.
213
2.10 CONCEITOS DE CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA As unidades de extração e processamento de petróleo, bem como de seus derivados, têm como característica intrínseca o manuseio de produtos perigosos, produtos combustíveis ou que podem gerar danos ao meio-ambiente e à sociedade caso não sejam tratados e controlados adequadamente. Efetuar a classificação de uma área de processo significa dizer que técnicas serão aplicadas para identificar os tipos de produtos, se perigosos ou não, que existem no processo e de que forma se apresentam no ambiente da instalação, com o objetivo de concluir se uma área é perigosa (do inglês hazardous area) ou não. Ou seja, serão seguidas normas para avaliação e identificação se é um local Não Classificado, que não apresenta fluidos perigosos, como no caso de um sistema de ar comprimido, ou se a unidade processa algum fluido que, de alguma forma, pode estar presente na atmosfera e vir a tornar-se um combustível, um produto inflamável para um possível incêndio ou explosão. Para a ocorrência de um incêndio ou explosão, é necessário ocorrer a presença simultânea dos componentes: AR + COMBUSTÍVEL + FONTE DE IGNIÇÃO
A correta avaliação e definição das áreas (locais) da planta industrial, se não o essencial, é um dos mais importantes tópicos, e deve receber total atenção, pois do resultado desta avaliação serão tomados os respectivos cuidados para garantir que as instalações elétricas e os equipamentos do local atendam à classificação atribuída, com as respectivas características construtivas necessárias para a total proteção. As empresas têm como regra aplicar cuidados específicos para que tais riscos sejam evitados de forma a manter a instalação em condições seguras e sob completo controle que permita a operação. O trabalho de classificação de áreas de uma unidade industrial deve ser feito de forma multidisciplinar, devendo no mínimo contar com a participação do engenheiro de processo e do engenheiro eletricista que, juntos, somam o conhecimento necessário para definir as características de cada local. O principal resultado do trabalho da equipe será um mapa de risco onde podem ocorrer misturas potencialmente inflamáveis. Antigamente, as atividades de Classificação de Áreas eram feitas utilizando-se os conceitos apresentados pelas normas NFPA em seu código NEC e pelas normas API. Mais recentemente, com
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um estudo mais aprofundado, a ABNT adotou como base os conceitos apresentados nas normas IEC, que vem a ser o órgão de padronizações para o setor elétrico de nível internacional. Os padrões da IEC vêm sendo referência para todos aqueles que trabalham no sentido da globalização, pois, com isto, fabricantes e usuários têm a mesma referência. Considerando, então, a classificação mais utilizada e adotada pela ABNT, as áreas poderão ser classificadas conforme a zona, o grupo de atmosfera e a classe de temperatura, como segue.
2.10.1 Classificação conforme a Zona Com relação à Zona, os locais de uma área industrial com atmosferas explosivas podem ser classificados em três tipos, a saber: • Zona 0 = a atmosfera explosiva é praticamente contínua. • Zona 1 = a atmosfera explosiva pode ocorrer durante a operação normal. • Zona 2 = a atmosfera explosiva pode ocorrer, mas é pouco provável e, quando ocorre, é por período curto em condição anormal de operação.
2.10.2 Classificação conforme o Grupo Com relação ao Grupo, as atmosferas explosivas de uma área industrial podem ser classificadas em dois tipos, a saber: • Grupo I = atmosfera em mineração subterrânea, gás metano. • Grupo II = atmosfera em indústrias de superfície, subdividindo-se em: IIA = acetona, benzeno, butano, propano, hexano, gás natural, etano, pentano, heptano, gasolina, álcool metil e álcool etil. Este grupo corresponde ao Grupo D definido no NEC. IIB = etileno, ciclo propano, butadieno 1-3. Este grupo corresponde ao Grupo C definido no NEC. IIC = inclui o hidrogênio (grupo B do NEC) e acetileno (grupo A do NEC). No Anexo IX A é apresentado um exemplo de Planta de Classificação de Áreas.
2.10.3 Classificação conforme a Temperatura de superfície De acordo com os grupos de gases que estarão possivelmente presentes, existe uma diferenciação de temperatura onde os respectivos limites devem ser respeitados para que não ocorra uma ignição
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por este motivo. Ou seja, a temperatura de superfície de um equipamento (ou dispositivo) não pode ultrapassar o limite de temperatura de ignição da mistura inflamável presente na atmosfera onde será instalado o equipamento (ou dispositivo). o
Classe de Temperatura
Temperatura máxima de superfície [ C]
T1
• 450
T2
• 300
T3
• 200
T4
• 135
T5
• 100
T6
• 85
Observar na lista acima que em uma classe mais alta um equipamento opera com temperatura mais baixa. No Anexo IX B são mostrados alguns gases e suas respectivas temperaturas de ignição. Outros produtos podem ser encontrados nas normas NFPA-325 e IEC-60079 Part 20. De acordo com a Classificação de Área serão definidas as características construtivas necessárias de cada equipamento a ser instalado. Outros dois aspectos são também importantes, o grau de proteção do invólucro e o tipo de proteção, conforme segue.
2.10.4 Grau de proteção de um invólucro O grau de proteção de um invólucro serve para determinar contra que tipo de penetração o invólucro está protegido. O código de identificação é determinado da seguinte forma: IP-AB s
Onde: IP = letras características (fixas) A = 1º numeral característico – utilizado para indicar a proteção contra sólidos B = 2º numeral característico – utilizado para indicar a proteção contra água s = letra suplementar, utilizada somente em casos específicos. Exemplo: IP-65 onde A=6 e B=5.
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A (1º numeral característico)
B (2º numeral característico)
0 não protegido
0 não protegido
1 protegido contra objetos > 50 mm
1 protegido contra queda vertical de gota de água
2 protegido contra objetos > 12 mm
2 protegido contra queda de gotas de água para o
uma inclinação máxima de 15 3 protegido contra objetos > 2,5 mm
3 protegido contra água aspergida
4 protegido contra objetos > 1,0 mm
4 protegido contra projeções de água
5 protegido contra poeira
5 protegido contra jatos de água
6 totalmente protegido contra poeira
6 protegido contra ondas do mar 7 protegido contra imersão 8 protegido contra submersão
2.10.5 Tipo de proteção de um invólucro O tipo de proteção de um invólucro serve para determinar como este invólucro está protegido (ou fabricado) para poder ser instalado em atmosferas explosivas. Os tipos de proteção de um invólucro estão listados abaixo: • À prova de explosão – Ex d Suporta uma explosão externa sem propagar para o meio externo. • Segurança aumentada – Ex e Construtivamente preparado para, em condições normais, não produzir faíscas ou temperatura elevada que possam provocar ignição da atmosfera explosiva em que o equipamento se encontra. • Não acendível – Ex n Em condições normais e sob certas condições anormais especificadas, não é capaz de gerar a ignição da atmosfera explosiva em que se encontra o equipamento. • Segurança intrínseca – Ex i Não é capaz de liberar energia elétrica ou térmica suficiente para, quando abrindo ou fechando um contato ou em um curto-circuito, provocar a ignição da atmosfera explosiva em que se encontra o equipamento. • Equipamentos imersos – Ex o, Ex q, Ex m Tipo de proteção em que o contato faiscante se encontra imerso, e neste caso a atmosfera explosiva em volta não pode ser ignitada. Para imersão em óleo designa-se “Ex o”, para imersão em areia (partículas de quartzo ou vidro) designa-se “Ex q”, e quando encapsulado com resina designa-se “Ex m”. • Equipamentos pressurizados – Ex p A pressão interna é superior à pressão atmosférica externa, através de ar de instrumento ou gás
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inerte (N2), de forma que, ocorrendo uma concentração de atmosfera explosiva externa próxima ao equipamento, ela não entrará em contato com as partes internas que podem causar ignição. As pressurizações podem ser: px = reduz a classificação interna do invólucro de Zona 1 para não classificada; py = reduz a classificação interna do invólucro de Zona 1 para Zona 2; pz = reduz a classificação interna do invólucro de Zona 2 para não classificada. Para maior aprofundamento sobre invólucros pressurizados, recomenda-se a leitura da norma NBR5420. As normas IEC-60079-2 e NFPA-496 também apresentam conteúdo sobre o assunto. • Proteção especial – Ex s Trata-se de algum tipo de proteção especial não citada acima, ou de uma combinação de proteções que permitam a obtenção, pelo fabricante, de um Certificado de Equivalência para o invólucro em questão, a ser emitido por entidade certificadora oficial, permitindo que o equipamento seja instalado em atmosfera para a qual foi projetado e testado como com proteção equivalente. Caso o leitor deseje aprofundar-se nos tipos de proteções, recomenda-se a leitura da norma NBR6146, bem como das normas IEC série 60079. Vale salientar que, sempre que um equipamento (ou dispositivo) elétrico for destinado a ser instalado em área perigosa, ou seja, em área classificada com atmosferas explosivas, então este equipamento deverá possuir (ou obter) Certificação de Conformidade para a área em que será instalado, de acordo com o determinado pela portaria do INMETRO.
2.11 MEMORIAL DESCRITIVO – PROJETO CONCEITUAL Este documento destina-se basicamente a definir para a próxima etapa, Projeto Executivo, as necessidades de serviços de Engenharia e de Projeto Executivo que deverão ser executados na etapa do Projeto Executivo. Deverá apresentar o escopo de forma objetiva, conforme a necessidade de cada projeto, sendo no mínimo os itens que se descreve a seguir.
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2.11.1 Objetivo Indicar o objetivo do documento, a que e onde se aplica e em qual empreendimento está inserido.
2.11.2 Descrição do Projeto Básico Deverá contemplar a descrição das modificações definidas pelo Projeto Básico.
2.11.3 Escopo de fornecimento Este item é um dos mais importantes. Nele se deve definir claramente o escopo de serviços de projeto e de fornecimento de instrumentos, sistemas e equipamentos. Quando for destinado a um contrato EPC, do inglês: Engineering, Procurement and Construction, também deverá definir o escopo dos serviços de execução da obra. Dentro deste item cabe apresentar e descrever o escopo seguindo alguns tópicos, como segue: • equipamentos, sistemas, instrumentos e materiais; • Projeto Executivo; • serviços de configuração (se inclusos); • serviços de construção e montagem; • calibração, testes de malha e comissionamento; • apoio para partida.
2.11.4 Exclusão de Escopo Este item, também importante, complementa e esclarece particularidades do item anterior sobre o Escopo. Nele se deve definir claramente a exclusão de escopo de serviços de projeto e de fornecimento de instrumentos, sistemas e equipamentos quando e onde for o caso. Da mesma forma que na definição de escopo, sua exclusão também poderá seguir o mesmo tipo de itemização.
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2.11.5 Documentos de referência Lista de documentos de referência, importantes, que não façam parte dos documentos pertencentes à Lista de Documentos do projeto e que devam ser consultados para um melhor entendimento do projeto ou para esclarecimentos adicionais. Por exemplo: normas, critérios de projeto etc.
2.11.6 Anexos Croquis e/ou recomendações que não possuam identificação e que sejam relevantes à execução do Projeto Executivo. Observe-se que todos os Anexos deverão conter no mínimo as seguintes informações: • número do Memorial Descritivo, • número do Anexo, • título do Anexo, • data e/ou revisão. O Memorial Descritivo é um documento de texto característico de emissão em formato A4.
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3 PROJETO EXECUTIVO DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
O principal objetivo de um Projeto Executivo é registrar todas as informações necessárias à sua execução física, seguido da necessidade de registrar as informações após sua execução, conforme construído também conhecido como As Built, para permitir a manutenção adequada da planta e também futuros projetos. Este capítulo tem como objetivo de apresentar as características de cada documento, de forma a permitir um bom entendimento dos modelos anexados para um futuro desenvolvimento de Projeto Executivo. As informações e diretrizes aqui apresentadas aplicam-se tanto aos documentos a serem gerados no Projeto Executivo como, também, aos documentos gerados por fornecedores de “pacotes” (equipamentos de grande porte) e seus subfornecedores. Deve ser observado que a documentação de projeto proporciona melhor organização e consulta quando emitida dedicada e separada por cada unidade de processo, ou por cada unidade de utilidades. Quando já não preparada no Projeto Básico, inicia-se então no Projeto Executivo a aplicação de base de dados para depósito das informações do projeto, passando ela a servir como documento original de onde serão extraídos os demais documentos. Em particular na instrumentação e automação, o ponto de partida é a Lista de Instrumento; os softwares mais avançados e integrados iniciam já no Fluxograma de Engenharia. São documentos típicos para serem trabalhos em base de dados: • Lista de Instrumentos • Folha de Dados de Instrumentos • Lista de Cabos e Interligações (campo e sala) • Lista de Materiais • Lista de Entradas e Saídas de CLP, SDCD, PES • Lista de Comunicação • Lista de Cargas Elétricas de Instrumentação.
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Contudo, pelas características de suas informações e objetivos, outros documentos são mais convenientes de serem trabalhados e emitidos com base em outros softwares. Documentos passíveis de emissão com base em softwares para desenhos, por exemplo AutoCAD, InteliCAD e outros: • Plantas de Instrumentação • Detalhes Típicos de Instrumentação • Detalhes de Instalação de Caixas e Junção • Diagrama Funcional • Diagrama de Malhas • Diagrama de Interligação STVM e • Arquiteturas de Sistema de Controle. Conforme menção anterior, quando os documentos têm como base textos longos, tarefas que requerem longas explicações ou especificações, então se recomenda a utilização de softwares de edição de texto, por exemplo MS Word. Os documentos são: • Memorial Descritivo • Especificação Técnica de Sistemas • Especificação Técnica de Instrumentos Especiais • Especificação de Analisadores • Especificação Técnica de Painéis etc., e • Parecer Técnico. Como forma de facilitar os trabalhos também é feita a combinação destes softwares em um mesmo documento. São exemplos os desenhos em AutoCAD vinculados a uma base de dados ou documentos em MS Word com anexos em MS Excel. Existem, ainda, outros documentos cujo objetivo é apresentar informações resultantes de cálculos e dimensionamentos. Neste caso, recomenda-se a utilização dos relatórios de cada software aplicado nos respectivos dimensionamentos. Para isso, contudo, será necessário identificar adequadamente o relatório como um documento, recebendo, assim, a numeração padronizada. Embora na maioria das vezes estes relatórios de softwares de cálculos e dimensionamentos não respeitem uma padronização desejável, ainda assim é mais conveniente adotar-se o mesmo para emissão do documento, visto que isto garantirá as informações, evitando os erros de cópia e transcrição na duplicação de informações. O documento mais comum aplicado na instrumentação que reporta dimensionamento é a Memória de Cálculo, e é aplicado para apresentar o dimensionamento dos seguintes instrumentos:
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• elemento primário de vazão, • orifício de restrição, • válvula de controle e • válvula de alívio e segurança. Considerando-se que um Projeto Executivo é uma integração de diversas informações, definições e especificações que servirão posteriormente para a execução da obra e o fornecimento de instrumentos, sistemas e equipamentos, e, ainda, que tais informações estão distribuídas em diversos tipos de documentos, deve-se observar que cada documento a ser emitido deverá conter os documentos de referência que servirão para a elaboração do documento em questão, e também de outros documentos afins, que servem para complementar o entendimento do projeto. Sempre que se tratar de projeto para modificações em área industrial existente, é necessária a revisão dos documentos existentes, evitando duplicação de documentos (que acabam sendo complementares) para um mesmo local. Algumas unidades ainda têm originais em meio papel. Neste caso, recomenda-se: • Revisar o original em papel (tipo reproduzível) desde que representem pequenas modificações. • Quando a revisão implicar diversas modificações, recomenda-se o redesenho completo do documento (em ACAD na versão compatível com a do cliente ou mais recente), ou a transferência para banco de dados compatível com o do cliente (ou para MS Access em versão mais recente). Neste caso, o documento em meio magnético deverá contemplar todas as informações do documento original, incorporando as modificações do projeto. • Outra opção para uma revisão com grande quantidade de modificações é a cópia do original para meio eletrônico em forma de imagem rasterizada, acrescentando sobre a imagem as modificações necessárias ao projeto.
3.1 LISTA DE INSTRUMENTOS O documento Lista de Instrumentos é o ponto de partida para qualquer projeto de instrumentação e automação. Nele deverão ser listados todos os instrumentos do projeto, os mesmos apresentados nos Fluxogramas de Engenharia, respectivamente. A Lista de Instrumentos deverá ser única por unidade operacional e incluirá também todos os instrumentos dos pacotes nela inseridos, como, por exemplo: compressor, bomba, forno, caldeira,
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turbo-expansor, sistema de micro-filtração, co-geração etc., ou seja, grandes máquinas que contemplem o fornecimento conjunto da respectiva instrumentação e seu sistema de proteção e controle. Neste documento deverão ser indicadas as seguintes informações de cada instrumento: • TAG • localização • serviço • Fluxograma de Engenharia • Folha de Dados • Detalhes de Instalação – processo, elétrico, pneumático • Diagrama de Malhas • Planta de Instrumentação Elétrica • Planta de Instrumentação Pneumática • observação • revisão de cada TAG, que são considerados como registros em base de dados. Diversos são os códigos aplicados para identificar a posição ou o local dos instrumentos, o que depende de cada empresa. Seguem alguns exemplos incluindo também alguns já sugeridos no item acima (Lista de Instrumentos Preliminar) trabalhado no Projeto Básico: • L = local • PL = painel local • LP = painel local, do inglês: local panel (alternativa); • SD = SDCD, inclui tanto os instrumentos de programa como os instrumentos de tela; • DS = SDCD, do inglês: digital system (alternativa); • AR = armário de rearranjo; • MR = armário de rearranjo, do inglês: marshalling rack (alternativa); • CA = casa de analisadores; • AH = casa de analisadores, do inglês: analyzer house (alternativa); • PI = painel auxiliar ou de interface, inclui instrumentos instalados neste painel, chaves de alarme (ou chaves monitoras), ver “PN”; • PN = painel auxiliar ou de interface, incluí estação mestre do STVM, estação mestre do STTQ, computadores de vazão de EMED, conversores especiais necessários para analisadores instalados no campo, chaves seletoras etc.; • PC = painel de controle; • CP = painel de controle, do inglês: control panel (alternativa); • CC = console cego, instalado na Casa de Controle (ou CIC); • CD = console cego, do inglês: control desk (alternativa); • IH = IHM – interface homem máquina;
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• MI = MMI = IHM = interface homem máquina, do inglês: man-machine interface, ou ainda HMI – human-machine interface (alternativas). Estes códigos normalmente são indicados no rodapé de cada página como uma legenda, ou ainda junto com outros (notas) cuja indicação se faça necessária no campo “observação”. São exemplos: “instrumento existente” ou “fornecido com o pacote”, indicados em uma folha própria para legendas (ou notas), que poderá seguir a folha capa ou vir por último no documento. O importante neste caso é que a legenda esteja inclusa no documento. Os instrumentos são agrupados em malhas, por exemplo: sensor, transmissor controlador e elemento final de controle, ou sensor com transmissor e indicador. Quando se tratar de instrumentos individuais como manômetros, visores de nível, termômetros etc., então não são partes de nenhuma malha e são listados individualmente. Para efeito de ordenação da lista, devem aparecer na ordem alfanumérica pertinente e, quando se está trabalhando com base de dados, é comum adotar-se o número da malha com a primeira letra do TAG do instrumento, que representa variável de processo, e o mesmo seqüencial do instrumento. Considerando que está sendo utilizada uma base de dados, então estes instrumentos também recebem a identificação de uma malha para que fiquem ordenados. A identificação da malha será da mesma forma, a variável de processo e o respectivo seqüencial do instrumento, neste caso, uma malha de um instrumento. A ordenação é alfanumérica, onde é feita a composição tomando-se a primeira letra da malha que representa a variável de processo e depois o seqüencial da malha (que normalmente é o mesmo seqüencial do instrumento), para a respectiva ordenação da lista. Empresas que têm em sua organização ou sistema da qualidade normas próprias, incluindo a padronização dos detalhes de instalação com códigos específicos, poderão utilizar estes códigos nos campos da lista de instrumentos destinados aos detalhes de instalação. Para a emissão da Lista de Instrumentos é recomendável o tamanho A4, que facilita o manuseio no campo. No Anexo X é apresentado um exemplo de Lista de Instrumentos. A partir da base de dados dos instrumentos e equipamentos pode ser extraída a Lista de Cargas Elétricas da Instrumentação, que deverá ser alimentada pela disciplina de Elétrica. Normalmente o limite de escopo considerado entre estas duas disciplinas é: • Painéis de instrumentação ou instrumentos com carga similar a painel, por exemplo, analisadores, são alimentados pela disciplina de Elétrica e os cabos seguem a rota dos cabos da elétrica. • Instrumentos de campo de carga não tão elevada ou de baixa carga são alimentados pela Instrumentação a partir de um painel de distribuição específico instalado para este fim.
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Normalmente este painel é especificado e requisitado pela Elétrica. • Não necessariamente trata-se de documento específico a ser emitido, podendo também ser tratada como informação interdisciplinar. Todavia recomenda-se que seja registrada por e-mail ou outro meio que permita a rastreabilidade. • Esta prática depende de cada empresa, ou seja, como cada empresa tem seu limite de interface nestes casos.
3.2 FOLHA DE DADOS DE INSTRUMENTOS E VÁLVULAS A Folha de Dados, como o próprio nome define, é o documento onde são especificados os dados e requisitos técnicos dos instrumentos e válvulas. Normalmente, os diversos formulários utilizam uma página e contemplam todas as informações necessárias; entretanto, em alguns casos são necessárias duas páginas para a atribuição de todos os requisitos de cada TAG. Também pode acontecer de se ter a Folha de Dados em uma página contendo os requisitos técnicos, seguida de uma lista com todos os TAGs que se aplicam àqueles requisitos. Inúmeras empresas já possuem seus modelos de formulários de Folha de Dados, sendo que são comumente utilizados os formulários da norma ISA TR20.00.01. Quando um formulário ainda não estiver disponível, deverá ser criado e, da mesma forma que os demais, deverá contemplar, pelo menos, informações que definam as características técnicas de construção: • tipo de instrumento, • TAG do instrumento, • linha ou equipamento de instalação, • Fluxograma de Engenharia, • características do sensor ou parte de medição, • características do transmissor ou conversor, • acessórios, • dados e condições de operação mínima, normal e máxima, • fabricante e modelo de referência e • unidades de Engenharia.
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Os instrumentos e válvulas que dependem de dimensionamento prévio primeiro deverão ter sua memória de cálculo concluída. A Folha de Dados é emitida em formato A4, e a ordenação é feita pelos números das páginas. Na primeira emissão é possível colocar os TAGs em ordem alfanumérica do início para o fim, ficando na mesma ordenação dos números das páginas; entretanto, recomenda-se que a Folha de Dados tenha uma folha índice com a lista de TAGs constantes no documento. Isto facilitará futuras revisões com acréscimo ou cancelamento de TAGs. Alguns tipos de instrumentos, devido à sua importância, devem ser tratados com a emissão de uma Folha de Dados específica com seus respectivos dados e características técnicas. Todavia, outros tipos de instrumentos dispensam tal formalidade, pois, devido a sua simplicidade, já são tratados como material de montagem ou vêm como acessórios de um equipamento, outro instrumento ou válvula, como, por exemplo: chave liga e desliga manual de campo, corneta pneumática para alarme sonoro, filtro de ar, regulador de ar, solenóide, posicionador, régua de nível para tanques, chave fimde-curso etc. Alguns exemplos de tipos de instrumentos com Folha de Dados própria: • analisador de pH • calha Parshall • chave de nível • chave de vazão • condutivímetro • densímetro • detector de gás • disco de ruptura • indicador local • manômetro • placa de orifício • orifício integral • orifício de restrição • sensor de temperatura e poço termométrico • termômetro • transmissor de nível • transmissor de posição • transmissor de pressão • transmissor de pressão diferencial
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• transmissor de temperatura • transmissor de vazão • viscosímetro • visor de nível. Alguns exemplos de tipos de válvulas com Folha de Dados própria: • válvula auto-operada • válvula controladora de nível (ou válvula bóia) • válvula de controle • válvula motorizada • válvula on-off • válvula on-off duplo bloqueio • válvula termostática • válvula de alívio e segurança • válvula de alívio e quebra-vácuo
3.3 ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA Quando não é possível definir ou padronizar em forma de Folha de Dados um instrumento ou equipamento, então todas as informações sobre o equipamento ou sistema desejado devem ser descritas, em forma de texto, no documento “Especificação Técnica”. Alguns exemplos de equipamentos ou sistemas onde se aplica a especificação técnica: • analisadores de processo • analisadores de meio-ambiente • casa de analisadores • cromatógrafo • espectrômetro de massa • painel de controle • painel de distribuição de energia para instrumentos de campo • armários de rearranjo • Sistema de Telecomando de Válvulas Motorizadas • Controlador Lógico Programável • Sistema Digital de Controle Distribuído
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• Sistema Supervisório • Estações de Operação ou Interface Homem Máquina • Sistema de Monitoração de Vibração de Máquinas • Sistema Eletrônico Programável (PES) • Sistema de Telemetria de Tanques • Estações de Medição para transferência de custódia • Sistema de Mistura em Linha • Sistema de Comando e Monitoração Distribuído • Sistema de Blanketing. A Especificação Técnica é emitida em formato A4.
3.4 DIAGRAMA DE MALHAS Enquanto o documento Diagrama Lógico é voltado a mostrar a lógica e o seqüenciamento entre os dispositivos de medição e os equipamentos de processo, ou seja, a lógica da unidade industrial, o Diagrama de Malhas é emitido com o foco de apresentar o agrupamento dos instrumentos de cada malha. As malhas podem ser abertas ou fechadas, de controle, monitoração, seqüenciamento e comando, ou intertravamento. O documento Diagrama de Malhas serve para mostrar os instrumentos de medição e elementos finais de controle com todas as suas conexões elétricas, indicando os bornes em todos os dispositivos, identificação dos cabos e multicabos, caixas de junção, TAGs de painéis e armários de rearranjo, réguas de bornes e seus respectivos bornes. Para a elaboração deste documento, recomendam-se alguns cuidados: • Apresentação da folha capa com o selo devidamente preenchido. • Preparar as folhas internas ao documento considerando a posição física de cada tipo de dispositivo, dividindo em colunas: campo, CCL, SE, CIC, etc. • Na coluna campo indicar os instrumentos sensores e transmissores, as válvulas de controle ou OnOff, caixas de junção, painéis locais. • Indicar junto às válvulas a respectiva posição na ocorrência de uma falha. • Na coluna CCL, indicar os armários de rearranjo com os trilhos “A” e “B”, gabinetes de controladores do SDCD, PES ou CLP, gabinetes dos sistemas de Fogo e Gás, painéis do SMMD e sua IHM, painéis de distribuição de energia para a instrumentação de campo quando localizados na
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CCL. • Nesta coluna (CCL) são mostrados os sistemas digitais, com os cartões de conexão (e os canais utilizados), em cada cartão, seus tipos e localização dentro de cada painel respectivamente. Algumas empresas têm por opção, junto aos blocos do sistema digital, indicar o código aplicado na configuração, de forma a facilitar a interpretação e a localização dos sinais no programa. Estas informações são fornecidas pela equipe de configuração e devem ser relatadas durante o período de elaboração do documento ou na fase de comentários, antes da emissão final, para não ser alterado o cronograma do projeto, com eventuais atrasos nas informações. Outra opção comumente utilizada é a atualização dos Diagramas de Malhas após a execução da configuração e testes, na revisão de As-Built. • Indicar as conexões do fio de dreno de cada blindagem à barra de terra isolada, disponível normalmente nos armários de rearranjo. Lembrar que o fio dreno da blindagem, terra de sinal, é conectado apenas em uma extremidade e na sala de painéis, tanto os cabos provenientes do campo, por exemplo caixas de junção, como os cabos provenientes do SDCD ou PES, ou outro sistema digital. • No espaço reservado para SE (subestação), indicar os painéis da elétrica com interfaces com a malha, como CCM e conversores de freqüência, e painéis de alimentação quando localizados na SE. • Observar que devem ser indicados os alimentadores e as fontes de alimentação de energia, os painéis de origem, réguas e bornes, e em especial os disjuntores, para que se possa fazer qualquer interrupção com segurança. Neste ponto devem ser informados o nível de tensão, o valor de corrente do disjuntor, dos fusíveis ou de qualquer outro tipo de proteção de sobrecorrente. • Na coluna destinada como CIC (ou Sala de Controle), indicar os símbolos da instrumentação de configuração, ou seja, os blocos de monitoração ou controle, que ficam acessíveis aos operadores (nas IHMs), e os comandos de Consoles Cegos. Nesta coluna, indicar também os consoles de controle remoto dos canhões de combate a incêndio que possuam controle remoto. • Indicar a direção de ação dos diversos dispositivos da malha, DIR se ação direta e REV se ação reversa. As informações de configuração deverão ser representadas de forma resumida no Diagrama de Malhas. Para cada malha são mostrados, também, os blocos com o controle ou monitoração, e eventuais interfaces com outras malhas. Este documento deverá ser elaborado de acordo com a norma ANSI/ISA-S5.4 ou estar de acordo com os padrões existentes na empresa (cliente). No Diagrama de Malhas, os equipamentos que estão detalhados em outro desenho deverão ficar demarcados com uma linha pontilhada. No interior da demarcação deverá ser informado, no mínimo,
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o seguinte: • o TAG do equipamento que envia/recebe sinais; • os bornes do equipamento em que a fiação é conectada; e • o número do desenho (e se possível a página) onde está detalhado o equipamento. Este documento normalmente contempla as malhas de instrumentos interligados ao SDCD, ao PES ou ao SCMD quando houver instrumentos conectados a este último. Para painéis locais, o Diagrama de Malhas apenas é emitido quando se tratar de equipamento ou sistema complexo, e que tenha sido solicitado no escopo de fornecimento. Os dispositivos devem estar distribuídos em colunas de acordo com a sua localização física (campo, caixa de junção, armário de rearranjo trilho “A” e trilho “B”, painel ou SDCD, CIC e outros). O documento é emitido com uma malha por folha. Exceção é feita em algumas empresas onde as malhas de uma mesma válvula de controle são apresentadas em uma mesma folha, por exemplo: um transmissor de pressão (PIT) com uma válvula de controle (PV), sua solenóide (PY) e as chaves fimde-curso de válvula na posição aberta (ZSH) e ou na posição fechada (ZSL). Ou ainda uma válvula On-Off (XV), sua solenóide (XY) e as chaves fim-de-curso para válvula na posição aberta (ZSH) e posição fechada (ZSL). Cada página, ou malha, além de sua identificação, é claro, deve conter a informação da respectiva função e em que P&ID pode ser visualizada. Deve ser emitido em formulário no formato A3. Além da folha capa, devem ser incluídas as folhas com o índice associando cada malha ao número da página em que ela está apresentada (nesta folha as malhas aparecem em ordem alfanumérica obrigatoriamente), e outra folha com a simbologia utilizada no documento. No caso de haver interesse, recomenda-se que o leitor também consulte as normas API RP-554, API RP-556 e API RP-557. No Anexo XI é apresentado um exemplo de Diagrama de Malhas.
3.4.1 Diagrama de Interligação do STVM Este documento é um caso particular do Diagrama de Malhas onde em uma folha é representada toda a interligação de um Sistema de Telecomando de Válvulas Motorizadas – STVM.
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Este documento apresenta basicamente a interligação em rede das válvulas motorizadas e depende essencialmente da topologia de rede de cada fabricante. Deverá conter de forma esquemática no mínimo as seguintes informações: • A estação mestre, do inglês master station, ou UIC – Unidade de Interface de Comunicação do STVM, com a indicação de todos os seus bornes, tais como alimentação elétrica, interligação à rede de VMs, interface com o SDCD ou outro sistema digital, dentro de uma linha tracejada que identifica o armário onde a mesma será instalada. • Todas as Válvulas Motorizadas com as seguintes indicações: bornes de ligação da rede; saídas ou entradas discretas, quando utilizadas; chaves de “Abrir/Fechar” e de seleção “Local/Remoto/Bloqueado” indicando se estão acopladas ao atuador ou se estão remotas a ele (normalmente são integradas com o atuador) ;adequação de atuadores antigos tem chaves remotas ao atuador; se a VM recebe comando do Intertravamento (representado por “I”); no caso de a VM receber, ela não deverá ter a chave “Local/Remoto/Bloqueado”; da mesma forma que no Diagrama de Malhas, se qualquer sinal de interface, por exemplo o sinal de intertravamento, for por cabo individual, então o “I” deve estar representado dentro de linhas tracejadas, indicando o número do desenho onde está detalhado o sinal de origem. • Quando houver algum seqüenciamento e este for através de comunicação via rede (SDCD/STVM ou CLP/STVM), então deve ser indicado o símbolo de “lógica no SDCD” ou o símbolo de “lógica no CLP”. • A rede deve mostrar a interligação na ordem em que as VMs serão interligadas. Esta seqüência é função da posição física de instalação das VMs. • Para cada UIC deverá ser elaborado um Diagrama de Interligação de STVM; ou seja, ter-se-á um desenho para cada agrupamento de VMs nas respectivas UICs. • Na parte superior do desenho indica-se o painel do SDCD (ou SCMD, ou CLP, ou outro sistema digital) ao qual a estação mestre está conectada, e abaixo deste, a própria estação mestre. Na seqüência, abaixo da estação mestre, é iniciada a representação da rede e são indicados os atuadores elétricos conectados à rede. Quando se trata de parque de tancagem, algumas empresas optam por indicar também os equipamentos de processo (tanques e bombas) com os quais as VMs atuam, ou então por que estão instalados próximo, de forma a se ter uma referência física da localização. Observar que devem ser indicados as fontes de alimentação de energia, os painéis de origem, réguas e bornes, e em especial os disjuntores, para que se possa fazer qualquer interrupção com segurança.
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Neste ponto, deve ser informado o nível de tensão, o valor de corrente do disjuntor ou dos fusíveis, ou de qualquer outro tipo de proteção de sobrecorrente. Recomenda-se que seja emitido em formato tipo A3, A2 ou A1, de acordo com a quantidade de válvulas a serem indicadas. No Anexo XII é apresentado um exemplo de Diagrama de Interligação de Válvulas Motorizadas STVM.
3.4.2 Diagrama de Interligação do STTQ Este documento substitui o Documento Diagrama de Malhas para o Sistema de Telemetria de Tanques – STTQ. Tem o mesmo tratamento que o documento Diagrama de Interligação para o STVM apresentado no item anterior, porém, neste caso, trata-se de transmissores de nível e seus respectivos sensores de temperatura.
3.5 DIAGRAMA FUNCIONAL Este documento vem caindo em desuso na medida em que os fornecedores de equipamentos “pacotes” ou de sistemas com painéis locais vêm aplicando CLPs, da mesma forma que também vêm sendo aplicados CLPs simples e TMR para a execução das lógicas de seqüenciamento e intertravamento. Sua emissão somente se justifica no caso de painéis, que executam o seqüenciamento ou intertravamento, são fabricados com componentes do tipo relé ou contator. Quando os painéis executores de lógicas aplicam CLPs, as informações das interligações de eventuais relés ficam agregadas ao documento de fiação interna do painel emitido por seu fabricante. Observar que, sendo necessária a emissão de Diagrama Funcional, ele deverá conter todas as informações de interligações dos contatos e bobinas de relés, bornes, disjuntores e fusíveis etc., de forma a se ter o perfeito entendimento dos comandos. Este documento não indica a seqüência física que a fiação segue dentro do painel, mas apenas a ligação elétrica.
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Todos os níveis de tensão, tipo de alimentação, identificação de réguas de bornes, fios etc. devem estar indicados e devem ser exatamente iguais ao que está executado no painel. A representação dos contatos deve considerar o relé com a bobina desenergizada. O documento é tipicamente elaborado em softwares de desenho como o AutoCAD, em folhas em tamanho A3. Cada folha interna do documento, onde são representadas as interligações de contatos de relés e suas bobinas, chaves internas ou externas ao painel, trazem na parte superior a identificação de colunas. Desta forma, a continuação de interligação entre páginas é indicada por links utilizando o número da página e a coluna na respectiva página para onde vai ou de onde vem a ligação. Recomenda-se que o desenho siga a simbologia definida na norma PETROBRAS N-898 da disciplina da Elétrica. Entretanto, pode acontecer de a Instrumentação já possuir simbologia própria e diferente em cada unidade operacional; neste caso, deve-se respeitar a simbologia já praticada. Este item deve ser confirmado com o cliente antes do início do projeto. No Anexo XIII é apresentado um exemplo de Diagrama Funcional.
3.6 LISTA DE CABOS E INTERLIGAÇÕES Antes de abordar a Lista de Cabos propriamente dita, deve-se primeiro tratar sobre a fonte destas informações. Uma base de dados bem construída pode proporcionar vantagens de organização, qualidade e produtividade nas atividades de projeto e, posterior a isso, vantagens nos testes e na manutenção, motivo pelo qual vem sendo largamente aplicada. Uma base de dados permite a procura por qualquer uma das informações, seja TAG de instrumento, malha, TAG ou tipo de cabo, ainda por TAG de painel, régua e borne. Com isso, o documento Lista de Cabos e Interligações vem sendo tratado como um relatório de saída de onde podem ser extraídos vários outros, com ou sem filtros. Uma base de dados típica para contemplar uma Lista de Cabos e Interligações completa deve conter campos para informações desde o campo até o último painel aonde chega o respectivo sinal, na CCL - Sala de Controle Local (ou subestação), ou na Sala de Controle aonde chegam os sinais de desligamento de emergência, também conhecidos como trip, alarmes dedicados, e comandos de canhões de combate a incêndio.
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Com as informações preenchidas, é possível emitir relatórios de acordo com as necessidades. Entretanto salienta-se a emissão de dois documentos mínimos para a obra e manutenção: são as listagens que vão contemplar a Lista de Cabos e Interligações de Campo e a Lista de Cabos e Interligações de Sala de Controle. Quando o projeto é executado de forma eletrônica, utilizando base de dados como fonte das informações para a geração de documentos, o aplicativo deve possuir telas de acesso pelo usuário, geração de relatórios para recuperação e verificação das informações nele contidas, e um controle de revisão para cada documento emitido a partir da base. Recomenda-se, e é comum ter-se, um relatório específico para a folha capa com o controle de revisões, inclusa no aplicativo. Observar que, como se trata de base de dados, dependendo de sua estruturação cada interligação (ou cada fio) representará um registro e, neste caso, também deverá ser previsto um campo para a indicação da revisão do registro. Pode-se concluir que a maior ou última revisão entre os registros também será a revisão do documento. Para o preenchimento da base de dados, deverão ser inclusos todos os bornes que existam nas réguas de bornes e todos os pares (ou ternas) dos cabos e multicabos. Para aqueles casos em que os bornes ou cabos estejam sem uso, indicar no campo relativo ao TAG do instrumento (ou sinal) a informação RESERVA. Deve ser emitido em formulário com formato A3, com a maior dimensão na posição horizontal. Deve conter informações que permitam a ligação dos cabos no instrumento e multicabos nas caixas de junção, nos armários, nos painéis, identificando o borne, fio, a cor e o cabo, permitindo a ligação correta de todos os elementos do circuito, desde o campo até o sistema de supervisão. Como se trata de base de dados, embora ela seja única comum para Campo ou Sala por unidade, podem ser obtidas listagens em separado por caixas de junção no caso de Lista de Cabos e Interligações de Campo ou por armários no caso da Lista de Cabos e Interligações de Sala.
3.6.1 Lista de Cabos e Interligações - Campo A Lista de Cabos e Interligações de Campo apresentará as informações da base de dados, normalmente da esquerda para a direita, a saber: • TAG do Instrumento Identificação do instrumento ou sinal.
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• TAG do cabo do instrumento Identificação do cabo que interliga o instrumento até a caixa de junção ou painel local, que corresponde ao TAG do instrumento ou sinal. Inclui-se o cabo entre um sensor e um transmissor, por exemplo um TE conectado ao TIT, inclusive o fio dreno de blindagem. • Conexões na Caixa de Junção ou Painel Local = Painel/Régua/Borne1 TAG da caixa de junção, ou do painel local, ou de um transmissor (por exemplo: TE conectado ao TIT), a régua dentro da caixa de junção (ou do painel local, ou de um transmissor) e o borne na régua da caixa de junção (ou do painel local, ou de um transmissor). Como se trata de lista de campo, adotar estas informações para a indexação da lista e observar que os pares (ou ternas, ou quadras) devem ficar agrupados. • Identificação do Multicabo entre Caixa de Junção e Armário de Rearranjo (trilho A) = Multicabo/Par/Cor1 TAG do multicabo que interliga a caixa de junção com o armário de rearranjo régua no trilho A, o número do par do multicabo e a cor dos fios de cada par do multicabo, inclusive o fio dreno de cada blindagem. • Conexões no Armário de Rearranjo = TAG do Armário de Rearranjo O TAG da régua no trilho A, que corresponde ao TAG da caixa de junção, e o borne na régua do trilho A, que corresponde ao número do borne da caixa de junção. • Observação Trata-se de alguma informação adicional para esclarecimento que normalmente não aparece nos campos anteriores. • Revisão Indicar a revisão das informações de cada registro pertinente à parte das interligações mostradas nesta Lista de Cabos e Interligações de Campo. No Anexo XIV é apresentado um exemplo de relatório de Lista de Cabos e Interligações de Campo.
3.6.2 Diagrama de Interligação de Campo Com o uso de base de dados nos projetos, o documento Diagrama de Interligação de Campo passou a ser um caso particular da Lista de Cabos e Interligações de Campo. Trata-se de um relatório específico onde são utilizados símbolos gráficos para apresentar as mesmas informações que são obtidas da mesma base de dados de onde são obtidas as informações para a emissão da lista, a saber: • TAG do instrumento,
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• TAG do cabo do instrumento, • conexões na Caixa de Junção ou Painel Local, • identificação do Multicabo entre Caixa de Junção e Armário de Rearranjo (trilho A), • conexões no Armário de Rearranjo, • Observação e • Revisão. As páginas deste documento devem ser ordenadas de forma alfanumérica pelos TAGs das Caixas de Junção e Painéis Locais. Este documento é emitido colocando-se uma caixa de junção, ou painel local, por folha. Quando em grande número, recomenda-se a utilização de folha índice para indicar a página de cada caixa de junção ou painel local. O índice deve ser sempre reordenado (de forma alfanumérica) quando incluída nova caixa ou novo painel. No Anexo XV é apresentado um exemplo de Diagrama de Interligação de Campo.
3.6.3 Lista de Cabos e Interligações - Sala de Controle A Lista de Cabos e Interligações de Campo apresentará as informações da base de dados, normalmente da esquerda para a direita, a saber: • TAG do instrumento (ou sinal). • Conexões na Caixa de Junção ou Painel Local = Painel/Régua/Borne1 TAG da caixa de junção, ou do painel local, ou de um transmissor (por exemplo: TIT conectado ao TE), a régua dentro da caixa de junção (ou do painel local, ou de um transmissor) e o borne na régua da caixa de junção (ou do painel local, ou de um transmissor). • Identificação do Multicabo entre Caixa de Junção e Armário de Rearranjo (trilho A) = Multicabo/Par/Cor1 TAG do multicabo que interliga a caixa de junção com o Armário de Rearranjo régua no trilho A, o número do par do multicabo e a cor dos fios de cada par do multicabo, inclusive o fio dreno de cada blindagem, e o respectivo tipo do multicabo. • Conexões no Armário de Rearranjo = Painel/Régua/Borne2 TAG do Armário de Rearranjo, o TAG da régua no trilho A, que corresponde ao TAG da caixa de junção e o borne na régua do trilho A, que corresponde ao número do borne da caixa de junção. Nestas colunas também são mostradas as interligações com o CCM e demais painéis da Elétrica. • Cabo3
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Identificação do cabo para rearranjo do trilho A para o trilho B, internamente ao Armário de Rearranjo ou entre Armários de Rearranjo, que normalmente é o mesmo TAG do sinal. • Conexões no Armário de Rearranjo = Painel/Régua/Borne3 TAG do Armário de Rearranjo da régua do trilho B, o TAG da régua no trilho B, que corresponde ao cartão do lado do SDCD ou do PES, e o borne na régua do trilho B, que corresponde ao número do borne do canal no cartão do SDCD ou PES. • Identificação do Multicabo entre o Armário de Rearranjo (trilho B) e o SDCD ou PES = Multicabo/Par/Cor4 Multicabo para rearranjo do trilho B até o SDCD ou PES, internamente à Sala de Painéis, o número do par do multicabo e a cor dos fios de cada par do multicabo e respectivo tipo. • Conexões no Painel do SDCD ou PES = Painel/Régua/Borne4 TAG do Painel de Controladores do SDCD ou PES, a identificação do cartão do SDCD ou PES, que corresponde ao número do controlador, seqüencial do painel e número do cartão (ou seqüencial do painel, número do bastidor e número do slot no bastidor) e o número do borne do canal utilizado. • Observação Trata-se de alguma informação adicional para esclarecimento que normalmente não aparece nos campos anteriores. • Revisão Indicar a revisão das informações de cada registro pertinente à parte das interligações mostradas nesta lista de cabos e interligações de sala de controle (ou subestação quando a lista tratar de interligações dentro da SE). Como pode ser observado, o documento deve apresentar, para cada sinal, as interligações dos multicabos vindo do campo chegando aos Armários de Rearranjo (trilho A), interligações entre o trilho A e o trilho B nos Armários de Rearranjo, interligações entre o Armário de Rearranjo (trilho A) e demais painéis da Casa de Controle Local e as interligações entre o Armário de Rearranjo (trilho B) e os cartões do SDCD ou PES. Para se ter um relatório legível e de fácil utilização, o documento deve ser dividido em três colunas de painéis com os respectivos multicabos de interligação entre eles. Neste caso, da esquerda para a direita ter-se-á: Esta listagem, ou Lista de Cabos e Interligações de Sala deve ser ordenada pelas informações da coluna central, a Coluna Painel 2, que contém as informações do TAG do painel, a identificação da régua e do borne. Assim como na Lista de Cabos e Interligações de Campo, os pares (ou ternas, ou quadras) também devem ficar agrupados.
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Coluna Painel 1 Sinal Caixa de Junção
Interligação
Multicabo1
ou Painel Local Sinal Armário de
Rearranjo Trilho B
Armário de
Interligação
Multicabo2
Rearranjo Trilho A Multicabo2
Rearranjo Trilho A Sinal Armário de
Coluna Painel 2
Armário de
Armário de Rearranjo Trilho B
Multicabo3
Rearranjo Trilho B Multicabo3
Coluna Painel 3
Painel de Controle SDCD ou PES
Painel de Controle SDCD ou PES
No lado direito da [Coluna Painel 3] ainda vêm a [Observação] e a [Revisão] do registro. No Anexo XVI é apresentado um exemplo de relatório de Lista de Cabos e Interligações de Sala de Controle.
3.7 DETALHES TÍPICOS Os detalhes típicos de instalação, também conhecidos como hook-up, servem para padronizar a instalação que é repetitiva e necessita ser documentada. Eles são adotados como modelos para serem utilizados repetidas vezes sempre que a aplicação for a mesma. Os detalhes típicos, quando ainda não existentes na empresa, são elaborados na fase de Projeto Básico, quando são estudadas as diferentes aplicações e, com base nas características dos fluídos, locais de instalação e utilidades disponíveis, são modelados os arranjos possíveis de ser padronizados. Podem ser criados detalhes típicos para diversos itens; entretanto, por sua repetitividade normalmente são preparados detalhes para instalação ao processo, elétrica, pneumática, suporte e de aquecimento. O documento Detalhes Típicos é emitido, normalmente, em formulário padronizado tipo A3, e também pode ser otimizados vinculando-se softwares de desenho com softwares de base de dados. O documento é composto por: • folha capa que pode incluir o controle de revisões das folhas internas se não houver folha específica para tal; • folha de simbologia;
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• a revisão em que se encontra a folha; • numeração de todas as folhas; • todas as folhas internas com os respectivos detalhes padronizados e com selo; • uma observação informando a qual aplicação o detalhe se destina. Para efeitos de Projeto Executivo, considera-se que os detalhes típicos já existem disponíveis na empresa ou foram preparados no Projeto Básico, sendo que a atividade nesta etapa do projeto é escolher e atribuir cada detalhe aos diversos instrumentos nele previstos. Conforme mencionado acima, no item Lista de Instrumentos, havendo uma identificação com código para cada detalhe típico, então estes códigos poderão ser aplicados no respectivo campo destinado a este fim na Lista de Instrumentos. Isto minimiza trabalho, aumenta a produtividade e evita o consumo de papel. Caso seja necessária a aplicação de algum detalhe não previsto nos detalhes existentes, então deverá ser preparado o detalhe adicional, que deverá ser submetido à Engenharia da empresa (ou cliente) para aprovação e liberação de uso.
3.7.1 Detalhe Típico - Processo O Detalhe Típico de instalação ao processo apresenta a instalação típica de um determinado elemento sensor para medição da respectiva variável de processo, e tem como objetivo medir continuamente ou monitorar limites da condição de operação desta variável. Sua elaboração deve prever, no mínimo: • o tipo de conexão à tubulação de processo (ou utilidade) ou equipamento de acordo com a norma de tubulação (ou equipamento); • o limite de escopo entre a disciplina de Tubulação e Instrumentação; normalmente a tubulação inclui a válvula raiz que é a primeira válvula, fica junto à tubulação e, deste ponto até o instrumento, está incluso na disciplina de Instrumentação; • o tipo de conexão ao instrumento de acordo com o especificado ou fornecido; • o desenho com a instalação típica, com todos os materiais necessários para a instalação; • atribuição, no desenho, de uma identificação para cada tipo de material, normalmente seqüencial 1, 2, 3, ...; • uma tabela, ou lista, com a descrição de cada material, com a especificação completa que permita a compra, vinculada a cada tipo identificado no desenho, o código de projeto (ou número de estoque) de cada material, a quantidade necessária para cada instalação aplicada e a quantidade
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total de cada material para o total de instalações (TAGs) previstos na página; • uma tabela, ou lista, com os TAGs dos instrumentos onde será aplicada a instalação típica e um documento de referência para cada instrumento, que permita localizar onde o instrumento será instalado, normalmente a planta de locação. Nos detalhes de instalação ao processo, é importante tomar alguns cuidados, por exemplo: • posição das tomadas, se vertical para cima, inclinado em 45° (para cima ou para baixo), ou horizontal; • com ou sem selagem, tipo de fluido para selagem; • com ou sem flushing, tipo de fluido para flushing e respectiva pressão; • com ou sem coleta de condensado; • instrumento acima ou abaixo da tomada, ou que a interligação entre processo e instrumento tenha inclinação para o processo ou para o instrumento; • com ou sem isolamento térmico, tipo de isolamento; • classe de pressão e temperatura dos materiais de acordo com a classe da tubulação (ou do equipamento); • identificação de tomadas de alta pressão e baixa pressão para medição de diferenciais; • a necessidade de referenciar um detalhe típico de steam tracing; • caso dois instrumentos tenham para sua instalação o mesmo detalhe de processo, porém um com aquecimento e outro não, recomenda-se que sejam colocados em folhas distintas, onde em uma página será previsto o aquecimento e referenciado o detalhe de steam tracing, e na outra página não. Deve ser considerado, também, que a elaboração do desenho na forma de apresentação tipo isométrico é mais apropriada, pois facilita o entendimento correto da instalação com as respectivas elevações relativas e inclinações das linhas das tomadas ao processo. A atividade no Projeto Executivo trata de colocar todos os TAGs pertinentes em cada detalhe a ser utilizado, garantindo que cada TAG tenha um documento de referência onde será instalado e que as quantidades de materiais estejam totalizadas. Estas quantidades serão utilizadas para a compra otimizada dos materiais. No Anexo XVII-A é apresentado um exemplo de Detalhe Típico - Processo.
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3.7.2 Detalhe Típico - Elétrico O Detalhe Típico de instalação elétrica apresenta a instalação típica da conexão de cabos a determinado instrumento, e tem como objetivo principal definir o tipo de proteção mecânica necessária, ou possível, a ser utilizada nos diversos locais, de acordo com a respectiva classificação de áreas. Sua elaboração deve prever, no mínimo: • o tipo de conexão ao instrumento (ou equipamento) de acordo com as conexões especificadas ou fornecidas; • o limite de escopo entre o fornecedor e o projeto, e entre o detalhe que é típico e a continuação na planta de instrumentação; normalmente a instalação considera desde o adaptador para a conexão na rosca fêmea no instrumento até um eletroduto flexível com malha em aço inox que chega a uma caixa de ligação (ou condulete); • o desenho com a instalação típica, com todos os materiais necessários para a instalação; • atribuição, no desenho, de uma identificação para cada tipo de material, normalmente seqüencial 1, 2, 3, ...; • uma tabela, ou lista, com a descrição de cada material, com a especificação completa (material, diâmetro, roscas, grau de proteção etc.) que permita a compra, vinculada a cada tipo identificado no desenho, o código de projeto (ou número de estoque) de cada material, a quantidade necessária para cada instalação aplicada e a quantidade total de cada material para o total de instalações (TAGs) previstos na página; • uma tabela, ou lista, com os TAGs dos instrumentos onde será aplicada a instalação típica e um documento de referência para cada instrumento, que permita localizar onde o instrumento será instalado, normalmente a planta de locação. Nos detalhes de instalação elétrica é importante tomar alguns cuidados, por exemplo: • número de conexões elétricas de cada instrumento; • posição da conexão de entrada no instrumento inferior, sempre que possível; • se estará em área classificada como perigosa ou não classificada; • com ou sem unidade seladora; • material à prova de tempo (TGVP) ou à prova de explosão, se alguns (quais) ou todos, de acordo com as normas de instalação; • instrumentos sensor e transmissor independentes ou integrados; • com ou sem isolamento térmico; e • identificação das conexões para sinal, alimentação de energia, rede, sensor etc. A elaboração do desenho poderá ser de forma esquemática, não necessitando ser do tipo isométrico.
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A atividade no Projeto Executivo trata de colocar todos os TAGs pertinentes em cada detalhe a ser utilizado, garantindo que cada TAG tenha um documento de referência onde será instalado e que as quantidades de materiais estejam totalizadas. Estas quantidades serão utilizadas para a compra otimizada dos materiais. No Anexo XVII-B é apresentado um exemplo de Detalhe Típico - Elétrico.
3.7.3 Detalhe Típico - Pneumático O Detalhe Típico de instalação pneumática apresenta a instalação típica da conexão de suprimento de ar ou de sinal pneumático a determinado instrumento, e tem como objetivo principal definir o tipo de interligação e acessórios a serem instalados. Sua elaboração deve prever, no mínimo: • o tipo de conexão ao instrumento (ou equipamento) de acordo com as conexões especificadas ou fornecidas; • o limite de escopo entre o fornecedor e o projeto, e entre o detalhe que é típico e a continuação na planta de distribuição de ar; normalmente a instalação considera desde o adaptador para a conexão na rosca fêmea no instrumento, por meio de tubing, até a outra extremidade que será conectada ao ramal pneumático onde inicia a tubulação rígida; • o desenho com a instalação típica, com todos os materiais necessários para a instalação; • atribuição, no desenho, de uma identificação para cada tipo de material, normalmente seqüencial 1, 2, 3, ...; • uma tabela, ou lista, com a descrição de cada material, com a especificação completa (tipo de material, classe de pressão, diâmetro etc.) que permita a compra, vinculada a cada tipo identificado no desenho, o código de projeto (ou número de estoque) de cada material, a quantidade necessária para cada instalação aplicada e a quantidade total de cada material para o total de instalações (TAGs) previstos na página; • uma tabela, ou lista, com os TAGs dos instrumentos onde será aplicada a instalação típica e um documento de referência para cada instrumento, que permita localizar onde o instrumento será instalado, normalmente a planta de distribuição de ar. Nos detalhes de instalação pneumática, é importante tomar alguns cuidados, por exemplo: • número de conexões pneumáticas de cada instrumento; • posição da conexão de entrada no instrumento inferior, sempre que possível; • acessórios fornecidos com o instrumento ou válvula e acessórios adicionais a serem fornecidos pelo projeto (ou montadora); • identificação das conexões para sinal, suprimento de ar, purga de ar etc. A elaboração do desenho poderá ser de forma esquemática, não necessitando ser do tipo isométrico.
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A atividade no Projeto Executivo trata de colocar todos os TAGs pertinentes em cada detalhe a ser utilizado, garantindo que cada TAG tenha um documento de referência onde será instalado, e que as quantidades de materiais estejam totalizadas. Estas quantidades serão utilizadas para a compra otimizada dos materiais. Os detalhes típicos pneumáticos são normalmente aplicados a instrumentos. Quando se tratar, por exemplo, de interligações pneumáticas em painéis com comandos pneumáticos, deve ser preparado um desenho específico pelo fornecedor do painel, ou no Projeto Executivo como um detalhe na planta pneumática onde aparecer o painel. Não é incluído no documento com os detalhes típicos, pois não se trata de interligação típica. No Anexo XVII-C é apresentado um exemplo de Detalhe Típico Pneumático.
3.7.4 Detalhe Típico - Suporte de Instrumentos O Detalhe Típico de suportes apresenta os diversos tipos de suportes a serem utilizados, e tem como objetivo principal sugerir o tipo de suporte mais provável a ser adotado, possibilitando uma estimativa muito próxima de material e de execução. É possível indicar os suportes de forma conclusiva; entretanto, a suportação final de cada instrumento é sempre concluída, no momento da execução, pela fiscalização de montagem em conjunto com a operação, de acordo com a necessidade de visibilidade e com os espaços físicos disponíveis no local da instalação. A elaboração de um Detalhe Típico deve prever, no mínimo: • o tipo de fixação do instrumento (ou equipamento) ao suporte; • o limite de escopo entre o fornecedor e o projeto, pois diversos instrumentos vêm com os acessórios para fixação ao suporte; • o aterramento do instrumento ao suporte e do suporte à malha de terra; suportes soldados a uma estrutura metálica já são considerados aterrados, e basta a conexão do fio terra do suporte ao instrumento; • o desenho com a característica típica, com todos os materiais necessários para a construção do suporte; • atribuição, no desenho, de uma identificação para cada tipo de material, normalmente seqüencial 1, 2, 3, ...; • uma tabela, ou lista, com a descrição de cada material, com a especificação completa (tipo de material, bitola, acabamento, diâmetro etc.) de cada material e a respectiva quantidade necessária
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que permita a construção do suporte; • identificação de cada tipo de suporte no desenho; e • uma tabela, ou lista, com os TAGs dos instrumentos onde será indicado o tipo de suporte sugerido, e um documento de referência para cada instrumento que permita localizar onde o instrumento será instalado, normalmente a planta de locação. Nos detalhes típicos de suportes, é importante tomar alguns cuidados, por exemplo: • número de instrumentos por suporte e o respectivo agrupamento; • altura do suporte e do instrumento no suporte; • material adequado ao local de instalação; • aterramentos; • acessórios fornecidos com o instrumento e acessórios adicionais a serem fornecidos pelo projeto (ou montadora); • chegada dos cabos e tubings de processo e pneumáticos ao instrumento, permitindo a visualização e futura manutenção. Os detalhes de suportes ficam mais bem apresentados com uma elaboração do desenho em forma 3D (tridimensional), em uma vista espacial. A atividade no Projeto Executivo trata de colocar todos os TAGs de instrumentos que necessitam de suportação, quais os tipos de suportes sugeridos respectivamente e que cada TAG tenha um documento de referência onde será instalado, normalmente a planta de locação. Os detalhes típicos de suportes são normalmente aplicados a instrumentos e pequenos equipamentos. Quando se tratar, por exemplo, de suportação de painéis locais, então é preparado um desenho específico pelo fornecedor do painel, ou no projeto como um detalhe na planta de locação onde aparecer o painel. Não é incluído no documento com os detalhes típicos, pois não se trata de interligação típica. Os detalhes de suportação de caixas de junção (ou junction box) serão tratados abaixo, em item específico. No Anexo XVII-D é apresentado um exemplo de Detalhe Típico – Suporte de Instrumentos.
3.7.5 Suporte de Caixas de Junção Além da folha capa, este documento é formado por dois tipos de desenhos, a saber: • folha com a vista externa das caixas de junção, indicando:
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a identificação da CJ; a coluna e/ou suporte onde a CJ é fixada (indicação do Detalhe Típico de Suporte); os eletrodutos e conduletes na região próxima as CJs; a bitola dos eletrodutos; a quantidade e identificação dos cabos e multicabos no interior dos eletrodutos; observar que, preferencialmente, a entrada e saída de eletrodutos deverá ser por baixo e lateral, devendo ser evitada a conexão superior. • Folha com o típico de suportes das caixas de junção, indicando: o Detalhe Típico de Suporte das CJs, identificando-as, que já servirá para mostrar o agrupamento das caixas de junção em cada suporte; a tabela com a lista de materiais utilizados; o detalhe de fixação da base do suporte; e a ligação dos suportes à malha de terra da Refinaria. No Anexo XVII-E é apresentado um exemplo de Detalhe Típico – Suporte Caixas de Junção.
3.7.6 Detalhe de Suportes para Leitos Para a montagem dos leitos e eletrocalhas, será necessário prever sua suportação e, neste caso, devem ser apresentados nas plantas de leitos os detalhes de cada suporte. Quando solicitado pelo cliente e previsto no escopo, poderá ser elaborado um documento em separado para apresentar os detalhes de cada suporte. Além da folha capa, este desenho contempla os detalhes típicos e os detalhes específicos, quando necessário, de: • suporte dos leitos de cabos e/ou bandejas; • aterramento (continuidade elétrica entre segmentos) e ligação (em um único ponto) à malha de terra da unidade industrial; • observar que cada detalhe específico deverá referenciar a planta de leitos onde será utilizado. Cada detalhe deve ser identificado, constando essa identificação no desenho “Planta de Leitos”, item 3.8.2. Devem ser incluídos neste documento detalhes de estruturas metálicas (painéis locais), eletrodutos e bandejas. A apresentação do documento é semelhante ao de suporte de caixas de junção.
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3.7.7 Steam Tracing O detalhe típico de instalação de steam tracing apresenta a instalação típica de aquecimento para as diferentes medições, e tem como objetivo determinar o tipo de instalação para manter aquecida(s) a(s) tomada(s) de conexão ao processo dos diferentes detalhes típicos de conexão ao processo. A elaboração de um Detalhe Típico deve prever, no mínimo: • o tipo de conexão à tubulação de vapor de acordo com a norma de tubulação; • o tipo de vapor que será utilizado; • o limite de escopo entre a disciplina de Tubulação e Instrumentação; normalmente a tubulação inclui a válvula raiz, que é a primeira válvula, fica junto à tubulação, e, deste ponto até o ponto de descarte do condensado, está incluso na disciplina de Instrumentação; o ponto de dreno é tratado pela disciplina de Civil quando for no piso ou Tubulação quando for para outro equipamento ou coletor; • o desenho com a instalação típica, com todos os materiais necessários para a instalação; • atribuição, no desenho, de uma identificação para cada tipo de material, normalmente seqüencial 1, 2, 3, ...; • uma tabela, ou lista, com a descrição de cada material, com a especificação completa que permita a compra, vinculada a cada tipo identificado no desenho, o código de projeto (ou número de estoque) de cada material, a quantidade necessária para cada instalação aplicada e a quantidade total de cada material para o total de instalações (TAGs) previstos na página; • uma tabela, ou lista, com os TAGs dos instrumentos onde será aplicada a instalação típica e um documento de referência para cada instrumento, que permita localizar onde o instrumento será instalado, normalmente a planta de locação; • é conveniente indicar o número do(s) documento(s) referente aos detalhes típicos de conexão ao processo, para que se tenha a referência cruzada. Nos detalhes de instalação de steam tracing, é importante tomar alguns cuidados, como: • posição das tomadas de vapor acima das tomadas de processo; • tipo de purgador; • quebra de especificação de materiais e respectiva conexão; • descarte para drenagem ou coleta de condensado; • tipo de montagem e fixação às tomadas de processo, e inclinação para o sentido da drenagem; • com ou sem isolamento térmico; e tipo de isolamento; • classe de pressão e temperatura dos materiais de acordo com a classe da tubulação; • limite de temperatura do instrumento e sua eletrônica; • a necessidade de referenciar a um detalhe típico de processo.
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Deve ser considerado que a elaboração do desenho na forma de apresentação tipo isométrico é mais apropriada, pois facilita o entendimento correto da instalação com as respectivas elevações relativas e inclinações das linhas junto às linhas das tomadas ao processo. Além disso, deve acompanhar o mesmo tipo de apresentação do detalhe típico de processo correspondente. A atividade no Projeto Executivo trata de colocar todos os TAGs pertinentes em cada detalhe a ser utilizado, garantindo que cada TAG tenha um documento de referência onde será instalado, normalmente a planta de locação, e que as quantidades de materiais estejam totalizadas. Estas quantidades serão utilizadas para a compra otimizada dos materiais. No Anexo XVII-F é apresentado um exemplo de Detalhe Típico – Steam Tracing.
3.8 PLANTAS DE INSTRUMENTAÇÃO Para a localização da instrumentação na área, é necessário identificar as posições dos instrumentos dentro da unidade, o que se consegue com a elaboração de plantas chamadas de Plantas de Instrumentação. Quando se está tratando de uma unidade industrial, as distâncias envolvidas, bem como a quantidade de instrumentos, são significativas, e a apresentação deve ser organizada sob pena de prejudicar a localização correta ou ágil dos instrumentos. Para que se tenha a referida agilidade e uma organização adequada, as Plantas de Instrumentação estão dividas por assunto, e cada planta terá sua respectiva característica para elaboração. O documento deve ser emitido em formulário nos formatos A1 ou A0, sendo que o desenho é elaborado em software próprio para desenho, conforme mencionado anteriormente. Para a elaboração do projeto, este documento poderá estar associado à base de dados, e poderão ser extraídas automaticamente as listas de materiais necessários para a instalação adequada. Os assuntos abordados são: Planta Chave, Planta de Encaminhamento de Leitos, Planta de Instrumentação Elétrica e Planta de Instrumentação Pneumática. Os Anexos XVIII-A/B/C/D/E apresentam uma sugestão de simbologia para uso em Plantas de Instrumentação.
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3.8.1 Planta Chave de Instrumentação A Planta Chave, como o próprio nome já define, é o documento em que será mostrada a subdivisão da área total da unidade industrial e indicado para cada subdivisão o número das demais plantas. Ela é elaborada a partir da planta de arranjo geral dos equipamentos em seus diferentes níveis ou elevações. As divisões são mostradas em linha de espessura maior, contendo dentro de cada porção os principais equipamentos já mostrados na planta de arranjo geral. A cada subdivisão indicada na Planta Chave corresponderá também a mesma subdivisão definida para as Plantas de Tubulação. Estes documentos são trabalhados e emitidos pela disciplina de Tubulação. As Plantas de Instrumentação de cada subdivisão também serão as mesmas entre si. Por exemplo: a subdivisão escolhida para uma determinada porção da unidade será a mesma para a Planta de Instrumentação Elétrica como para a Planta de Instrumentação Pneumática, ambas referentes à mesma porção da unidade. O documento deverá apresentar a legenda indicando todos os números das Plantas de Instrumentação de cada subdivisão. Deve-se, ainda, representar a seta Norte e coordenadas do desenho, assim como os números de documentos de continuação das instalações em cada linha limite da porção apresentada, para os lados Norte, Sul, Leste e Oeste. Recomenda-se que, ao iniciar-se um projeto, um cuidado especial seja tomado com relação a isto, de forma a garantir que seja possível utilizar o seqüencial do documento igual para todos os tipos de planta do mesmo local, variando-se a dezena para as diferentes elevações e variando-se apenas a centena do documento para os diferentes tipos, por exemplo: • Unidade – porção da área – número 1, 2, 3, 4, ... • Série 100 para eletrodutos • Série 200 para pneumática • Série 300 para detectores de gases • Dezena – zero para a elevação do piso térreo • Dezena – 10 para primeira elevação • Dezena – 20 para primeira elevação • Dezena – 30 para primeira elevação • Dezena – 40 para primeira elevação
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Então, se uma Planta apresentar o seqüencial 101, significará porção 1, planta de eletrodutos do térreo, e se o seqüencial for 221, significará porção 1 da segunda elevação de distribuição pneumática. Já um seqüencial 134 indicará que se trata de uma Planta de Instrumentação e eletrodutos, da porção 4 da unidade na terceira elevação. Desta forma, será ágil e fácil, a partir de uma Planta de Instrumentação Elétrica, obter a Planta de Distribuição Pneumática, visto que se terá um formato padrão para a numeração dos documentos. Ainda assim, este método deverá ser validado pelo cliente. No Anexo XIX é apresentado um exemplo de Planta Chave.
3.8.2 Planta de Encaminhamento de Leitos O desenho deve conter apenas as instalações referentes aos leitos (ou bandejas), que poderão ser divididos em principais e secundários. Os leitos principais servem para instalar os cabos e multicabos que interligam as caixas de junção e painéis locais até a casa de controle local (CCL), ou até a subestação (SE), da unidade. Na posição de chegada à CCL ou à SE, em muitos casos será necessário mostrar a descida dos cabos em direção à CCL ou a SE; neste caso, devem ser apresentados um detalhe com os eletrodutos, o agrupamento dos cabos e multicabos nos eletrodutos, e a selagem. Os leitos secundários servem para instalar os cabos que interligam os instrumentos e válvulas de controle até as caixas de junção ou painéis locais. Eles são segregados por tipos, de acordo com os tipos de sinais. Para isto, deve-se consultar a norma API-RP-552. Para cada trecho de leito, principal ou secundário, devem ser indicados os cabos e/ou multicabos do respectivo trecho, a largura e a altura da aba, elevações e mudanças de elevações. Neste documento não são apresentados os instrumentos e os eletrodutos de interligação destes às CJs, mas a indicação de afloramento de envelopes e continuidade das instalações e os respectivos números dos documentos. O desenho também deve indicar os detalhes dos suportes dos leitos ou bandejas para cada ponto de suportação. Quando a inclusão de tais detalhes provocar um congestionamento no documento e comprometer a visualização e interpretação, então se recomenda adotar o uso de códigos para os detalhes, e depois emitir um documento em separado, identificado com o título “Detalhes de Suportes de Leitos”. Ver item 3.7.6.
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As interligações entre os painéis, quando previstas com leitos, devem também estar detalhadas, assim como cortes e detalhes de canaletas e bandejas, com a identificação dos cabos e circuitos. Todos os leitos e bandejas devem ser conectados à malha de terra da unidade operacional. Para a elaboração do projeto de leitos, deve-se consultar a norma PETROBRAS N-1997. No Anexo XX-A é apresentado um exemplo de Planta de Encaminhamento de Leitos.
3.8.3 Planta de Instrumentação Elétrica O desenho deve conter apenas as instalações referentes aos instrumentos e caixas de junção, sua locação e elevação. Neste tipo de planta não são indicados os leitos ou bandejas, mas somente os eletrodutos, desde os instrumentos até os leitos secundários, do leito até as caixas de junção. Para cada trecho de eletroduto devem ser indicados no desenho os dados como bitola dos eletrodutos, tipo de sinal, quantidade e identificação de cabos e multicabos, assim como os suportes necessários. As colunas e principais equipamentos deverão ser indicados, para que sirvam como referência e fácil localização. Junto à legenda, uma planta-chave da unidade com a localização do desenho em questão hachurada deverá ser incluída. Na coluna sobre o selo do documento, acima do controle de emissões e revisões do desenho, recomenda-se reservar três espaços, um para as notas gerais, um para a legenda com todos os símbolos utilizados e outro, acima, para listar os desenhos e documentos de referência. O desenho também deve indicar os detalhes dos suportes dos eletrodutos e cada ponto de suportação quando especial. As interligações entre os instrumentos sensores e seus respectivos transmissores devem também estar detalhadas. No Anexo XX-B é apresentado um exemplo de Planta de Instrumentação Elétrica.
3.8.4 Planta de Instrumentação Pneumática Este desenho, também conhecido como Planta de Distribuição de Ar para Instrumentos, deve ser feito na mesma escala da “Planta de Locação de Instrumentos”, e indicar basicamente o suprimento
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de ar para os instrumentos (posicionadores eletropneumáticos de válvulas de controle, conversores I/P, válvulas solenóides etc.): • O desenho deve conter pontos de referência, tais como vasos, torres, colunas etc. • O desenho deve conter: header de distribuição de suprimento de ar, tubulação de distribuição de ar até os instrumentos, bitola da tubulação, válvulas de bloqueio e elevações e mudanças de elevações. Neste tipo de planta, não são indicados os leitos ou bandejas, mas somente os tubings e tubos de distribuição de ar de instrumentos, desde os instrumentos até o header principal. Para cada trecho de bandeja devem ser indicados dados como bitola dos tubings e quantidades, assim como suportes necessários, dados como largura de bandejas, elevações e mudanças de elevação, quantidade e identificação dos tubos e multitubos que nela trafegam, e qualquer outro dado necessário à correta interpretação do documento e montagem. As colunas e principais equipamentos deverão ser indicados, para que sirvam como referência e fácil localização. Informações de distribuição pneumática até os instrumentos podem ser incorporadas à Planta de Instrumentação Elétrica, desde que o documento não fique muito congestionado. Junto à legenda deverá ser incluída uma planta-chave da unidade com a localização hachurada do desenho em questão. Na coluna sobre o selo do documento, acima do controle de emissões e revisões do desenho, recomenda-se reservar três espaços, um para as notas gerais, um para a legenda com todos os símbolos utilizados e outro, acima, para listar os desenhos e documentos de referência. No Anexo XXI é apresentado um exemplo de Planta de Instrumentação Pneumática.
3.9 PLANTA DE ENVELOPES E CORTES A Planta de Envelopes e Cortes é um documento trabalhado pela Eletricidade, devido à elevada utilização deste tipo de instalação para distribuição de energia nessa disciplina. Também por ser
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necessário e mandatório ter-se apenas um documento mostrando as instalações elétricas no solo, do inglês, conhecido como underground. Com isto também será facilitado o controle das interferências com outras instalações previstas na documentação da disciplina de Civil, por exemplo drenagens e redes de combate a incêndio quando enterradas. As atividades de instrumentação e automação são quantificar os cabos, multicabos e redes de comunicação, suas rotas e as respectivas necessidades de eletrodutos, ou seja, definir a seção de cada trecho de envelope. Para melhor entendimento sobre o projeto e a construção de envelopes, recomenda-se a leitura da norma PETROBRAS N-1996.
3.9.1 Planta de Envelopes Neste documento será indicada a rota de cada envelope e os respectivos afloramentos, selagem na troca de áreas com classificação diferentes, chegada em caixas de passagem e interfaces com leitos e eletrocalhas, travessia de ruas e de pontilhões etc. Com este documento são tratadas as possíveis interferências. No Anexo XXII-A é apresentado um exemplo de Planta de Envelopes.
3.9.2 Planta de Cortes Para cada Planta de Envelopes corresponde uma Planta de Cortes, que deve conter todos os respectivos cortes de cada trecho de envelope, com as seções que mostram a quantidade de eletrodutos e seus diâmetros, e a disposição dos cabos e/ou multicabos ou redes em cada eletroduto, devendo-se para isto indicar seus TAGs. No Anexo XXII-B é apresentado um exemplo de Planta de Cortes. A critério de cada empresa, é possível também adotar-se o mesmo número de documento para ambas as Plantas de Envelopes e Cortes, diferenciando-se apenas pelo número da folha.
3.10 LAY-OUT DE SALA DE PAINÉIS EM CCL Este documento objetiva mostrar como são locados os painéis de instrumentação e automação dentro da sala de painéis na Casa de Controle Local.
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São painéis típicos de serem instalados em uma CCL: • Armários de Rearranjo do SDCD • Painéis de Controladores do SDCD • Painéis de Switchers do SDCD • Armários de Rearranjo do PES (SIS) • Painéis de Controladores do PES (SIS) • Painéis de Switchers do PES • Painéis do Sistema de Detecção de Fogo e Gás • Painéis do SMMD • IHM do SMMD • Painéis do STVM • Painéis do STTQ • Painéis de Distribuição de Energia para instrumentos de campo (a 4 fios) • IHM do sistema de fogo e gás na sala de operadores. Para a elaboração do lay-out (arranjo) dos equipamentos na sala de painéis da Casa de Controle local devem ser listados e definidos todos os equipamentos a serem instalados. Após o levantamento de todos os equipamentos, o dimensionamento total da Casa é feito pelas disciplinas de Arquitetura e Civil. Recomenda-se, na medida do possível, adotar o lay-out emitido pela Arquitetura/Civil para, sobre ele, desenhar o arranjo dos painéis de Instrumentação, evitando cópia e possível erro na transcrição. Observar a escala do desenho e dos equipamentos. No desenho do arranjo dos painéis deverá ser mostrada sua posição em relação às portas de acesso à sala, a posição das canaletas, onde estão instalados os leitos e eletrocalhas, onde inicia e termina o piso falso ou porão. Incluir a seta com o Norte físico. Também deverão ser indicadas as entradas e saídas de cabos e multicabos e o respectivo acesso aos leitos ou eletrocalhas. Indicar, ainda, a rota dos multicabos nos leitos ou eletrocalhas. Como toda Sala de Painéis, são necessários detectores de fogo e fumaça junto ao forro e abaixo do piso falso. Tais sensores devem ser indicados. Recomenda-se a indicação desses sensores na mesma planta de lay-out, mostrando também a paginação do forro com as luminárias e bocas de insuflamento ou saída de ar. Atenção especial para o posicionamento da iluminação, que será muito importante para a manutenção interna dos painéis. Esta planta deve também mostrar os eletrodutos das redes de
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comunicação e, quando colocados nos leitos, também devem ser indicadas as rotas respectivamente. É comum instalar-se os diversos painéis em fileiras; entretanto, a posição estratégica deve ser observada considerando os diversos tipos de cabos e redes, as respectivas origens e os destinos dentro da Sala, por onde entram os multicabos e de que forma eles acessam os painéis. Deve-se manter o foco para minimizar cruzamentos e ocupação de leitos desnecessária. Os multicabos organizados adequadamente permitem também uma limpeza adequada e minimizam o aparecimento ou alojamento de bichos (os ratos são os mais comuns) e insetos. Um dos aspectos mais importantes, além da organização dos painéis e espaço reserva para instalações futuras, é indicar adequadamente a instalação de ar condicionado e do sistema de pressurização da casa. Os painéis não têm característica para instalação em área classificada; e, como painéis elétricos são fontes de ignição, é utilizada a pressurização para garantir que não se tenha entrada de gás proveniente da unidade de processo na Casa de Controle onde eles estão instalados, e também pela presença de operadores da unidade. Para maior e melhor entendimento, recomenda-se a leitura das normas NFPA 496 e IEC-60079-13. Um caso particular de casas locais são as Casas de Analisadores; para isso, recomenda-se a leitura da norma IEC-60079-16. As características de dissipação térmica e o posicionamento dos painéis servirão de subsídio para o correto dimensionamento do sistema de refrigeração da sala, o qual deverá ser instalado de acordo com o projeto, sob pena de não funcionar adequadamente. Deve ser previsto espaço para circulação, entrada e saída de equipamentos e manutenção. Caso o desenho não esteja congestionado, então poderá ser incluída a indicação das malhas de aterramento de carcaça e terra elétrico da fonte de energia. Junto com estas indicações, também são mostradas as chapeiras de terra isolado para sinais de instrumentação, terra de carcaça de painéis e terra dos leitos e eletrocalhas. A malha de terra da fonte de energia acompanha os cabos de alimentação dos painéis. Quando se tratar de lay-out de equipamentos de instrumentação e automação, dentro de subestação, então o documento deverá ser emitido e revisado pela disciplina de Eletricidade. Normalmente este documento é emitido em formulário nos formatos tipo A1 ou A0, elaborado com software de desenho. Observar o preenchimento do selo com todas as informações solicitadas. No Anexo XXIII é apresentado um exemplo de Planta de Lay-out de Casa de Controle Local.
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3.11 LAY-OUT DE CIC – CENTRO INTEGRADO DE CONTROLE Este documento objetiva apresentar como são locadas as mesas de operação com as IHMs. Junto às IHMs também são instaladas as mesas com os comandos de emergência, botoeiras para trip, sendo que algumas empresas também utilizam anunciadores de alarme com pontos dedicados, muitas vezes pontos de resumo de alarmes de uma parte do processo ou de um equipamento vital para a operação da unidade. É de vital importância que o arranjo das mesas de operação, IHM e mesas de comandos de emergência seja elaborado por uma equipe multidisciplinar, da qual participe quem vai operar, quem vai dar manutenção, equipe da Segurança Industrial e Engenharia. Quando se trata de um projeto de lay-out de Centro Integrado de Controle, deve-se considerar também que se trata de um projeto integrado de, pelo menos, os seguintes assuntos: • Arquitetura civil forro, piso, divisórias acústica ventilação e pressurização condicionamento de ar • Ergonomia acústica mobiliário luminosidade vídeo • Instrumentação e automação; equipamentos: IHM, comandos, anunciadores, vídeowall redes industriais interligações, leitos e eletrocalhas comunicação via satélite sistema de detecção de fogo, fumaça e gases aterramento de instrumentação utilidades (como ar de instrumentos se for necessário)
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• Elétrica circuito fechado de TV patrimonial e industrial sonorização iluminação comunicação: telefonia, rádio, alta voz, rede Ethernet (TI) distribuição de energia sistema ininterrupto de energia aterramento elétrico • Segurança patrimonial e industrial sistema de combate a incêndio interno controle remoto de combate a incêndio controle de acesso. Os investimentos em Centros de Controle têm valor significativo. Neste sentido, devem ser consideradas possíveis expansões de curto e médio prazo. Recomenda-se que sejam previstos 20% de reserva no equipamento e infra-estrutura, e mais 20% de espaço reserva para novos equipamentos. No caso de não haver mais possibilidade de expansão das unidades industriais, ou seja, no caso de haver expansão, implicará também em sala nova; então se recomenda de 10 a 20% de espaço reserva para melhorias. Como se trata de um projeto tipicamente de controle, normalmente é conduzido e coordenado pela disciplina de Instrumentação e Automação, a qual deve fornecer todas as informações que servirão como base, pertinentes à execução dos projetos. Deve-se observar que, mesmo que a Casa de Controle não esteja localizada em área classificada, os sistemas de ventilação e ar condicionado devem manter, nos ambientes interiores, a pressão do ar em valor mais elevado que a pressão do ar externo. Tal pressurização visa evitar a entrada de poeira e gases que possam prejudicar a operação de algum equipamento, trazer risco de contaminação, explosão ou incêndios e riscos à saúde. Normalmente, este documento é emitido em formulário nos formatos tipo A1 ou A0 e segue a arquitetura para identificação das salas e arranjos principais. O projeto de um Centro Integrado de Controle segue os mesmos cuidados já abordados na sala de painéis da Casa de Controle Local, acrescido do fator preponderante, que é a ergonomia e apresentação do local. Recomenda-se a leitura das normas ISA-RP-60.1, ISA-RP-60.2, ISA-RP60.3, ISA-RP-60.4, norma NBR-9050, e da norma regulamentadora NR-17 emitida pelo MTE. No Anexo XXIV é apresentado um exemplo de Planta de Lay-out de Centro Integrado de Controle.
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3.12 SISTEMA DE DETEÇÃO DE FOGO E GÁS As indústrias de petróleo e de seus derivados têm como característica básica o processamento e manuseio de produtos perigosos, líquidos inflamáveis e gases que, quando em fuga para a atmosfera, tornam o local uma Área Classificada, conforme visto no item 2.10. Como forma preventiva e de monitoração contínua, é instalado um Sistema de Detecção de Fogo e Gases que consiste basicamente de detectores de gases espalhados e locados estrategicamente na área, próximos a locais onde, se detectado um vazamento, é muito importante um alarme e uma ação imediata. A locação de tais sensores, bem como o respectivo tipo de sensor, devem ser avaliados e definidos em conjunto com a Engenharia de Processo e com a Segurança Industrial. Em posições estratégicas também são colocadas chaves manuais, para que o operador ou outro funcionário ativem o alarme quando necessário. Da mesma forma que os sensores de gases, são locados e instalados detectores de fumaça e fogo internamente aos prédios onde se têm os painéis elétricos e sistemas de controle da planta, em Casas de Controle Locais, Subestações e Centro Integrado de Controle, abaixo do piso-falso junto aos cabos e próximo ao forro, onde a fumaça pode se acumular. O projeto de instalação internamente aos prédios deve atender à norma NBR-9441. Consultar também a norma NBR-13231. Em posições estratégicas também são colocadas chaves manuais, para o operador ou outro funcionário, ativar o alarme, quando necessário. Normalmente são emitidos documentos, na classe de instrumentação pertinente a gases e detectores, que tomam a Planta de Arranjo de Equipamentos e também os documentos Lay-out de Sala de Painéis em CCL, Lay-out de Centro Integrado de Controle, e Subestações, no mesmo formato que o desenho base (A2, A1 ou A0), seguindo os arranjos dos equipamentos ou a arquitetura para identificação das salas e arranjos principais. Observar o preenchimento do selo com todas as informações solicitadas, bem como a simbologia utilizada. Para a locação dos sensores, deve-se observar a influência de ventos e as posições de insuflamentos de ar, quando for o caso interno a prédio. A elevação dos sensores também tem sua importância e deve ser observada com cuidado. Por exemplo: detectores de H2 dentro de salas de bateria que ficam na parte mais alta junto à saída do ar interno. Devido à molécula de H2 ser a mais leve, deve-se observar a posição do exaustor nas salas de baterias, que não deve ficar em posições baixas e, sim, o mais próximo possível do forro em sua parte mais alta.
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No Anexo XXV-A é apresentado um exemplo de Planta de Detectores de Fogo e Gás – Sala, e no Anexo XXV-B, um exemplo de Planta de Detectores de Fogo e Gás - Área de Processo.
3.13 CANHÕES DE COMBATE A INCÊNDIO COM CONTROLE REMOTO O sistema de combate a incêndio é normalmente composto por extintores portáteis, canhões de combate fixos manuais a base de água e espuma, mangueiras etc. Como forma de aumentar a segurança e agilizar o combate inicial, vêm sendo aplicados os chamados Canhões de Combate a Incêndio com Controle Remoto, que são os canhões manuais agora equipados com circuitos hidráulicos e comandos remotos. Os comandos remotos são locados em um painel local distante o suficiente para se ter segurança e visibilidade ao operar numa situação de emergência. Somando-se aos comandos de um painel local remoto ao canhão, também são previstos os comandos remotos a partir do Centro Integrado de Controle, em uma console específica da Segurança Industrial que acompanha a operação da unidade junto à operação centralizada. Isto facilita a comunicação e agiliza a tomada de ação. A posição de cada canhão é definida pela equipe de Operação e pela Segurança Industrial. Para a correta representação deste sistema, é necessária a emissão de documento específico que tomará como base a Planta de Rede de Combate a Incêndio, onde constam indicados os canhões ligados à rede de água de incêndio. Estas informações de locação são transcritas à Planta de Instrumentação, que poderá ser a Planta de Instrumentação Elétrica ou a Planta de Detectores de Fogo e Gás da unidade de processo. Esta escolha deve ser de acordo com o padrão da empresa (ou cliente). Trata-se de documento normalmente emitido no mesmo formato da planta adotada como base (A2, A1 ou A0). Além da Planta, também deve ser emitido Diagrama de Malha específico para cada canhão, podendo ser um documento por unidade. Trata-se de documento normalmente emitido em formato tipo A3. No caso de ambos os documentos, observar que deve ser preenchido o selo com todas as informações solicitadas e também com a simbologia utilizada. Vale lembrar que deverá ser feita a correta interface com as demais disciplinas e respectivos documentos envolvidos, por exemplo: Tubulação (planta de rede de incêndio), Civil e Elétrica (planta de envelope e cortes), Equipamento (especificação do canhão).
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3.14 PROJETO DE ARMÁRIOS DE REARRANJO Para controle, monitoração e intertravamento de uma unidade de processo, é necessário transmitir os sinais da instrumentação de campo até a Sala de Painéis onde, normalmente, está o controle e intertravamento da unidade. A transmissão de sinais pode ser feita de diversas formas. Quando é transmitida por multicabos, do inglês hardwired, então os instrumentos são conectados a uma caixa de junção, e dela os sinais são transmitidos para a Sala de Painéis. Seria possível levar os cabos (pares e ternas) individuais até a CCL; entretanto, isto somente é viável quando os instrumentos estão muito próximos à CCL, o que em uma unidade industrial é raro, e ainda assim é recomendável uma análise de custo x benefício. O agrupamento de sinais em caixas de junção é feito posicionando-se tais caixas de junção em locais estratégicos no campo de forma a otimizar o uso das caixas e dos multicabos associados. Por outro lado, na Sala de Painéis da Casa de Controle Local os sinais estarão distribuídos em diversos cartões em diferentes painéis. Como se torna inviável, sob o ponto de vista de instalação e manutenção, encaminhar um grupo de pares (ou ternas) de um multicabo para um painel e uma outra parte (do mesmo multicabo) para outro painel, são utilizados os armários de rearranjo, do inglês marshalling rack. Conforme está definido em norma, sinais de controle devem ser encaminhados para painéis de controle, e sinais de intertravamento devem ser encaminhados para painéis de intertravamento. Com isto, pode-se concluir que os armários de rearranjo para o SDCD são diferentes dos armários de rearranjo para o PES, logo as caixas de junção no campo também são distintas. Da mesma forma que existe um agrupamento adequado dos sinais em caixas de junção, também existe um agrupamento de sinais em controladores e cartões. Como estes agrupamentos não coincidem, o rearranjo é feito dentro dos armários de rearranjo, permitindo uma instalação organizada e uma manutenção facilitada. Sua função é possibilitar que os sinais que chegam a um agrupamento da caixa de junção do campo possam ser encaminhados com outro agrupamento para os cartões do SDCD ou PES. Os armários de rearranjo devem ser específicos para cada tipo de sinal e identificados adequadamente. Tal identificação segue os critérios e padrões da empresa onde serão instalados os painéis, e ainda dentro da mesma empresa podem ter padrões de identificação distintos entre as salas de painéis de uma CCL e outra.
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Abaixo está sugerida uma forma simples de identificar os armários de rearranjo UUUU-ARx-sss Onde: • UUUU = número de unidade aplicado ao prédio (CCL ou SE etc.) onde o armário será instalado; • x = tipo de sinal a que se dedica o armário; A – sinais analógicos; D – sinais discretos; T – sinais de temperatura; • sss = seqüencial do armário dentro do prédio onde o armário será instalado, iniciando em “001”. Recomenda-se que o seqüencial dos armários seja contínuo, independente se é para o SIS ou para o SDCD, ou qualquer outro sistema. Quando pertencer aos sinais que se interligarão ao SIS, então acrescentar a sigla SIS como sufixo após o seqüencial do armário (ex.: 1259-ARD-002-SIS). Contudo, a forma de identificar os armários deverá estar de acordo com o padrão definido com o cliente. Os armários de rearranjo seguem a forma construtiva dos demais painéis, com a estrutura em chapa #12 e as bandejas, fundos de montagem, fechamentos laterais e portas em chapa #14. O material básico é aço carbono, exceto quando requerido um material mais nobre devido ao ambiente onde o painel será instalado, por exemplo, aço inox. As medidas mais comuns de mercado são 2000 mm de altura mais um rodapé de 100 mm; resulta em uma altura total de 2100 mm, com largura de 600 ou 800 mm, onde a largura de 800 mm permite dois trilhos de bornes para sinais de entrada e dois trilhos de bornes para sinais de saída, enquanto a largura de 600 mm permite apenas um trilho de cada tipo (metade da capacidade). Estas duas larguras são as mais comuns também para os painéis do PES e do SDCD, o que facilita a modularidade do arranjo dos painéis dentro da sala. Normalmente, encontra-se a cor de acabamento em Cinza Munsell N6.5, mas os fundos (bandejas verticais no fundo) de montagem, por segurança, sempre na cor laranja segurança. A profundidade dependerá do arranjo escolhido para a instalação dos painéis, se ficarão com a parte traseira contra a parede, caso em que se recomenda 400 mm de profundidade, ou se há possibilidade de acesso duplo, ou seja, duas frentes, caso em que se recomenda 800 mm de profundidade. Observar que, com 800 mm de profundidade, cada porta representa uma frente, e assim também significa que cada porta é um armário de rearranjo, com seus fundos de montagem e seus trilhos de bornes de entrada e de saída. Logo, um gabinete pode contemplar dois armários de rearranjo de diferentes sinais, pois são independentes.
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Quando o armário possuir um trilho de entrada e outro da saída, considera-se apenas como trilho “A” (lado campo, CJ e painel local) e trilho “B” (lado sala, PES e SDCD); quando o armário possuir dois trilhos de cada tipo, então se atribui trilhos “A1” e “A2” (lado campo, CJ e painel local) e trilhos “B1” e “B2” (lado sala, PES e SDCD). Considerar que as letras adotadas são exemplos em que podem ser utilizadas outras identificações. Como o exemplo do armário de rearranjo com quatro trilhos (dois de cada tipo) é considerado mais econômico sob o ponto de vista de “custo x capacidade”, as informações e comentários que seguirão serão feitos considerando este tipo de armário. Os armários de rearranjo são basicamente formados por chapas de montagem internamente, sendo um no fundo e um em cada lateral interna. Os trilhos A1, A2, B1 e B2 com as respectivas réguas são distribuídos dois no fundo e um em cada uma das laterais de forma a facilitar a entrada e saída dos cabos. Sugere-se que sejam padronizadas as posições dos trilhos, colocando os trilhos (A1 e A2) lado do campo no fundo; então, em todos os armários devem sempre ficar no fundo ou, se for o caso de colocar os trilhos lado sala (B1 e B2) no fundo, então estes sempre no fundo. Colocando-se os trilhos lado campo (A1 e A2) no fundo, então se pode aproveitar para adicionar-se uma barra de cobre estanhada isolada para conectar todos os fios dreno das blindagens (shields) dos cabos provenientes do campo, pois se deve lembrar que o aterramento da blindagem é feito somente na sala, na barra de terra isolada para este fim. A identificação das réguas de bornes no trilho lado campo (A1 e A2) deve ser mnemônica com as caixas de junção ou painéis locais, isto e, o TAG da régua é o mesmo TAG da caixa de junção ou painel local de onde provém o multicabo. Da mesma forma para o trilho lado sala (B1 e B2), onde os TAGs das réguas devem ser mnemônicos com a identificação dos cartões do SDCD ou PES aos quais o multicabo estará conectado na outra extremidade. Por exemplo: 4-2-1, 4 = painel, 2 = controlador e 1 = cartão. A numeração de bornes em cada régua também obedece à característica de ser mnemônica com a outra extremidade onde o multicabo está conectado respectivamente. Quando os cabos a serem interligados no trilho A1 ou A2 forem provenientes de um instrumento, então deverá ser criado um TAG de régua para segregar estes sinais dos multicabos de caixas e painéis. Por exemplo: UUUU-x-ss. Onde: UUUU = unidade onde está o instrumento, x = letra do tipo de sinal (A, D, T) e ss = seqüencial da régua dentro do armário. Todos os cabos e multicabos provenientes do campo têm a capa externa retirada, entram no armário por baixo, e os respectivos pares (ou ternas) com as blindagens mantidas devem ser instalados dentro de calhas de PVC. A calha mais comum é de cor cinza e com tampa; neste caso, deverá ser tomado um cuidado especial ao dimensionar a calha. A definição do armário de rearranjo é muito
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importante, pois é feita uma única vez; então é padronizado, e depois apenas são adaptadas as réguas nos trilhos dentro do armário. As réguas de bornes de cada caixa de junção, painel local, cartão do SDCD ou PES são individualizadas por placas divisórias e identificadas uma a uma. É costume colocar uma eletrocalha metálica sobre os armários, passando em cima de rasgos (janelas) por onde os cabos de rearranjo passarão para permitir o rearranjo entre armários de rearranjo. Isto se faz necessário, pois algumas vezes os sinais de uma determinada caixa e junção (ou painel local) chegam por um multicabo em um armário de rearranjo, e parte desses sinais devem seguir para um outro armário de rearranjo, diferente, onde estão os canais do cartão do SDCD ou PES, aos quais tais sinais deverão ser conectados. Listam-se algumas conexões em cada tipo de trilho: • A1 e A2 – multicabos de caixas de junção, painéis locais, painéis da subestação, inversores de freqüência etc., painéis de campo ou externos à sala, com bornes de passagem; • B1 e B2 – multicabos dos cartões de SDCD, PES, CLP etc., painéis internos à sala, com bornes seccionáveis. A documentação a ser gerada pela projetista para os armários de rearranjo é a especificação técnica com alguns desenhos para fins de esclarecimento. Este documento segue uma combinação de uma parte em arquivo texto e alguns desenhos anexos, todos em formato tipo A4. A numeração do documento é única. Os demais documentos de construção devem ser fornecidos pelo fabricante, mas para isto devem estar solicitados nas RMs de compra. Alguns desenhos sugeridos: • lista de documentos; • desenho dimensional, vistas, frontal, superior e lateral externas; • desenho de arranjo interno de réguas de bornes; • detalhes de fabricação e de reforços de construção; • lista de materiais; e • lista de plaquetas. A avaliação dos desenhos a serem fornecidos pelo fabricante segue as recomendações indicadas no item 3.17. No Anexo XXVI é apresentado um exemplo de Vista Interna de Armário de Rearranjo.
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3.15 PROJETO DE PAINÉIS LOCAIS O controle de grandes máquinas e sistemas pode ser feito de diversas formas e em vários tipos de arquitetura. Uma das mias utilizadas é a de alocar todo o controle da máquina ou sistema em um CLP dedicado, instalado em painel local próprio e no campo, fornecido em conjunto com o pacote. Desta forma, reduz a interface entre o equipamento propriamente dito com seu controle e proteção. Os painéis locais também têm a estrutura em chapa #12 e as bandejas, fundos de montagem, fechamentos laterais e portas em chapa #14. O material básico é aço carbono, exceto quando requerido um material mais nobre devido ao ambiente onde o painel será instalado, por exemplo, aço inox. As medidas variam de acordo com o equipamento que vão controlar, o que significa dizer que dependem do hardware que será instalado internamente, e também do local na área onde serão instalados. A dimensão da altura fica até 2000 mm, e além do rodapé de 100 mm ainda é utilizada uma base de concreto quando o painel é auto-suportado, ou uma estrutura em aço para suportar o painel. A profundidade e a largura dependem dos equipamentos internos ao painel e do tipo de IHM, quando houver. Dificilmente serão painéis com dimensões padrões de mercado. Quando em aço carbono, a cor utilizada é cinza Munsell N6.5; os fundos (bandejas verticais no fundo) de montagem, por segurança, sempre na cor laranja segurança. Recomenda-se que os painéis locais sejam instalados abrigados, protegidos do sol e de intempéries. É possível que ocorram casos em que, devido à dissipação térmica dos dispositivos internos, o painel deva ser equipado com condicionador de ar adequado à área onde será instalado, mesmo sendo classificada. Outros cuidados também devem ser tomados na especificação de um painel local, a saber: • Entrada de cabos preferencialmente pela parte inferior. • Instalar trilhos com réguas de bornes distintas para sinais distintos, e identificadas. • Cabos de energia separados dos cabos de sinais. • Calhas em PVC com tampa para acomodar os cabos. Atenção no dimensionamento das calhas. • Possibilidade de circulação em volta de todo o painel. • Pressurizar o painel sempre que possível. Seguir a norma ABNT NBR-5420. Atenção com a vedação. Grau de proteção mínimo IP-65. • Quando se tratar de painel pressurizado, prever duas portas frontais, sendo a primeira, mais externa, apenas para acesso aos comandos. • Todas as portas de acesso à parte interna energizada com chave segredo. • Além dos alarmes visuais, incluir um alarme sonoro pneumático.
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• Utilizar bornes fusíveis para individualizar os circuitos conectados às fontes de alimentação. • Prever aterramento da carcaça do painel à malha de terra local. • Prever cabo de aterramento proveniente da fonte de energia conjunto com os cabos de alimentação, até a CCL ou SE. • Considerar que o aterramento dos fios dreno deve ser feito em apenas uma extremidade; então, para os cabos que vão até a CCL, aterrar no armário de rearranjo. • Observar todos os requisitos previstos na Norma Regulamentadora NR-10 emitida pelo MTE. • Possibilitar acesso traseiro com porta. • Fins-de-curso para sinalização de portas abertas. • Considerar espaço reserva de 20% mínimo para expansão. • Plaquetas de identificação em acrílico translúcido com gravação posterior (por trás). Por exemplo: fundo preto, letras pretas; ou fundo vermelho e letras brancas onde for o caso. • Fiação interna identificada de acordo com o padrão da empresa onde será instalado o painel. • Circuitos de trip com terminais tipo olhal na fiação. • IHM em LCD, touch screen, teclado membrana, mínimo 15”, colorido. • Tomadas e iluminação interna para serviços à prova de explosão. • Certificação de Conformidade pelo INMETRO. • Prever Testes de Aceitação em Fábrica (TAF) e Testes de Aceitação no Campo (TAC). • Sobressalentes de acordo com a filosofia do departamento de manutenção do cliente. • Lista de sinais de interface com outros sistemas, por exemplo: com CCM, SCD, PES, outros painéis locais. Esta informação também pode ser apresentada em forma de diagrama de blocos, mas terão que ser contemplados todos os sinais de interface para a correta integração do sistema. • Documentação editável com os softwares já recomendados, exceto catálogos de materiais que podem ser em arquivos tipo imagem. A seguir sugere-se uma documentação considerada mínima: Lista de Documentos; descrição geral do sistema; especificações técnicas do CLP, quando for o caso; manuais de configuração, manutenção e operação; desenho de arquitetura do sistema; lista de componentes com part number; desenhos dimensionais; desenhos de arranjo interno; desenhos de arranjo interno de hardware, incluindo tipos de cartões e posição física por bastidor; diagrama de interligação interno; lista de entradas e saídas, quando se tratar de CLP; especificação técnica de configuração;
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desenhos de telas da IHM e respectivos links; diagrama ladder comentado, incluindo os TAGs de entrada e saída; mapa de memórias de comunicação; lista de problemas e suas respectivas soluções. • Descrição das garantias: construtiva, de performance e de assistência técnica. Quando se tratar de painel com CLP ou outro dispositivo digital programável, é recomendado que sejam solicitadas as licenças de configuração e operação de todos os dispositivos, e que o programo seja entregue aberto, sem senhas. A avaliação dos documentos a serem fornecidos pelo fabricante segue as recomendações indicadas no item 3.17.
3.16 PARECER TÉCNICO DE PROPOSTA DE FORNECEDORES O documento Parecer Técnico tem como objetivo apresentar a avaliação técnica de um instrumento, equipamento ou sistema, e deve ser elaborado com total imparcialidade, dentro da ética requerida para qualquer profissional. A avaliação deverá ser baseada somente nas condições fornecidas e exigidas na solicitação de proposta, através das especificações técnicas, folha de dados e critérios de engenharia enviados aos proponentes. Todo Parecer Técnico deve ser submetido à aprovação pelo cliente, da mesma forma que o restante da documentação do projeto. Quando houver uma lista de fornecedores pré-qualificados, a avaliação deverá apenas considerar os fornecedores previamente aprovados; para os demais deverá ser indicado “Fornecedor Não Aprovado Previamente”. Recomenda-se a elaboração de um Parecer Técnico para cada tipo de instrumento, equipamento ou sistema, de acordo com as folhas de dados e especificações emitidas. Cada Parecer Técnico emitido deve conter no mínimo os itens objeto, propostas, correspondência, análise técnica e conclusão.
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3.16.1 Objeto Definição do objeto ou motivo do Parecer, apresentando a documentação emitida para a compra.
3.16.2 Propostas Listar toda a documentação recebida para análise técnica, normalmente as propostas, manuais, desenhos etc. enviados pela proponente que tenham sido utilizados na avaliação. Deverá ser indicada a referência completa de cada proposta, como proponente, número, revisão e data.
3.16.3 Correspondência Durante a análise técnica, muitas vezes são necessários esclarecimentos adicionais que devem ser feitos mediante correspondência por escrito enviando a pergunta, e somente poderá ser considerada a resposta se enviada pela proponente também por escrito. Observar que a correspondência trocada com a empresa proponente deve, obrigatoriamente, ser numerada, e deve referenciar o processo de cotação, o número da proposta e respectiva data e revisão. Toda a correspondência trocada deverá ser listada e anexada ao Parecer. Não poderão ser aceitas alterações no objeto da proposta que modifiquem no todo ou em parte o instrumento, equipamento ou sistema solicitado, de forma a implicar em alteração de preço. A correspondência deve ser utilizada para esclarecimentos com o objetivo do correto entendimento sobre o que foi proposto, possibilitando a análise e a conclusão sobre as informações escritas. Pode ocorrer de uma proposta ser enviada pela empresa proponente com documentação e informações faltantes, implicando a necessidade de envio completo da documentação; neste caso, recomenda-se notificar a gerência imediata, e a proposta deve ser dada como “insuficiente para avaliação”. O avaliador, entretanto, deve antes se certificar de que os critérios e documentos estavam todos claramente definidos.
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3.16.4 Análise técnica É o resumo do trabalho de análise dos documentos recebidos, bem como do trabalho de ratificação, homogeneização e uniformização dos itens analisados. Esta análise deve incluir prazos de fornecimento. A análise deverá obrigatoriamente basear-se sobre as informações fornecidas por escrito. Considerar que, junto com o Parecer Técnico, deve ser apresentado um mapa comparativo das propostas apresentadas contendo todos os itens relacionados nas folhas de dados, especificações, requisições de materiais e outros documentos integrantes do pedido de cotação.
3.16.5 Conclusão Indicação conclusiva do Parecer Técnico. As recomendações não devem atrapalhar a conclusão. As conclusões normalmente podem resultar em: • Proposta tecnicamente aceitável. • Proposta tecnicamente aceitável se atendidos os seguintes itens: (o avaliador deve listar os itens). • Proposta não considerada. Informações insuficientes para avaliação. • Proposta não considerada. Recebida fora do prazo. • Proposta tecnicamente não aceitável. Como as propostas são solicitadas aos fornecedores previamente aprovados e inclusos na Lista de Fornecedores, do inglês Vendor List, é provável que não se tenha o resultado “Proposta não considerada. Fornecedor não cadastrado”.
3.17 ANÁLISE DE DOCUMENTOS DE FORNECEDORES Os documentos de fornecedores, da mesma forma que os do Projeto Executivo, devem ser verificados. A avaliação será baseada somente nas condições fornecidas e exigidas na documentação do contrato, através das especificações técnicas, folha de dados e critérios de engenharia, enviados aos proponentes, e também deverá ser considerada a proposta apresentada e aceita pelo cliente através do Parecer Técnico.
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Alguns documentos de fabricação são padrões e não se alteram de um fornecimento a outro; neste caso, podem ser aceitos já na condição final de Documento Certificado. Isto reduz as atividades de avaliação desnecessárias naquilo que não se altera, por exemplo: manuais de calibração, configuração, manutenção e operação. Por outro lado, há documentos que necessitam de aprovação de forma a garantir que um tipo de instrumento ou um sistema, mesmo sendo padronizado, venha de fábrica com a interface preparada para a correta integração e funcionamento. São exemplos: folha de dados, desenhos dimensionais de painéis locais, diagramas lógicos de CLP de painéis locais, ladders (intertravamentos) e diagrama de fiação. É conveniente que o método para a avaliação seja o mesmo que o utilizado na verificação do projeto, pois a padronização de código de cores e marcas facilita o entendimento por outras pessoas que não aquelas envolvidas diretamente na verificação. Sempre que possível, utilizar as mesmas listas de verificação do Projeto Executivo. O início da análise deve ser na Lista de Documentos a serem fornecidos, onde devem constar todos os documentos solicitados na requisição de material nos tipos e quantidades definidas. As etapas de remessa dos documentos pelo fabricante deverão respeitar aquela definida na requisição de material. A lista de documentos deve traduzir o escopo da documentação a ser fornecida. Poderá ocorrer de o Fornecedor enviar a documentação com informações faltantes, implicando a necessidade de rejeitar o envio completo da documentação; neste caso, recomenda-se notificar a gerência imediata e verificar a implicação de prazo. Todavia, o avaliador deve antes se certificar de que os critérios e documentos estavam todos claramente definidos. É conveniente que, para sistemas e equipamentos complexos, seja realizada uma reunião de abertura, no inglês Kick Off Meeting (KOM), logo após a definição do proponente vencedor, para repassar todos os critérios e requisitos técnicos a serem atendidos, antes do início dos trabalhos pelo Fabricante. As conclusões normalmente podem resultar em: • Documento Não Aprovado – Reapresentar • Documento Aprovado com Comentários – Reapresentar • Documento Aprovado com Comentários – Atender comentários e emitir Certificado • Documento Aprovado – Emitir Certificado • Aceito de Certificado. Observar que os resultados acima devem ser afixados por meio de carimbos nas cópias recebidas, seja em meio papel como em meio eletrônico, através de um sistema de gerenciamento de documentos.
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3.18 LISTA DE ENTRADAS E SAÍDAS (CLP, PES, SDCD) A especificação de um sistema digital, como um SDCD, um CLP ou um PES, tem como uma das atividades mais importantes a definição das entradas e saídas. Estas informações permitirão identificar a quantidade de hardware e seu respectivo custo. Relacionado ainda com esta atividade, as entradas e saídas devem ser alocadas em controladores, cartões e canais, para que seja possível concluir-se o diagrama de malhas com as respectivas conexões. Existem várias formas de elaborar este documento, mas normalmente ocorre em duas etapas: a primeira pela equipe de projeto, que lista os pontos de entradas e saídas físicas, e a segunda pela equipe de configuração, que define as alocações dos sinais distribuindo-os em controladores, cartões e canais. De forma a definir claramente a interface do projeto com a configuração do sistema de controle, é elaborado o documento chamado de Lista de Entradas e Saídas. Recomenda-se que este documento seja elaborado contendo, no mínimo, as informações descritas a seguir.
3.18.1 Informações gerais • Unidade de Processo • Número do Fluxograma de Engenharia – é útil adotar um campo para cada componente do número do documento; • TAG do Instrumento no P&ID, ou do sinal, conectado na entrada ou saída – é útil adotar um campo para cada componente do TAG; • serviço do instrumento, ou do sinal.
3.18.2 Informações sobre a Entrada ou Saída • Local CLP, PES, SDCD etc.; • Tipo de Entrada ou Saída SD, ED, SA, EA; • Tipo de sinal
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4 a 20mA, mV, Pt100, Contato NA, Contato NF; Saída discreta para: CCM, sol (solenóide), LAM (lâmpada), CLP, PES etc.; • Alimentação 2 fios ou 4 fios (para variável analógica); 24Vcc, 125Vcc, 120Vca (nível de tensão para entrada e saída discreta); • Sinal Linear ou Quadrático • N Controlador ou CPU (esta informação é definida na alocação); o
• N Cartão (esta informação é definida na alocação); o
• N Canal (esta informação é definida na alocação). o
3.18.3 Informações sobre a variável de processo • Range de medição 0%, 100% e Unidade de Engenharia; • Set point de alarmes LL, L, H, HH; • Ação DIR = direta, REV = reversa; • Posição na falha FA (falha abre), FF (falha fecha), FM (na falha mantém posição).
3.18.4 Status do registro • Revisão e • Descrição. O tipo de campo e respectivo tamanho, bem como a ordem desejada para formar a tabela com as informações acima, podem ser revistos de acordo com os padrões utilizados pela empresa. Recomenda-se a inclusão de uma folha com o resumo das quantidades a serem adquiridas quando se tratar de sistema novo, ou unidade nova, a ser implantado. Em sistemas existentes, somente quando a quantidade a ser acrescida justificar, pois normalmente as quantidades são pequenas quando se trata de acréscimos. Vale salientar que, para a completa estimativa da quantidade de hardware necessário para o sistema digital, também se devem considerar todos os sinais de comunicação serial, pois a quantidade de
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pontos de comunicação pode levar ao acréscimo de controladores (ou CPUs). A quantidade de pontos de comunicação é obtida através das Listas de Comunicação de cada subsistema, em documento específico indicado no item 3.19. O documento Lista de Entradas e Saídas é típico para ser emitido em base de dados e em formato A3 (paisagem), devido à necessidade de diversas informações. Lembra-se que ele deve também conter uma folha capa com todas as informações do selo do documento e uma folha interna com a legenda a ser utilizada. Quando utilizada uma base de dados, recomenda-se a adoção de tabelas de referência limitando os códigos a serem utilizados em cada campo. No Anexo XXVII é apresentado um exemplo de uma Lista de Entradas e Saídas.
3.18.5 Lista de Pontos de Ajuste O documento Lista de Pontos de Ajustes é uma parte das informações já inclusas no documento Lista de Entradas e Saídas. Neste caso, recomenda-se evitar duplicação parcial de informações suprimindo a Lista de Pontos de Ajustes quando a Lista de Entradas e Saídas já contém as informações de ajustes de alarmes.
3.19 LISTA DE COMUNICAÇÃO Além da Lista de Entradas e Saídas Físicas, é preciso definir os pontos e variáveis de comunicação do sistema digital. A quantidade desses sinais poderá implicar em hardware tipo controlador (ou CPU) adicional no caso de um SDCD. A primeira atividade é definir o padrão de comunicação. Entre os vários possíveis, faz-se necessário definir os parâmetros a serem utilizados. Neste caso, o fornecedor do sistema deve informar, ou o cliente deve definir. Recomenda-se que o cliente defina seus parâmetros padrões, mas no caso de não estar definido, deve-se sugerir e obter a aprovação do cliente. Seguem algumas sugestões: • endereço do nó destinado ao equipamento, iniciando de 1; • tipo de nível elétrico de comunicação - normalmente é utilizado RS-485 half-duplex ou RS-485 full-duplex; verificar com o sistema que irá se comunicar e com o padrão do cliente; • protocolo de comunicação; normalmente é o ModBus/RTU;
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• velocidade de comunicação; normalmente é 9600 ou 19200 bps; • paridade = "NONE"; • data bits = 8; • stop bits = 1; • adotar a unidade que detém o controle principal como MESTRE, normalmente o SDCD. De forma a definir claramente a interface de comunicação entre um sistema e outro, além dos padrões de comunicação é elaborada e acrescentada uma Lista de Sinais de Comunicação. Recomenda-se que este documento seja elaborado contendo, no mínimo, as seguintes informações: • TAG do sinal; • serviço ou função do sinal; • tipo de sinal (ED, SD, EA, SA); • endereço Modbus; • memória interna no CLP, UIC, PES etc.; • para sinais de medição contínua indicar também: range 0%, 100% e unidade de engenharia; valores numéricos do registrador que representam 0 e 100% do fundo de escala (ex.: 40000 50000); valores de alarme, quando houver (LL, L, H, HH); • para sinais discretos, indicar também: significado do status para o bit respectivamente (por exemplo: 0 = OK e 1 = ALARME). O tipo de campo e respectivo tamanho, bem como a ordem desejada para formar a tabela com as informações acima, podem ser revistos de acordo com os padrões utilizados pela empresa. O documento Lista de Comunicação é típico para ser emitido em base de dados e em formato A4 (paisagem). Lembrar que deve também conter uma folha capa com todas as informações do selo do documento e uma folha interna com a legenda a ser utilizada. Quando utilizada uma base de dados, recomenda-se adotar tabelas de referência limitando os códigos a serem utilizados em cada campo. No Anexo XXVIII é apresentado um exemplo de uma Lista de Comunicação.
3.20 LISTAS DE MATERIAIS O documento Lista de Materiais contempla todos os materiais de montagem a serem adquiridos no projeto para a execução completa da respectiva obra. Os instrumentos especificados por folhas de
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dados não são incluídos na Lista de Materiais, pois são tratados no documento Requisição de Material, que será visto mais abaixo. Uma Lista de Material deve conter as seguintes informações: • folha capa padrão identificada apropriadamente; • 1 número de item para cada tipo de material; • 1 tipo de material em item único; ou seja, não repetir o mesmo material em itens diferentes; • cada item de material deve apresentar o código do material (ou número de estoque), a descrição completa do material com a especificação que permita a cotação e compra sem questionamentos, e a quantidade necessária. É conveniente que a especificação de cada material indique um fabricante e o respectivo código do material desejado, podendo estar acrescida da descrição “ou similar” quando os fornecedores qualificados na lista de fornecedores (Vendor List) do projeto saberão propor seu respectivo modelo para atender ao solicitado. Este é um critério que depende da prática de cada empresa. Por outro lado, alguns clientes poderão não indicar fornecedores de referência. Algumas Listas de Materiais apresentam também um controle da quantidade necessária de cada item para cada uma das revisões do documento e um campo de observação com a aplicação. Esses requisitos devem ser observados de acordo com o modelo acordado com o cliente ou com o departamento de suprimento da empresa. Para facilidade da montagem e dos fechamentos parciais do projeto, alguns projetos também emitem Listas de Materiais por planta de instalação, além de um resumo dos totais de cada tipo de material, o que é facilmente obtido na medida em que este documento é trabalho utilizando-se uma base de dados, onde a seleção, segregação e totalizações ficam extremamente facilitadas. Para facilitar as atividades do projeto, da montagem e do suprimento, recomenda-se que a Lista de Materiais seja emitida segregando os materiais por tipos afins, processo, elétrico, leitos, cabos, pneumático, suporte e steam tracing. Embora sejam aplicáveis alguns tipos de materiais, por exemplo, a conexão ao processo, linhas de amostra, conexão pneumática e steam tracing, observar que ainda assim deverá ser colocada cada quantidade na respectiva lista, facilitando o entendimento de cada aplicação.
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3.20.1 Lista de Material - Processo Contempla os materiais para instalação ao processo, e não os materiais de conexão pneumática e de steam tracing. Normalmente, esta Lista é concluída quando concluídos os detalhes típicos de instalação ao processo e as plantas de instalação de linhas de amostra, visto que estes documentos utilizam e indicam este tipo de material. Os materiais para aplicação em linhas de amostra e análise poderão ser colocados em Lista de Materiais específica se assim estiver definido no escopo do projeto; caso contrário, eles serão tratados como materiais de processo em lista única. No Anexo XXIX-A é apresentado um exemplo de Lista de Material – Processo.
3.20.2 Lista de Material - Elétrico Contempla os materiais para instalação elétrica e aterramentos. Normalmente, esta Lista é concluída quando concluídos os detalhes típicos de instalação elétrica, as plantas de locação, as plantas de envelope e as plantas de leitos, onde estão indicadas as instalações de eletrodutos, conduletes, cabos e respectivos materiais para aterramento etc., visto que estes documentos utilizam e indicam este tipo de material. Na Lista de Material Elétrico não são incluídos os cabos e os leitos, pois, pela natureza e tipo de material, são tratados separados. No Anexo XXIX-B é apresentado um exemplo de Lista de Material – Elétrico.
3.20.3 Lista de Material - Leitos Contempla os materiais tipo leitos e eletrocalhas, tanto da unidade de processo e utilidades como também dos leitos a serem instalados internamente às caixas de passagem de concreto no solo, conhecidas como man-hole. Normalmente, esta Lista é concluída quando concluídas as plantas de instalação de leitos e eletrocalhas e a planta de envelopes, onde estão indicadas as rotas e detalhes de instalação destes materiais. O material para aterramento dos leitos e eletrocalhas e de eletrodutos em envelopes é quantificado e incluído na Lista de Material Elétrico e não na Lista de Material de Leitos. Isto pode ser revisto caso seja praticado de forma diferente pelo cliente. No Anexo XXIX-C é apresentado um exemplo de Lista de Material – Leitos.
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3.20.4 Lista de Material - Cabos Contempla todos os tipos de cabos, multicabos e normalmente também as vias de comunicação de dados (VCDs) do projeto. Esta Lista somente é concluída quando concluídas as plantas de locação onde constam os eletrodutos, os detalhes típicos de instalação elétrica, a planta de instalação de leitos e eletrocalhas, e a planta de envelopes, visto que todos estes documentos somados determinarão a quantidade total de cabos e vias de comunicação, de acordo com as quantidades necessárias em cada rota prevista. Eventualmente, de acordo com a prática de cada empresa, pode ser requerido que as fibras ópticas sejam colocadas em lista de material específica, incluindo distribuidor óptico e demais acessórios, em especial quando estiver previsto que o serviço de instalação, conectorização, teste e certificação será executado por uma única empresa especializada no ramo, segregando estes serviços das demais instalações de cabos e multicabos convencionais. No Anexo XXIX-D é apresentado um exemplo de Lista de Material – Cabos.
3.20.5 Lista de Material - Pneumático Contempla os materiais para instalação e conexão pneumática, e não os materiais de instalação ao processo e de steam tracing. Normalmente, esta Lista é concluída quando concluídos os detalhes típicos de conexão pneumática e as plantas de distribuição de ar, visto que estes são os documentos que utilizam e indicam este tipo de material. No Anexo XXIX-E é apresentado um exemplo de Lista de Material – Pneumático.
3.20.6 Lista de Material – Suporte Contempla os materiais para fabricação de suportes de instrumentos e caixas de junção. Os suportes dos leitos, eletrodutos e tubos (e tubings) de ar não são colocados nela, e ficam apenas indicados nas plantas por tratar-se de uma previsão de suportação para orientação à execução da obra e, quando a executante estima a instalação dos leitos, dos eletrodutos e dos tubos (e tubings) de distribuição de ar, já está incluída a suportação. Outra forma de listar os materiais de suportes de instrumentos é quantificar os suportes por tipos conforme indicado nos detalhes típicos de suporte, considerando que serão adquiridos já fabricados,
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ou seja, prontos para instalar. No Anexo XXIX-F é apresentado um exemplo de Lista de Material – Suporte.
3.20.7 Lista de Material – Steam Tracing Contempla os materiais para instalação de aquecimento (steam tracing) de instrumentos ou das tomadas de processo dos instrumentos. Não contempla os materiais de instalação ao processo e conexão pneumática. Normalmente, esta Lista é concluída quando concluídos os detalhes típicos de steam tracing, e as plantas de instalação de linhas de amostra, visto que estes documentos utilizam e indicam este tipo de material. No Anexo XXIX-G é apresentado um exemplo de Lista de Material – Steam Tracing.
3.21 REQUISIÇÃO DE MATERIAL (INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS) O documento Requisição de Material é aplicado para definir os instrumentos, equipamentos ou sistemas que devem ser adquiridos. Não deve ser utilizado para requisitar materiais auxiliares de montagem, os quais são incluídos na Lista de Materiais. Este documento serve para agrupar todas as informações que definem o que deve ser comprado; ou seja, deve conter os TAGs, as especificações técnicas e/ou folhas de dados que contemplam todas as características, a lista de documentos solicitados com o fornecimento nos tipos e quantidades necessários, outros documentos e normas para ensaios e testes, e também informa quais testes são requeridos com ou sem testemunho do cliente, e demais condições de fornecimento. Poderá também definir a respeito dos sobressalentes. Observar que os tipos e quantidades de documentos a serem solicitados devem estar claramente definidos, pois a Requisição de Material servirá para futuro acompanhamento do fornecimento na etapa de Análise de Documentos de Fornecedores. O documento Requisição de Material é codificado como RM e deve ser elaborado de acordo com a norma PETROBRAS N-2021. No Anexo XXX é apresentado um exemplo de Requisição de Material – Instrumentos e Equipamentos.
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3.22 MEMORIAL DESCRITIVO Este documento destina-se basicamente a orientar o executante da obra na compreensão do projeto e nos procedimentos especiais a serem adotados na execução da obra. Deverá apresentar o conteúdo de forma objetiva, conforme a necessidade de cada projeto. Os itens mínios são: objetivo, descrição do projeto, escopo de fornecimento, exclusão de escopo, cuidados especiais, documentos de referência e anexo.
3.22.1 Objetivo Indicar o objetivo do documento, a que e onde se aplica e em que empreendimento está inserido.
3.22.2 Descrição do projeto Deverá contemplar a descrição das modificações definidas pelo projeto.
3.22.3 Escopo de fornecimento Este item é um dos mais importantes. Nele se deve esclarecer corretamente o escopo de serviços e de fornecimento de materiais, equipamentos e serviços.
3.22.4 Exclusão de escopo Este item, também importante, complementa e esclarece particularidades do item anterior sobre o escopo. Nele se deve esclarecer corretamente a exclusão de escopo de serviços e de fornecimento de materiais, equipamentos e serviços.
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3.22.5 Cuidados especiais Critérios adotados no projeto julgados importantes para a execução da obra. Quando se tratar de execução com diversas interfaces e/ou execução em operação da unidade, de trabalhos multidisciplinares intercalados, então este item poderá conter a lista de tarefas, numeradas, com indicação de precedência e sucessão a cada tarefa respectivamente.
3.22.6 Documentos de referência Lista de documentos de referência, importantes, que não fazem parte dos documentos pertencentes à Lista de Documentos do projeto e que devem ser consultados para um melhor entendimento do projeto ou para esclarecimentos adicionais.
3.22.7 Anexos Croquis e/ou recomendações que não possuem identificação e são relevantes à execução da obra. Observar que todos os Anexos deverão conter no mínimo as seguintes informações: número do Memorial Descritivo, número do Anexo, título do Anexo e data e/ou revisão. O Memorial Descritivo é um documento de texto característico de emissão em formato A4.
3.23 VERIFICAÇÃO DE PROJETO Em toda elaboração de projeto, seja um Projeto Básico ou um Projeto Executivo, ou ainda uma revisão ”conforme construído”, faz-se necessário que o profissional, executante de sua respectiva tarefa, em sua respectiva etapa – pode ser desenhista-projetista, projetista, técnico, engenheiro ou coordenador –, tenha em mente a obrigação e consciência da necessidade de preparar uma documentação com informações completas e corretas, possíveis de serem utilizadas no próximo passo ou na próxima etapa à qual o projeto se destina. Os procedimentos ajudam; entretanto, não são tudo ou, ainda, não são suficientes para que se tenha um projeto completo, com informações corretas e isento de erros. O problema de um projeto não consiste somente dos erros encontrados, mas também daqueles que existem e não foram detectados.
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Com esta finalidade, uma ferramenta básica e amplamente utilizada é a Lista de Verificação, que possibilita lembrar de itens simples, mas que, se detectados além do momento em que deveriam ter sido vistos, poderão fazer com um problema venha a ser mais grave do que seria se corrigido no início do projeto. As Listas de Verificação normalmente fazem parte dos Sistemas da Qualidade, para garantir a qualidade da informação e do projeto. Neste sentido, recomenda-se que as empresas, independente de serem certificadas ou não conforme a ISO 9000, as apliquem e façam uso correto delas, para as mais diversas atividades, e em especial em projetos, visto que deles seguem diversas atividades, sendo de imediato a construção e execução da obra. Está comprovado que, quanto mais se investe em planejamento, maior é a chance de êxito do projeto; ou seja, esperar o inesperado reduz a margem de problemas. O uso de Listas de Verificação em projetos tem como objetivo principal o acompanhamento para detectar se um projeto seguiu as normas e critérios definidos pelo cliente, critérios claramente contratuais. Logo, pode-se afirmar que sua nada mais é do que seguir um roteiro padronizado para verificar se todos os itens tidos como mais importantes ou, ainda, se as características especificadas foram adotados conforme os padrões do cliente e de acordo com as definições estabelecidas pelo contrato.
3.23.1 Tipos de Verificação Na área de Projetos, são inúmeras as Listas de Verificação e os tipos que podem ser aplicadas. Isso que pode parecer um pouco burocrático; ainda assim, vem a ser benéfico, considerando os resultados que podem ser obtidos na qualidade da informação. Os Sistemas da Qualidade também podem especificar que as verificações sejam de Nível 1 ou de Nível 2, determinando a qualificação de cada profissional que executará cada uma delas. É comum encontrar-se definido que a Verificação de Nível 1 é feita pelo próprio executante da tarefa, que segue um roteiro para confirmar se as informações contidas e utilizadas no respectivo documento guardam correspondência e conformidade com o que foi requerido. Esta atividade poderá ser acompanhada ou orientada pelo supervisor da equipe. Já a Verificação de Nível 2 normalmente é executada por profissional que não teve envolvimento com a elaboração do respectivo documento, e que traz consigo maior tempo de experiência que o executante. Isto é assim definido não com o
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objetivo de descredenciar a qualificação do executante, mas, com certeza, para propiciar o crescimento profissional de ambos através da ajuda mútua na elaboração do projeto, com a verificação e aplicação dos requisitos técnicos contratuais, limites de escopo e pela troca de experiência, onde o foco principal é, sobretudo, garantir o atendimento das expectativas do cliente, que é o sucesso do empreendimento como um todo. É claro, mas vale lembrar, que a experiência e o conhecimento do profissional verificador devem ser iguais ou superiores aos daquele que elaborou o documento. Em sendo detectados equívocos contínuos e de mesmo assunto ou origem, ou seja, sistêmicos, então o verificador deverá buscar ajuda para corrigir a causa dos problemas detectados.
3.23.2 Procedimento geral Para a verificação dos documentos de projeto, recomenda-se um mínimo de padronização para que qualquer profissional possa identificar o significado dos respectivos comentários apostos. Seguem algumas recomendações: • Adotar a cor AMARELA para confirmar informações que estão corretas. • Adotar a cor VERMELHA para incluir marcas, ou seja, informações a serem acrescentadas no documento. • Adotar a cor AZUL para identificar as informações que devem ser retiradas. • Adotar a cor VERDE para identificar as marcas Vermelhas e/ou Azuis já incluídas e/ou retiradas do original. • Utilizar somente uma cópia Master por documento, por disciplina, com o respectivo carimbo indicando “MASTER”. • Utilizar a cor “CINZA” (lápis) para anotações durante a verificação. Observar que elas não devem ser transcritas ao original. • Manter em arquivo (local) acessível a cópia Master referente à última revisão do original. Transferir para arquivo “morto” as demais cópias ultrapassadas, de acordo com o procedimento da empresa. • A última revisão do Master deve sempre estar de acordo com a última revisão constante na Lista de Documentos do Projeto. • Evitar as pendências e “HOLDs”. • Quando se tratar de Fluxograma de Engenharia, consultar e transcrever informações para o Master da disciplina de Processo. Informar às demais disciplinas envolvidas quando forem acrescentados comentários no Master da disciplina de Processo. • O selo do documento deve estar preenchido com datas, nomes dos profissionais que o
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executaram, verificaram e aprovaram, última revisão etc. • A distribuição de cópias deve estar indicada.
3.23.3 Tipos de Listas de Verificação Algumas Listas de Verificação são propostas em forma de perguntas com os campos para respostas de SIM e NÃO, e ações a serem tomadas ou recomendadas. Neste módulo será dada ênfase a essas Listas como um guia para a verificação orientada, contemplando-se itens importantes a serem lembrados no momento de uma verificação do respectivo documento, seja de Nível 1 ou Nível 2. Outras Listas de Verificação podem e devem ser consideradas se não estiverem figurando neste item. Caso não estejam disponíveis no cliente, recomenda-se que sejam elaboradas e submetidas para comentários e aprovação da supervisão. Para a elaboração de uma nova Lista de Verificação, recomenda-se também levar em consideração a necessidade da participação, ou dos comentários, de profissionais com experiência anterior, e também de áreas distintas além da área da de Projetos, por exemplo: manutenção, fiscalização de obra, executante de obra, manutenção, automação, operação, e de outras disciplinas que tenham interface com o objetivo do documento. Ou seja, é conveniente que seja multidisciplinar. Na elaboração de uma Lista de Verificação deverão ser considerados, além dos aspectos gráficos e de padronização de apresentação e identificação do documento, os aspectos de critérios e normas técnicas aplicáveis, se atende à operação na forma como solicitada e se detém a segurança inerente e necessária ao local onde será utilizada, ou operada, a instalação projetada.
3.23.4 LV de Diagrama de Intertravamento • A identificação do documento deve estar de acordo com a Lista de Documentos do Projeto. • A identificação e a numeração devem estar de acordo com o padrão de identificação e numeração do cliente. • O documento deve estar elaborado de acordo com os modelos do cliente, ou, se inexistir um modelo, em padrão definido em conjunto com ele. • O documento deve estar elaborado com ordenação por equipamentos, sistemas ou áreas. • O funcionamento do intertravamento deve atender à descrição de operação e tabelas de causaefeito quando fornecidas pelo cliente e/ou elaboradas no projeto.
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• Os painéis e caixas de junção, com as borneiras e respectivos bornes de conexão, devem estar identificados. • As entradas e saídas de CCM, CLP e/ou SDCD devem estar indicadas e de acordo com as alocações definidas pelo cliente ou com os documentos de alocações do projeto quando estiver incluso no escopo dos trabalhos. Evitar pendências (“HOLDs”). • Quando forem utilizados fusíveis e disjuntores no circuito, eles devem ter sua capacidade indicada. • Os circuitos de equipamentos distintos devem estar protegidos por fusíveis distintos. • Os sinais provenientes de outros painéis ou do campo devem estar representados dentro de retângulos tracejados. Devem ser indicados a interface e os documentos de referência. • As folhas devem possuir cabeçalho indicando o número da coluna das interligações de lógica. A numeração deve iniciar em “01” na primeira folha de intertravamento, seguindo seqüencialmente até a última folha. • O documento deve possuir folha de controle de revisões e folha com simbologia. • A simbologia empregada deve ser a existente do cliente. Os condutores devem estar identificados. Se inexistir a simbologia, adotar norma específica com aprovação do cliente, preferencialmente a ISA. • O campo REV deve estar preenchido com a última revisão da folha, nunca superior à revisão do próprio documento. Deve começar em “0”, continuando em ordem alfabética a partir de “A”. • A função do intertravamento e a unidade de processo devem estar indicadas em cada folha, de acordo com a Lista de Instrumentos e o Fluxograma de Engenharia.
3.23.5 LV de Diagrama de Malhas • A identificação do documento deve estar de acordo com a Lista de Documentos do Projeto. • A identificação e a numeração devem estar de acordo com o padrão de identificação e numeração do cliente. • O documento deve estar elaborado de acordo com os modelos do cliente, ou, se inexistir um modelo, deve estar elaborado em padrão definido em conjunto com ele. • As páginas devem ser ordenadas de forma alfanumérica crescente por tipo de variável. • Cada malha deve conter todos os seus respectivos instrumentos necessários à operação da malha, de acordo com o Fluxograma de Engenharia. • A representação de cada malha deve indicar a localização de cada instrumento. Por exemplo: campo, painel local, painel na CCL, CLP, SDCD. • Os painéis e caixas de junção, bem como as borneiras e respectivos bornes de conexão, devem estar identificados. • As entradas e saídas de CLP e/ou SDCD devem estar indicadas e estar de acordo com as
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alocações definidas pelo cliente ou com os documentos de alocações do projeto, quando estiver incluso no escopo dos trabalhos. Evitar pendências (“HOLDs”). • Os cabos, multicabos e condutores devem estar identificados. A identificação para os pares e ternos deve ser com números e cores (Ex. 01Pr/01Br/01Vm). Para o caso de par ou terno singelo, a identificação pode ser com cores (Ex. Pr/Br). • Quando utilizados fusíveis e disjuntores na malha, eles devem ter sua capacidade indicada. • Para os sinais discretos deve ser indicado se os contatos são normal Fechado ou Aberto. A indicação dos contatos deve considerar o relé desenergizado. • A malha deve ser representada preferencialmente em uma única folha. Para os casos de “CASCATA” ou “OVER-RIDE” com outras malhas devem ser indicados a interface e o documento de referência. • A simbologia empregada deve ser a existente do cliente. Se inexistir uma simbologia, adota-se norma específica com aprovação do cliente, preferencialmente a ISA. • O campo REV deve estar preenchido com a última revisão da malha, nunca superior à revisão do próprio documento. Deve começar em “0”, continuando em ordem alfabética a partir de “A”. • O serviço da malha e a unidade de processo à qual a malha pertence devem estar indicados de acordo com a Lista de Instrumentos e Fluxograma de Engenharia.
3.23.6 LV de Folha de Dados de Instrumentos • A identificação do documento deve estar de acordo com a Lista de Documentos do Projeto. • A identificação e a numeração devem estar de acordo com o padrão de identificação e numeração do cliente. • O documento deve estar elaborado de acordo com os modelos definidos pelo cliente. • A ordenação das páginas deverá ser alfanumérica crescente por tipo de variável. • O documento deve conter, para cada TAG, a descrição de serviço, a função e o Fluxograma de Engenharia de acordo com a Lista de Instrumentos. • O material em contato com o processo deve estar de acordo com as condições operacionais. • A classe de pressão e o tipo de conexão devem estar de acordo com a classe de pressão e código da linha ou equipamento em que o instrumento estiver conectado. • O tipo de invólucro deve obedecer à classificação de área onde será instalado o instrumento. Consultar a Planta de Classificação elétrica do cliente; se inexistir, consultam-se as normas aplicáveis. • Os dados de processo e condições operacionais devem ser os mesmos constantes nas folhas de dados de processo fornecidas pela Engenharia Básica. Os dados de processo podem ser fornecidos em formato de lista. Evitar pendências (“HOLDs”).
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• As unidades de engenharia devem estar definidas. Atenção com analisadores que requerem a informação da composição da amostra. • O “ALCANCE” de cada instrumento deve contemplar (ser superior) ao “RANGE” (faixa a ser calibrada), ou ao “SET-POINT” (ponto de ajuste). • Para os instrumentos com saída discreta, deve ser informado se a saída Abre ou Fecha quando a variável Aumenta ou Diminui. • Sempre que previsto, deve ser indicado o elemento sensor. • O campo REV deve estar preenchido com a última revisão do instrumento, nunca superior à revisão do próprio documento. Deve começar em “0”, continuando em ordem alfabética a partir de “A”. • A referência para Fabricante e Modelo deve ser indicada somente quando se tratar de emissão do documento em caráter “CONF. COMPRADO” ou quando requerido pelo cliente.
3.23.7 LV de Lista de Instrumentos • A identificação do documento deve estar de acordo com a Lista de Documentos do projeto. • A identificação e numeração do cliente devem estar de acordo com o padrão de identificação e numeração do cliente. • O documento deve estar elaborado com a ordenação dos TAGs separados por área de processo e agrupados por tipo de variável. A ordenação deve ser alfanumérica crescente por tipo de variável. • Todos os TAGs devem ter descrição de serviço e de função de acordo com o Fluxograma de Engenharia. • As malhas devem contemplar todos os TAGs, por variável, indicados no Fluxograma de Engenharia. • Deve ser indicada a localização de cada instrumento. • Devem estar identificados os Fluxogramas de Engenharia onde os instrumentos estão representados. • A folha de dados dos instrumentos deve ser referenciada. Os instrumentos de pacotes, ou fornecidos com equipamentos, devem estar discriminados. Por exemplo: “C/ EQUIP.”. • Instrumento virtual (de software) não recebe indicação de folha de dados, nem de detalhe típico de instalação ou planta de instrumentação. • Para cada instrumento deve estar indicado, quando for o caso, o tipo de detalhe típico de instalação: ao processo, elétrica, pneumática e suporte. • As Plantas de Instrumentação Elétrica e Pneumática devem ser indicadas para os instrumentos locais que possuam interligação elétrica e alimentação de ar, respectivamente.
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• Instrumento não eletrônico, para indicação apenas local, não recebe indicação de planta de instalação, por exemplo: manômetro, termômetro, visor de nível, etc. • Os instrumentos com interligação elétrica devem conter a indicação do respectivo diagrama de malhas. • Para as válvulas motorizadas deve estar indicado o diagrama de interligação do STVM no campo diagrama de malhas. • Para os transmissores de nível de telemetria deve estar indicado o diagrama de interligação do STTQ no campo diagrama de malhas. • Quando necessário, deve estar indicada no campo adequado a referência da Observação a ser consultada. • O campo REV deve estar preenchido com a última revisão do instrumento, nunca superior à revisão do próprio documento. Deve começar em “0”, continuando em ordem alfabética a partir de “A”. Pode acontecer o caso de revisões controladas; então a revisão poderá ser letra+número e, neste caso, deverá estar de acordo com o procedimento combinado para a emissão dos documentos.
3.23.8 LV de Plantas de Instrumentação • A identificação do documento deve estar de acordo com a Lista de Documentos do Projeto. • A identificação e numeração do cliente devem estar de acordo com o padrão de identificação e numeração do cliente. • O documento deve estar elaborado de acordo com os modelos do cliente, ou, se inexistir um modelo, deve estar elaborado em padrão definido em conjunto com ele. Deve conter cotas, coordenadas e elevações. Os documentos das áreas adjacentes devem estar indicados. • Deve conter a indicação do Norte. • A escala adotada deve permitir boa visualização dos dispositivos e acessórios. Utilizar preferencialmente ESC.1:33.1/3 ou ESC. 1:50. • A simbologia empregada deve ser a existente do cliente; se inexistir, adota-se norma específica com aprovação do cliente. O documento deve conter a simbologia utilizada. • Os equipamentos de processo, painéis e caixas de junção devem estar identificados. • A localização dos instrumentos deve ser claramente identificável. Consultar a planta de tubulação e desenhos de equipamentos. Deve ter acesso facilitado para manutenção. Evitar pendências (“HOLDs”). • Instrumentos com indicação apenas local não devem ser representados. Por exemplo: manômetros, termômetros, visores etc.).
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• Todos os instrumentos representados devem conter um número de referência dentro do desenho e uma caixa com o respectivo número ao lado do desenho, indicando as coordenadas na planta e a elevação de instalação. • A identificação dos instrumentos deve ser a mesma da Lista de Instrumentos e do Fluxograma de Engenharia. • O campo REV do selo deve estar preenchido com a última revisão do documento, nunca superior à revisão do próprio documento. Deve começar em “0”, continuando em ordem alfabética a partir de “A”. • Os instrumentos e painéis devem estar locados afastados de purgas e descartes, sempre que possível. Consultar a planta de tubulação e desenhos de equipamentos. Deve ter acesso facilitado para manutenção. • Consultar plantas de “tubulação, elétrica e civil” para evitar interferências. Evitar pendências (“HOLDs”). Para a Planta de Instrumentação Elétrica e de Leitos: • Os cabos e multicabos devem estar identificados. • Os sinais elétricos de diferentes tipos devem estar separados em eletrodutos e/ou leitos distintos. • As dimensões de leitos e eletrodutos devem contemplar a quantidade de cabos a que se destinam; Para a Planta de Instrumentação Pneumática: • As instalações de distribuição de ar de instrumento devem estar de acordo com os critérios de projeto do cliente. Se inexistir um critério, adota-se norma específica com aprovação do cliente. • Os instrumentos com indicação local devem estar em local visível para a equipe de operação. Instrumentos com indicação apenas local não devem ser representados. Por exemplo: manômetros, termômetros, visores etc.
3.23.9 LV de Lista de Cabos e Interligações A Lista de Cabos e Interligações está dividida em Campo e Sala, mas ainda assim apresenta informações em comum. Caso esteja sendo utilizada uma base de dados única, é preciso lembrar que a correção em uma lista poderá implicar na outra. Os itens abaixo são aplicados ao caso da Lista de Campo, da esquerda para a direita no documento, a saber: • A Lista deve estar identificada de acordo com o padrão da empresa (ou cliente), e o número do documento deve ser o mesmo que o indicado na Lista de Documentos do Projeto.
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• A folha capa deve estar preenchida com as datas, identificações das revisões do documento, título, nome do projeto, tipo de documento, unidade a que se refere a Lista, quem executou a revisão, quem verificou, e quem aprovou. • Deve estar indicado o TAG do Instrumento ou do sinal; quando não houver, deve-se indicar “reserva”. • Deve estar indicado o TAG do cabo que conecta o instrumento à caixa de junção, com o respectivo tipo e comprimento. • Devem estar indicadas as conexões na caixa de junção ou no painel local que compreendem o TAG da caixa de junção ou do painel local, a régua de bornes e o número dos bornes. • A indexação deve ser pela caixa de junção ou painel local, seguido do segundo parâmetro que é a régua de bornes, e depois os bornes. Os pares (ou ternas, ou quadras) devem estar agrupados. • Deve estar indicado o TAG do multicabo entre a caixa de junção e o armário de rearranjo (trilho A), composto pelo seu respectivo TAG, número do par (ou terna, ou quadra) e a cor do isolamento de cada fio, inclusive o fio dreno de cada blindagem, o tipo de multicabo e o comprimento. • Deve estar indicada a conexão no armário de rearranjo, que, neste caso, é uma régua de bornes no trilho “A”, identificada com o mesmo TAG da caixa de junção (ou painel local) proveniente, seguindo os números dos bornes exatamente iguais aos números dos bornes utilizados na caixa de junção (ou no painel local). • Quando houver alguma observação, esta deve ser clara ou então deve estar referenciando alguma nota, a qual deverá estar explicada ou esclarecida na legenda e simbologia do documento. • Para cada registro ou ligação deve estar indicada a revisão. • Além das observações, a legenda deve indicar os tipos de cabos e multicabos e seus respectivos significados. Os itens abaixo são aplicados ao caso da Lista de Sala, da esquerda para a direita no documento, a saber: • A Lista deve estar identificada de acordo com o padrão da empresa (ou cliente), e o número do documento deve ser o mesmo que o indicado na Lista de Documentos do projeto. • A folha capa deve estar preenchida com as datas, identificações das revisões do documento, título, nome do projeto, tipo de documento, unidade a que se refere a Lista, quem executou a revisão, quem verificou e quem aprovou. • O TAG do instrumento ou o sinal deve estar preenchido ou deve estar indicado “Reserva”. • As conexões na caixa de junção (ou painel local) devem indicar o TAG da caixa de junção ou do painel local, a identificação da régua de bornes e os números dos bornes. • O multicabo que interliga a caixa de junção ou painel local com o armário de rearranjo no trilho “A” deve estar indicado, sendo composto por seu respectivo TAG, o número do par (ou terna, ou
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quadra) e a cor do isolamento de cada fio, inclusive o fio dreno de cada blindagem, e o tipo de multicabo. • As conexões no armário de rearranjo no trilho “A” devem estar indicadas, sendo compostas pelo TAG do armário de rearranjo, a identificação da régua que corresponde ao TAG da caixa de junção ou painel local e os números dos bornes nesta régua do trilho “A”, que são iguais aos números dos bornes na caixa de junção (ou painel local). No trilho “A” também devem estar mostradas as interligações com o CCM e demais painéis da elétrica (quando houver); neste caso, o TAG da régua corresponde ao da régua do CCM com o TAG do equipamento elétrico associado e os números dos bornes na gaveta do CCM. • Deve estar identificado o cabo para rearranjo do trilho “A” para o trilho “B”, internamente ao armário de rearranjo ou entre armários de rearranjo, que normalmente é o mesmo TAG do sinal. Junto também deve estar indicado o tipo do cabo. • As conexões no armário de rearranjo no trilho “B” devem estar indicadas, sendo compostas pelo TAG do armário de rearranjo, a identificação da régua que corresponde ao cartão do lado do SDCD ou do PES e os números dos bornes nesta régua do trilho “B”, que são iguais aos números dos bornes do canal do cartão do SDCD ou PES. • A identificação do multicabo para rearranjo do trilho “B” até o SDCD ou PES, internamente à Sala de Painéis, deve estar indicando o TAG do multicabo, o número do par (ou terna, ou quadra) do multicabo e a cor dos fios de cada par do multicabo, o respectivo tipo e comprimento. • A conexão no painel do SDCD ou PES é composta pelo TAG do painel de controladores do SDCD ou PES, a identificação do cartão do SDCD ou PES (que corresponde ao , e , ou , e ) e o número do borne do canal utilizado. • Para cada registro ou ligação deve estar indicada a revisão. • Além das observações, a legenda deve indicar os tipos de cabos e multicabos e seus respectivos significados.
3.23.10 LV de Lay-out de Sala de Painéis na CCL • O documento deve estar identificado de acordo com o padrão da empresa (ou cliente), e o número e a revisão do documento devem ser os mesmos que os indicados na Lista de Documentos do Projeto. • O selo do documento deve estar preenchido com as datas, identificações das revisões do documento, número, título, nome do projeto, tipo de documento, unidade a que se refere a Lista, quem executou a revisão, quem verificou e quem aprovou. • A seta com a orientação do Norte deve estar indicada.
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• O documento deve contemplar todos os painéis, novos e existentes, com os respectivos TAGs. • As saídas e demais passagens devem estar representadas. • A elevação do piso falso (quando houver) deve estar indicada, assim como a elevação do piso abaixo do piso falso. • As eletrocalhas ou leitos devem estar representados, indicando as distâncias entre si. • As áreas de circulação devem estar mostradas. • Normalmente, as salas são pressurizadas e, neste caso, devem estar indicados os dutos de circulação de ar de pressurização e/ou de condicionamento de ar. • As salas são protegidas com alarme de fogo e fumaça, e os detectores devem estar indicados em posições estratégicas fora da interferência de circulação de ar. • As demais salas do prédio devem estar representadas, sendo que o lay-out do prédio deve estar de acordo com o da Arquitetura/Civil. • A identificação de áreas classificadas vizinhas deve estar salientada com as respectivas distâncias. • A altura em que o forro deve ser instalado deve estar claramente identificada. • O documento deve conter ou chamar os detalhes de instalação do piso e do forro. • O documento deve referenciar os demais documentos das demais disciplinas (Elétrica, Condicionamento de Ar, Civil, Arquitetura, Telecomunicações etc.) que tenham interface com o documento em questão. • O documento deve indicar o número da lista de materiais correspondente. • O espaço entre os painéis deve ser suficiente para a manutenção. • O posicionamento dos armários de rearranjo e demais painéis deve estar coerente com as rotas de entrada e saída de cabos e multicabos, e também com a rota para a interligação entre painéis dentro da sala na CCL.
3.23.11 LV de Listas de Materiais • O documento deve estar identificado de acordo com o padrão da empresa (ou cliente), e o número e a revisão do documento devem ser os mesmos que os indicados na Lista de Documentos do Projeto. • O selo do documento deve estar preenchido com as datas, identificações das revisões do documento, número, título, nome do projeto, tipo de documento, unidade a que se refere a Lista, quem executou a revisão, quem verificou e quem o aprovou. • A Lista de Materiais deve contemplar apenas uma categoria de materiais, por exemplo: processo, elétrico, pneumático, cabos; suporte, etc. • Os materiais devem constar na lista de forma itemizada.
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• A lista deve estar ordenada pelos itens de forma crescente. • O código de cada material deve estar indicado e deve ser o mesmo utilizado nos documentos do projeto. • A descrição do material deve ser completa, de modo a permitir a correta cotação e posterior compra, sem gerar dúvidas. • Bitolas, diâmetros e demais informações devem estar contemplados na descrição. • A descrição do material deve incluir o modelo e o fabricante de referência. Isto deve ser definido com cada empresa (cliente). • Cada item de material deve indicar a quantidade total necessária. • A folga a ser adotada deve ser a mesma utilizada pelo cliente (ou na empresa). • Quando o material tiver que atender alguma norma específica, ela deve estar indicada como requisito.
3.24 REDE DE ATIVIDADES As atividades de um Projeto de Instrumentação e Automação devem ser executadas dentro uma seqüência lógica de forma a não desperdiçar recursos, que geralmente são escassos. Executar em seqüência significa elaborar os diversos documentos respeitando suas interfaces e o momento em que as informações necessárias estão disponíveis. No Anexo XXXI é apresentado um exemplo de Rede de Atividades de Instrumentação e Automação, com as principais atividades e algumas interfaces.
3.25 AS-BUILT A expressão As-Built, do inglês, significa “conforme construído”. É utilizada para referenciar a etapa após a conclusão dos trabalhos de montagem, quando a documentação gerada durante o Projeto Executivo é ou deverá ser revisada, para incluir e contemplar todas as alterações executadas na montagem, comissionamento e testes. Observar que todas as alterações realizadas no projeto devem ser registradas nos documentos Master de cada departamento envolvido, preferencialmente em cor diferente daquela utilizada na impressão do respectivo documento. Então, por exemplo, para folha branca com o desenho em preto,
291
utilizar a cor vermelha para as marcas das alterações. Trata-se de uma etapa muito importante, o encerramento do projeto, e a documentação do projeto deverá ser atualizada.
3.25.1 As-Built durante a montagem e antes da partida Alguns documentos são muito importantes para a correta manutenção, e obrigatoriamente devem ser atualizados. Considerando que o projeto está sendo executado com softwares adequados, conforme sugerido anteriormente, é recomendável que qualquer correção ou ajuste necessário durante as fases de montagem, comissionamento e testes seja executado no documento original, o que é perfeitamente viável e útil. O ganho é imediato, e pode ser percebido já na fase de testes e partida, quando os documentos já estarão atualizados em caráter “conforme construído”, ou no inglês “As-Built”, disponíveis para a equipe de manutenção da empresa (ou cliente). Isto, com certeza, deixará a organização da documentação em vantagem, aumentando a segurança devido à confiabilidade das informações nos documentos já para a partida da unidade. Os documentos recomendados para serem feitas alterações nos originais durante a montagem são: • Lista de Cabos e Interligações • Diagrama de Malhas • Lista de Entradas e Saídas • Diagrama Lógico • Arquitetura do Sistema de Controle • Sistemas de Detecção de Fogo e Gás • Diagrama de Intertravamento – no caso de Diagrama Ladder, este pode ser obtido automaticamente a partir do CLP em questão. Observar que o Ladder deve conter os comentários e TAGs da instrumentação nas entradas e saídas. Dá-se o nome de Diagrama Ladder Comentado.
3.25.2 Revisão conforme comprado As Folhas de Dados e Especificações Técnicas podem ser atualizadas em caráter “conforme comprado” logo após o recebimento dos desenhos do fabricante em caráter “certificado”. Após a conclusão dos testes e logo após a partida, as folhas de dados devem atualizadas com os ranges e escalas definitivas em caráter “conforme executado”, incluindo também a parametrização do instrumento (no caso de instrumento inteligente).
292
3.25.3 As-Built após a montagem Ao final do projeto, a empresa de construção e montagem deverá apresentar um livro com as informações da montagem executada, do inglês “data-book”, com todas as marcas de alterações realizadas no campo. Os documentos que normalmente são atualizados após a conclusão da obra são: • Lista de Instrumentos: deverá incluir também toda a instrumentação dos pacotes, visto que se deve ter apenas uma Lista de Instrumentos por unidade; • Plantas de Instrumentação; • Lay-out de Sala de Painéis na CCL; • Lay-out de Centro Integrado de Controle; e • Detalhes Típicos de Instalação.
3.25.4 Dispensa de As-Built Os documentos abaixo não necessitam ser atualizados, pois é comum ocorrerem alterações e de nada servirão para a manutenção, a saber: • Memorial Descritivo • Listas de Materiais • Requisição de Materiais para Instrumentos • Descrição Funcional – este documento normalmente é substituído pelo Manual de Operação da Unidade. • Matriz de Causa e Efeito – as informações normalmente são atualizadas no Diagrama Lógico, a confirmar de acordo com os procedimentos da empresa (ou cliente). Especial atenção deverá ser dada à questão do escopo contratual, ou seja, quem deverá executar a atualização da documentação e de que forma, se no local da obra ou à distância, no escritório da projetista. É fundamental um acompanhamento por parte da fiscalização do cliente, de forma a garantir o correto entendimento do que e como a documentação necessária está sendo atualizada. Praticamente é uma nova verificação, inclusive com aprovação e Aceitação Final, que deverá ser formal.
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3.26 INTERFACES DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Para o correto desenvolvimento de um projeto de instrumentação e automação, é importante tomar cuidado com todos os itens que dependem de outra disciplina de projeto ou que interferem em outra disciplina de projeto. Isto é, deve-se dar atenção especial a todas as interfaces, pois diversos são os itens que, para estarem completos, devem ser e estar de acordo com pontos desenvolvidos e gerenciados por outros. Diversos problemas de projeto ocorrem nas interfaces de projetos. Acredita-se que 70% dos problemas se localizam na falta de atenção às questões que implicam comunicação interdisciplinar, na busca e na distribuição da informação. A disciplina de Instrumentação e Automação tem interfaces, praticamente, com todas as disciplinas de projeto. Como advertência ao leitor, seguem alguns lembretes. Recomenda-se que, antes do início do Projeto, sejam elaboradas algumas tabelas contendo as responsabilidades de cada disciplina, para que fiquem claros os limites de quem deve informar, quem deve executar e quem deve verificar os dados de interface nos respectivos documentos. A distribuição da informação é fundamental para a execução das atividades.
3.26.1 Interface com Processo • Solicitar as informações completas do processo, além das informações costumeiras (pressão, temperatura, vazão, densidade, viscosidade, peso molecular, coeficiente isentrópico, fator de compressibilidade), em especial quando se tratar de sinal de amostragem, com sólido em suspensão, se o fluido solidifica na temperatura ambiente ou se vaporiza, se tem H2S, H2, Cl2, fluxo bifásico, fluído corrosivo, fluido incrustante, temperatura de ignição etc. • Informar quando um determinado tipo de instrumento não pode ser utilizado por qualquer motivo (temperatura, ranges de vazão, pressão, valor de ajuste, entupimento etc.). • Descrição de serviço. • Identificação e simbologia de instrumentos e malhas em P&ID. • Descrição funcional do processo e malhas de controle. • Matriz de Causa e Efeito, e Diagrama Lógico.
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• Pontos de medição em equipamentos estacionários (tanques, fornos, tochas, vasos, torres, bacias etc.) e no processo. • Locação e tipos de detectores de gases na unidade. • Pontos de ajuste de alarmes e trip. • Telas de IHMs.
3.26.2 Interface com Civil e Arquitetura • quantidade de painéis na sala de painéis (CLP, PES, Arm. Rearranjo, SDCD, SMMD, STVM, STTQ, etc.); • lay-out de painéis na Sala de Painéis; • lay-out em casas de campo (casa de analisadores etc.); • quantidade de IHMs no Centro Integrado de Controle; • quantidade de consoles cegos no Centro Integrado de Controle; • dissipação térmica de painéis, IHMs e consoles; • rota de dutos de pressurização, ventilação e condicionamento de ar; • comandos e sistemas de controle de HVAC; • tipo de IHM; • necessidade de leitos e eletrocalhas na área e respectivos pesos; • necessidade de leitos e eletrocalhas na sala de painéis da Casa de Controle Local e no Centro Integrado de Controle; • rota de cabos e fibras ópticas dentro de prédios; • entrada e saída de cabos e multicabos nos prédios (CCL, CIC, SE, Casa de Analisadores etc.); • dimensões e pesos de painéis locais; • cobertura para painéis locais, analisadores etc.; • base para shelter de analisadores; • caixas de passagem de piso (man-hole); • calha Parshall em canaletas; • medições e coleta de amostras em canaletas de efluentes; • medições em tanques de concreto.
3.26.3 Interface com Tubulação • classe das linhas: material, pressão, temperatura, conexões, isolamento;
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• encaminhamento de linhas; • posição de válvulas de controle, válvulas de segurança, pontos de medição e sensores; • distâncias à montante e à jusante de medições de vazão; • posição das tomadas de medição em flanges; • distâncias centro a centro das conexões de medição de nível e de visores de nível; • espaço adjacente à linha; • elevação de tomadas; • dimensões de válvulas de controle e válvulas de segurança; • informações de instrumentos e válvulas em Plantas de Tubulação; • informações de instrumentos e válvulas em Isométricos.
3.26.4 Interface com Elétrica • Sinais de interface com CCM, onde requerido: trip (relé energizado retido, contato seco fechado, abre para trip); Liga (contato seco aberto com pulso fecha para ligar); Desliga (contato seco aberto com pulso fecha para desligar); status de motor operando corrente do motor, normalmente para potências altas (ex.: >75kW); set point para inversores de freqüência (4 a 20mA); • carga de painéis e seus alimentadores para painéis locais e na Sala de Painéis; • tempo mínimo requerido para energia ininterrupta para cada carga; • iluminação na área para leitura dos instrumentos; • aterramento de painéis, caixas de junção, instrumentos etc.; • interligação malha de terra isolado da instrumentação com a malha de terra geral; • alimentação de válvulas motorizadas; • quantidade e bitola de eletrodutos para envelopes; • Plantas de Envelopes e Cortes; • Diagramas Funcionais; • Plantas de Classificação de Áreas; • mensagens de alarmes no sistema de comunicação.
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3.26.5 Interface com Mecânica (Equipamentos) • documentação de pacote; • tipos de conexões e bocais; • informações de instrumentos no Desenho de Conjunto; • tomadas e locação de sensores; • intertravamento e proteção; • Painel de Controle Local; • integração de sinais do pacote; • controle de anti-surge; • controle e proteção conforme API-610 e API-670.
3.26.6 Interface com Segurança Industrial • posição de canhões e combate a incêndio com controle remoto; • posição de painéis locais de canhões de combate a incêndio; • comandos remotos para canhões de combate a incêndio; • Sistema de Detecção de Fogo e Gases na unidade e nos prédios; • IHM do sistema de detecção de fogo e gases; • alarmes sonoros, visuais e mensagens de alarmes.
3.26.7 Interface com TI – Tecnologia da Informação • cabeamento estruturado e pontos de conexão; • padrão de comunicação com a rede administrativa; • sistema de transferência de dados (ex.: ODBC).
3.27 INTRODUÇÃO A SOFTWARES 2D E 3D Muito já se fala em softwares de desenho. A palavra mais usada é CAD, que é o acrônimo para Computer Aided Design.
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Os recursos de CAD são aplicados na elaboração de desenhos bidimensionais e tridimensionais. Estes programas podem ser usados na elaboração de projetos em qualquer área da Engenharia. Possuem alguns ambientes de desenvolvimento, através dos quais podem ser criados aplicativos adaptando-os a atividades específicas. Tanto no Brasil como no mundo, há milhares de empresas que se mantêm com o desenvolvimento através desta ferramenta computacional. O formato de arquivos do CAD possibilita a manipulação de desenhos híbridos. Muitos destes softwares possibilitam a geração de imagens foto-realistas de objetos, ambientes e detalhamento de estruturas, plantas industriais com recursos de iluminação, textura e de gerenciamento das informações gráficas. Em um projeto, além do detalhamento técnico, é possível listar a quantidade e todos os componentes que estão envolvidos na planta industrial projetada. Em função da grande variedade de ferramentas computacionais disponíveis no mercado, é importante uma avaliação criteriosa desta ferramenta para obter-se o maior rendimento quando da escolha do software para aplicação necessária. Outros fatores importantes são o treinamento e a manipulação do software constantemente, para que se possa explorar o potencial máximo desta ferramenta. Deve-se lembrar do correto dimensionamento do hardware para cada software 2D e 3D, que pode se tornar um limitador da ferramenta. Hoje, estes softwares permitem uma variedade muito grande de interface com outros programas, ou seja, diversos formatos ou extensões do desenho, como, por exemplo, DWF, que é especialmente desenvolvido para a troca e visualização de desenhos para diversos softwares existentes. As características importantes da ferramenta a ser avaliada são os recursos que este software disponibiliza ao usuário, por exemplo: • a geração de sólidos elementares, furos, cortes, nervuras, chanfros e arredondamentos; • espelhamento de sólidos; • rotação e posicionamento tridimensional; • projeção de vistas a partir de um sólido previamente construído; • controle de escalas; • detalhamento; • vistas auxiliares e com cortes; • cotas básicas; • cotas com prefixos e sufixos; • quadros de informação e tabelas de furos; • simbologia aplicada à área especifica; • grande biblioteca com simbologia de equipamentos industriais, alinhada a normas internacionais;
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• geração de lista de peças e componentes do projeto desenvolvido; • importação de arquivos; • modelagem de Montagem e Simulação; • geração de arquivos entre softwares de CAD. Se o usuário seguir o estudo e se aprofundar na aplicação desta ferramenta, vai encontrar rotinas na linguagem de programação AutoLisp, podendo, inclusive, partir para a otimização da elaboração de desenhos vinculados à base de dados, o que, com certeza, possibilitará maior produtividade e qualidade nos trabalhos a serem desenvolvidos. Esta lista pode se tornar muito extensa, e vai depender essencialmente da aplicação que o usuário vai destinar à ferramenta. Os exercícios e a prática darão oportunidade de aplicar e praticar os recursos do software. São desenvolvidos para representar situações típicas de projeto e simulação. Importante lembrar que as ferramentas possibilitam a realização de maquetes, pois dão uma visão importante do projeto. Os tipos de software ou ferramentas mais divulgados e encontrados no mercado para projetos são: AutoCAD, SolidWorks e InteliCAD, entre outros.
3.28 FERRAMENTAS DE MERCADO PARA PROJETO A evolução dos softwares de desenho 2D e 3D, e também daqueles que manipulam bases de dados, permitiu uma maior e melhor integração entre eles. Sua evolução promoveu o surgimento de softwares que combinam as facilidades de desenho e manipulação de dados em desenhos padronizados. Este é o caso de algumas ferramentas de mercado para projeto, como Smart Plant Instrumentation, SolidWorks e maquete em PDMS e PDS, entre outros. Este tipo de software já vem sendo largamente aplicado, em especial no exterior e nas grandes empresas brasileiras, principalmente quando se trata de contrato do tipo EPC (Engineering, Procurement and Construction). Diversas são as vantagens com seu uso e aplicação, permitindo também uma variedade grande de interfaces com outros programas, ou seja, diversos formatos ou extensões do desenho. Por serem de custo ainda significativo, também são disponibilizadas ferramentas para visualização, muitas vezes sem custo; entretanto, há que se ter cuidado na escolha do software correto e do hardware adequado ao software escolhido, para que não seja inviabilizada a
299
aplicação. Existem estudos que demonstram que o “custo x benefício” é vantajoso quando se tratar de um empreendimento de grande porte, como, por exemplo, uma unidade industrial completamente nova. Para um melhor entendimento e conhecimento sobre os recursos e vantagens, recomenda-se a consulta aos seguintes sites na Internet e respectiva obtenção de uma cópia Demo, onde os recursos são
apresentados
e
a
potencialidade
é
evidenciada,
a
saber:
www.intergraph.com,
www.solidworks.com e www.geoexplore.com.br Este módulo não tem a intenção de capacitar o leitor no uso de tais softwares, mas tão-somente de apresentar e disseminar a informação sobre as disponibilidades de mercado.
300
4 INTRODUÇÃO AO GERENCIAMENTO DE PROJETOS
O interesse pelo tema Gerenciamento de Projetos vem crescendo exponencialmente nos últimos tempos, e ganha foco como uma disciplina a ser explorada para buscar a excelência em gerenciamento de projetos de forma estruturada. Diversas são as entidades das mais variadas origens que tratam do assunto; todavia, a mais popular, e que vem sendo adotada, é a estrutura recomendada pelo PMI – Project Management Institute, que vem a ser o Instituto de Gerenciamento de Projetos cuja matriz tem sede nos Estados Unidos e diversas Seções espalhadas nos mais variados países. O presente capítulo tem o objetivo de identificar os diversos processos (atualmente um total de 44) apresentados pelo PMI, desenvolvidos nas diferentes fases de um projeto. Entenda-se projeto em seu sentido mais amplo como um empreendimento, e não só como uma atividade de detalhamento; ainda, como fases de um projeto deve-se entender como sendo subprojetos distintos de um grande projeto, por exemplo: estudos de viabilidade técnico-econômica, projeto básico, engenharia prévia, projeto executivo, planejamento, construção civil, montagem eletromecânica, testes e comissionamento e partida de uma unidade industrial. Para dar-se seguimento ao assunto, deve-se colocar em primeiro foco a definição de projeto apresentada no livro Conjunto de Conhecimentos de Gerenciamento de Projetos, o PMBoK, emitido pelo PMI. Então, do PMBoK tem-se: “Projeto é um esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou resultado exclusivo”. • Temporário porque todo projeto tem início e fim definidos! • Produto, serviço ou resultado exclusivo porque todo projeto é único, ou seja, cria uma entrega exclusiva, singular! Gerenciar projetos baseia-se em aplicar conhecimentos e habilidades de organizar, acompanhar, controlar e obter progresso sobre atividades definidas para alcançar o objetivo estipulado. Estas atividades estão distribuídas nos 44 processos, conforme já mencionado acima, que pertencem a nove áreas de conhecimento, a saber: •
Integração,
•
Escopo,
301
•
Tempo,
•
Custos,
•
Qualidade,
•
Recursos humanos,
•
Comunicações,
•
Riscos e
•
Aquisições.
No Anexo XXXII é apresentada a Estrutura dos Processos por Área de Conhecimento PMBoK. Os processos em suas áreas de conhecimento ocorrem em cinco grupos, que são: • grupo de processos de iniciação, • grupo de processos de planejamento, • grupo de processos de execução, • grupo de processos de monitoração e controle e • grupo de processos de encerramento. No Anexo XXXIII é apresentada a Estrutura Grupo de Processos PMBoK. O relacionamento entre os grupos de processos é mostrado no digrama abaixo.
Observe-se que os grupos de processos não são fases de um projeto, e, sim, que os grupos de processos se repetem ao longo das fases do projeto conforme é ilustrado no diagrama abaixo.
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Fase I
Fase II
Fase III
Abaixo estão apresentados os 44 processos nos cinco grupos de processos, definidos pelo PMI, com suas entradas, ferramentas aplicáveis e suas saídas. Havendo interesse em maior aprofundamento no assunto, o leitor deverá estudar o livro PMBoK editado pelo PMI, ou outros livros afins. Observar nos grupos de processos abaixo que as palavras entre parênteses ao lado de cada subtítulo indicam a área de conhecimento de cada processo respectivamente.
4.1 GRUPO DE PROCESSOS INICIAÇÃO 4.1.1 Desenvolver o termo de abertura do projeto (Integração) Este processo trata da autorização do projeto ou de uma fase do projeto.
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4.1.2 Desenvolver a declaração de escopo preliminar do projeto (Integração) Este processo trata sobre a elaboração da definição preliminar do escopo do projeto.
4.2 GRUPO DE PROCESSOS PLANEJAMENTO 4.2.1 Desenvolver o plano de gerenciamento do projeto (Integração) Este processo define o documento que integra e coordena todos os demais planos do projeto. Apresenta a forma como o projeto será gerenciado.
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4.2.2 Planejamento do escopo (Escopo) Este processo define como o escopo do projeto será definido, verificado e controlado.
4.2.3 Definição do escopo (Escopo) Este processo desenvolve uma declaração detalhada do escopo do projeto.
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4.2.4 Criar EAP (Escopo) Este processo tem o objetivo de subdividir o trabalho a ser executado em tarefas (pacotes de entrega) possíveis de serem gerenciadas.
4.2.5 Definição da atividade (Tempo) Este processo identifica as atividades que deverão ser executadas para que seja alcançado o objetivo do projeto e o produto ou serviço do projeto seja entregue.
306
4.2.6 Seqüenciamento de atividades (Tempo) Este processo define as interdependências entre as atividades a serem executadas, observando uma ordem lógica de execução.
4.2.7 Estimativa de recursos da atividade (Tempo) Este processo estima os recursos necessários para a execução completa de cada atividade do projeto.
307
4.2.8 Estimativa de duração da atividade (Tempo) Este processo estima a quantidade de unidades de tempo necessárias para a execução completa de cada atividade do projeto.
4.2.9 Desenvolvimento do cronograma (Tempo) Este processo analisa as atividades, os recursos necessários e a seqüência lógica para definir o cronograma do projeto.
308
4.2.10 Estimativa de custos (Custo) Este processo realiza uma estimativa de custo dos recursos que serão aplicados para a execução completa de cada atividade.
4.2.11 Orçamentação (Custo) Este processo faz a integração dos custos das atividades e define a linha de base dos custos.
309
4.2.12 Planejamento da qualidade (Qualidade) Este processo define os padrões e critérios de Qualidade que deverão ser atendidos.
4.2.13 Planejamento de recursos humanos (Recursos humanos) Este processo estabelece as atribuições, responsabilidades e estrutura organizacional da equipe do projeto.
310
4.2.14 Planejamento das comunicações (Comunicações) Este processo define quais informações deverão ser distribuídas, como e para quem (partes interessadas, do inglês stakeholders) distribuir, e, ainda, qual a periodicidade da distribuição.
4.2.15 Planejamento do gerenciamento de riscos (Riscos) Este processo estabelece como os riscos serão gerenciados, ou seja, como serão considerados e de que forma serão executadas as atividades relativas ao gerenciamento dos riscos.
311
4.2.16 Identificação de riscos (Riscos) Este processo tem como foco identificar os possíveis riscos envolvidos no projeto, e ocorre durante todas as suas fases. Quando um risco tem resultado ou efeito positivo, diz-se que é uma oportunidade; quando o efeito é negativo, chama-se de ameaça.
4.2.17 Análise qualitativa de riscos (Riscos) Este processo faz a avaliação qualitativa com base na probabilidade de ocorrência de um determinado evento de risco e qual impacto poderá causar no projeto, desta forma priorizando os riscos a serem tratados.
312
4.2.18 Análise quantitativa de riscos (Riscos) Este processo faz a avaliação do impacto de tempo e/ou de custo caso ocorra o efeito de um risco identificado.
4.2.19 Planejamento de respostas a riscos (Riscos) Este processo planeja as ações a serem tomadas para favorecer a ocorrência de oportunidades e reduzir a ocorrência de eventos de riscos. As ações de respostas aos riscos podem ter custo e consumir tempo; então, faz-se necessário observar que elas devem ser consideradas no cronograma e no restante do projeto.
313
4.2.20 Planejar compras e aquisições (Aquisições) Este processo determina o que será adquirido, como e quando deverá ser feito.
4.2.21 Planejar contratações (Aquisições) Este processo prepara a documentação dos requisitos dos produtos ou serviços, define os resultados esperados e quem pode fornecer.
314
4.3 GRUPO DE PROCESSOS EXECUÇÃO 4.3.1 Orientar e gerenciar a execução do projeto (Integração) Este processo basicamente cuida de organizar as interfaces entre os processos e as interfaces do projeto.
4.3.2 Realizar a garantia da qualidade (Qualidade) Este processo realiza o acompanhamento do Sistema da Qualidade previsto para o projeto para atendimento dos requisitos de Qualidade definidos.
315
4.3.3 Contratar ou mobilizar a equipe do projeto (Recursos humanos) Este processo realização a mobilização da equipe necessária para realizar e terminar o projeto.
4.3.4 Desenvolver a equipe do projeto (Recursos humanos) Este processo promove o crescimento individual dos membros da equipe do projeto, bem como o crescimento como equipe, com foco na melhoria do desempenho do projeto.
316
4.3.5 Distribuição das informações (Comunicações) Este processo realiza a distribuição das comunicações planejadas para o projeto.
4.3.6 Solicitar respostas de fornecedores (Aquisições) Este processo executa a consulta aos fornecedores de produtos ou serviços para obtenção de informações e propostas.
317
4.3.7 Selecionar fornecedores (Aquisições) Este processo executa a análise das propostas dos possíveis fornecedores com base nos critérios e documentos enviados, para definir e selecionar um fornecedor para o produto ou serviço, respectivamente.
4.4 GRUPO DE PROCESSOS CONTROLE 4.4.1 Monitorar e controlar o trabalho do projeto (Integração) Este processo efetua medições de desempenho, avalia a tendência e propõe melhorias nos processos.
318
4.4.2 Controle integrado de mudanças (Integração) Este processo tem o foco de controlar as mudanças antes da ocorrência ou se ocorreram, e também as mudanças aprovadas, para garantir que sejam favoráveis ao projeto. Ocorre durante todo o projeto e considera as possíveis interfaces da mudança.
4.4.3 Verificação do escopo (Escopo) Este processo verifica se o produto ou serviço (entregas) entregue está de acordo com o solicitado, de forma a garantir sua aceitação.
319
4.4.4 Controle do escopo (Escopo) Este processo tem o foco de controlar para que o escopo do projeto seja atendido, bem como controlar as mudanças no escopo previsto.
4.4.5 Controle do cronograma (Tempo) Este processo controla as mudanças no cronograma do projeto.
320
4.4.6 Controle de custos (Custos) Este processo controla as possíveis influências nos custos e as mudanças no orçamento do projeto.
4.4.7 Realizar o controle da qualidade (Qualidade) Este processo controla os resultados ao longo do andamento do projeto, se estão de acordo com os padrões estabelecidos e a forma de recuperar desempenhos abaixo do esperado.
321
4.4.8 Gerenciar a equipe do projeto (Recursos humanos) Este processo executa o acompanhamento do desempenho dos membros da equipe do projeto com foco na melhoria do desempenho do projeto.
4.4.9 Relatório de desempenho (Comunicações) Este processo busca e distribui de forma organizada as informações sobre o andamento e avanços do projeto. O relatório deve conter uma previsão sobre o que ainda falta fazer para concluir o projeto.
322
4.4.10 Gerenciar as partes interessadas (Comunicações) Este processo gerencia a comunicação para atender as partes interessadas e a forma de resolver eventuais problemas com elas.
4.4.11 Monitoramento e controle de riscos (Riscos) Este processo acompanha os riscos identificados, os riscos secundários e residuais, identifica novos riscos e põe em prática os planos de respostas aos riscos durante todo o projeto.
323
4.4.12 Administração de contrato (Aquisições) Este processo gerencia o contrato e a relação entre as partes do contrato, e também avalia e registra o desempenho dos fornecedores.
4.5 GRUPO DE PROCESSOS ENCERRAMENTO 4.5.1 Encerrar o projeto (Integração) Este processo termina todas as atividades do projeto em todos os grupos de processos. Inclui o término formal de uma fase ou de todo o projeto.
324
4.5.2 Encerramento do contrato (Aquisições) Este processo soluciona itens pendentes dos contratos e termina os contratos pertinentes a uma fase ou a todo o projeto.
325
326
LISTA DE SIGLAS
ACN - Armário de Controladores A/D - Analógico/Digital AEI - Atuador Elétrico Inteligente AI - “Analog Input” = Ver EA A/M - Automático/Manual AO - “Analog Output” = Ver SA AR - Armário de Rearranjo ARA - Armário de Rearranjo - Sinais Analógicos (4 a 20mA) ARD - Armário de Rearranjo - Sinais Discretos (24Vcc, 125Vcc) ART - Armário de Rearranjo - Sinais de Temperatura (mV, Pt100) CAS - Cascata CCL - Casa de Controle Local CCM - Centro de Controle de Motores, painel de controle das máquinas elétricas e respectiva distribuição de energia para as mesmas CIC - Centro Integrado de Controle CJ - Caixa de Junção CJA - Caixa de Junção - Sinais Analógicos (4 a 20mA) CJD - Caixa de Junção - Sinais Discretos (125 Vcc/24Vcc) CJF - Caixa de Junção - Sinais Seriais (Fieldbus) CJP - Caixa de Junção – Alimentação de Energia (120 Vca, baixa carga) CJT - Caixa de Junção - Sinais de Temperatura (mV , Pt100) CLP - Controlador Lógico Programável CMOS - "Complementary Metal Oxide Semicondutor" CP - Computador de Processo D/A - Digital/Analógico DDC - "Direct Digital Control" DE - Desenho
327
DI - “Digital Input” = Ver ED DN - Diâmetro Nominal DO - “Digital Output” = Ver SD EA - Entrada Analógica ED - Entrada Discreta EMED - Estação de Medição E/S - Entrada/Saída ET - Especificação Técnica FA – Na falha abre FC - “Fail close”, ver FF FF – Na falha fecha FO - “Fail open”, ver FA FL - “Fail lock”, ver FM FM – Na falha mantém posição GWY - “Gateway” HVAC – “Heating, Ventilation and Air Conditioning” = Ver VAC HAZOP - “Hazardous Operability” IAP - Interface com Analisador de Processo ICP - Interface com Computador de Processo IEEE - "The Institute of Electrical and Electronic Engineers” IHM - Interface Homem-Máquina = Console de Operação IMP - Impressora IMPT - Impressora de Tela INTEGR - Integrador I/O - Do inglês Input/Output = Ver E/S IPES - Interface com “Programmable Electronic System” IPLC - Interface com “Programmable Logic Controller” ISA - "The Instrumentation, Systems and Automation Society" ISI - Interface com Sistema de Informação ISTTQ - Interface com Sistema de Telemedição de Tanques ISTVM - Interface com Sistema de Telecomando de Válvulas Motorizadas IT - Instrução de Trabalho
328
IUTR - Unidade de Interface com Unidade Terminal Remota LED - "Light Emitting Diode" LI - Lista de Instrumentos LV - Lista de Verificação Master - Documento tipo cópia, principal, contendo todas as eventuais anotações necessárias para alterações no original. MC - Memorial de Cálculo MD - Memorial Descritivo MR - “Marshalling Rack”, ver AR MTBF - "Mean Time Between Failures" MTE - Ministério do Trabalho e Emprego MV - "Manipulated Variable" NEC - "National Electrical Code" NEMA - "National Electrical Manufactures Association" NR - Norma Regulamentadora (força de lei) PES - “Programmable Electronic System” PI - “Plant Information” PLC - “Programmable Logic Controller” PN – Painel, ou do inglês “panel” PV - "Process Variable" SA – Saída Analógica SCD - Sistema de Comunicação de Dados SCMD - Sistema de Controle e Monitoração Distribuído SD - Saída Discreta SDCD - Sistema Digital de Controle Distribuído SE - Subestação de Energia SIS - Sistema Instrumentado de Segurança SMMD - Sistema de Monitoração de Máquinas à Distância SP - "Set-Point" SPC - "Supervisory Process Control" STTQ - Sistema de Telemedição de Tanques STVM - Sistema de Telecomando de Válvulas Motorizadas
329
TAC - Testes de Aceitação em Campo (na Planta) TAF - Testes de Aceitação em Fábrica TAG - Identificação de um instrumento, equipamento ou malha TGVP - à prova de tempo, gases, vapores e pó TIE - Teste Individual de estanqueidade TMR – Triple module redundant TOP - Transceptor Óptico UC - Unidade de Controle UCH - Unidade de Chaveamento de UVT EU - Unidade Eletrônica UENG - Unidade de Engenharia UIC - Unidade de Interface de Comunicação UIPC - Unidade de Interface com o Processo e de Controle UM - Unidade de Multiplexação UVT - Unidade de Vídeo/Teclado VCD - Via de Comunicação de Dados VAC - Ventilação e Ar Condicionado
330
ANEXOS
Anexo I-A – Simbologia de Instrumentação Anexo I-B – Identificação de Instrumentação Anexo I-C – Simbologia de Tubulação Anexo I-D – Simbologia de Equipamentos Anexo II-A – Exemplo de Fluxograma de Processo Anexo II-B – Exemplo de Fluxograma de Engenharia Anexo III – Exemplo de Lista de Documentos de Projeto Anexo IV – Exemplo de Lista de Instrumentos Preliminar Anexo V – Exemplo de Matriz de Causa e Efeito Anexo VI – Exemplo de Diagrama Lógico Anexo VII – Exemplo de Arquitetura de Sistema de Controle Anexo VIII – Exemplo de Arquitetura de Válvulas Motorizadas Anexo IX A – Exemplo de Planta de Classificação de Áreas. Anexo IX B – Exemplo de Planta de Classificação de Áreas. Anexo X – Exemplo de Lista de Instrumentos Anexo XI – Exemplo de Diagrama de Malhas. Anexo XII – Exemplo de Diagrama de Interligação de Válvulas Motorizadas - STVM. Anexo XIII – Exemplo de Diagrama Funcional. Anexo XIV – Exemplo de Lista de Cabos e Interligações de Campo. Anexo XV – Exemplo de Diagrama de Interligação de Campo. Anexo XVI – Exemplo de Lista de Cabos e Interligações de Sala de Controle. Anexo XVII-A – Exemplo de Detalhe Típico - Processo Anexo XVII-B – Exemplo de Detalhe Típico – Elétrico Anexo XVII-C – Exemplo de Detalhe Típico - Pneumático Anexo XVII-D – Exemplo de Detalhe Típico – Suporte de Instrumentos Anexo XVII-E – Exemplo de Detalhe Típico – Suporte de Caixas de Junção Anexo XVII-F – Exemplo de Detalhe Típico – Steam Tracing Anexo XVIII-A – Simbologia para Plantas de Instrumentação Anexo XVIII-B – Simbologia para Plantas de Instrumentação Anexo XVIII-C – Simbologia para Plantas de Instrumentação Anexo XVIII-D – Simbologia para Plantas de Instrumentação Anexo XVIII-E – Simbologia para Plantas de Instrumentação
331
Anexo XIX – Exemplo de Planta Chave Anexo XX-A – Exemplo de Planta de Encaminhamento de Leitos Anexo XX-B – Exemplo de Planta de Instrumentação Elétrica Anexo XXI – Exemplo de Planta de Instrumentação Pneumática Anexo XXII-A – Exemplo de Planta de Envelopes Anexo XXII-B – Exemplo de Planta de Cortes Anexo XXIII – Exemplo de Planta de Lay-out de Casa de Controle Local Anexo XXIV – Exemplo de Planta de Lay-out de Centro Integrado de Controle Anexo XXV-A – Exemplo de Planta de Detectores de Fogo e Gás - Sala Anexo XXV-B – Exemplo de Planta de Detectores de Fogo e Gás - Área de Processo Anexo XXVI – Exemplo de Vista Interna de Armário de Rearranjo Anexo XXVII – Exemplo de Lista de Entradas e Saídas Anexo XXVIII – Exemplo de Lista de Comunicação Anexo XXIX-A – Exemplo de Lista de Material – Processo Anexo XXIX-B – Exemplo de Lista de Material – Elétrico Anexo XXIX-C – Exemplo de Lista de Material – Leitos Anexo XXIX-D – Exemplo de Lista de Material – Cabos Anexo XXIX-E – Exemplo de Lista de Material – Pneumático Anexo XXIX-F – Exemplo de Lista de Material – Suporte Anexo XXIX-G – Exemplo de Lista de Material – Steam Tracing Anexo XXX – Exemplo de Requisição de Material – Instrumentos e Equipamentos Anexo XXXI – Exemplo de Rede de Atividades de Instrumentação e Automação Anexo XXXII – Estrutura dos Processos por Área de Conhecimento PMBoK Anexo XXXIII – Estrutura Grupo de Processos PMBoK
332
Anexo I-A – Simbologia de Instrumentação (Norma ISA 5.1)
Local Principal Acessível p/ Operador
Campo
Não Acess. p/ Operador
Instrumento Discreto
SDCD (Compartilhado)
Computador
CLP, TMR
333
Remoto Não Acess. p/ Operador
Acessível p/ Operador
Anexo I-B – Identificação de Instrumentação (Norma ISA 5.1)
334
Anexo I-C – Simbologia de Tubulação 1/2
335
Anexo I-C – Simbologia de Tubulação – cont. 2/2
336
Anexo I-D – Simbologia de Equipamentos – 1/2 Símbolos para condições de operação
337
Anexo I-D – Simbologia de Equipamentos – cont. 2/2
Vasos de Pressão
338
OBSERVAÇÃO: Nas folhas referentes aos Anexos II-A a IX A, listados abaixo, deverão inseridos exemplos da Unidade de Negócio da localidade onde será ministrado o Curso.
Anexo II-A – Exemplo de Fluxograma de Processo Anexo II-B – Exemplo de Fluxograma de Engenharia Anexo III – Lista de Documentos de Projeto Anexo IV – Lista de Instrumentos Preliminar Anexo V – Matriz de Causa e Efeito Anexo VI – Diagrama Lógico Anexo VII – Arquitetura de Sistema de Controle Anexo VIII – Arquitetura de Válvulas Motorizadas Anexo IX A – Planta de Classificação de Áreas
339
No Anexo IX B são mostrados alguns gases e suas respectivas temperaturas de ignição. Gás
Temperatura de ignição
Grupo
o
[ C]
Classe de temperatura do equipamento
acetileno
305
IIC
T2
acetona
535
IIA
T1
álcool etil
363
IIA
T2
álcool metil
464
IIA
T1
amônia
630
IIA
T1
benzeno
560
IIA
T1
butadieno
430
IIB
T2
butano
365
IIA
T2
etano
515
IIA
T1
eter dietílico
160
IIB
T4
etil metil eter
190
IIB
T4
etileno
425
IIB
T2
482 a 632
IIA
T1
gasolina (56 A 60 octanas)
280
IIA
T3
gasolina (100 octanas)
456
IIA
T2
heptano
215
IIA
T3
hexano
233
IIA
T3
hidrogênio
560
IIC
T1
metano (grisu)
537
I
T1
nafta
288
IIA
T3
pentano
285
IIA
T3
propano
470
IIA
T1
ciclo propano
495
IIB
T1
querosene
210
IIA
T3
tolueno
535
IIA
T1
xileno
464
IIA
T1
gás natural
Outros produtos podem ser encontrados nas normas NFPA-325 e IEC-60079 Part 20.
340
OBSERVAÇÃO: Nas folhas referentes aos Anexos X a XVII-F, listados abaixo, deverão inseridos exemplos da Unidade de Negócio da localidade onde será ministrado o Curso.
Anexo X – Lista de Instrumentos Anexo XI – Diagrama de Malhas Anexo XII – Diagrama de Interligação de Válvulas Motorizadas - STVM Anexo XIII – Diagrama Funcional Anexo XIV – Lista de Cabos e Interligações de Campo Anexo XV – Diagrama de Interligação de Campo Anexo XVI – Lista de Cabos e Interligações de Sala de Controle Anexo XVII-A – Detalhe Típico - Processo Anexo XVII-B – Detalhe Típico – Elétrico Anexo XVII-C – Detalhe Típico - Pneumático Anexo XVII-D – Detalhe Típico – Suporte de Instrumentos Anexo XVII-E – Detalhe Típico – Suporte de Caixas de Junção Anexo XVII-F – Detalhe Típico – Steam Tracing
341
Anexo XVIII-A – Simbologia para Plantas de Instrumentação
342
Anexo XVIII-B – Simbologia para Plantas de Instrumentação
343
Anexo XVIII-C – Simbologia para Plantas de Instrumentação
344
Anexo XVIII-D – Simbologia para Plantas de Instrumentação
345
Anexo XVIII-E – Simbologia para Plantas de Instrumentação
346
OBSERVAÇÃO: Nas folhas dos Anexos XIX a XXX, listados a seguir, deverão inseridos exemplos da Unidade de Negócio da localidade onde será ministrado o Curso.
Anexo XIX – Planta Chave. Anexo XX-A – Planta de Encaminhamento de Leitos. Anexo XX-B – Planta de Instrumentação Elétrica Anexo XXI – Planta de Instrumentação Pneumática Anexo XXII-A – Planta de Envelopes Anexo XXII-B – Planta de Cortes Anexo XXIII – Planta de Lay-out de Casa de Controle Local Anexo XXIV – Planta de Lay-out de Centro Integrado de Controle Anexo XXV-A – Planta de Detectores de Fogo e Gás – Sala Anexo XXV-B – Planta de Detectores de Fogo e Gás - Área de Processo Anexo XXVI – Vista Interna de Armário de Rearranjo Anexo XXVII – Lista de Entradas e Saídas Anexo XXVIII – Lista de Comunicação Anexo XXIX-A – Lista de Material – Processo Anexo XXIX-B – Lista de Material – Elétrico Anexo XXIX-C – Lista de Material – Leitos Anexo XXIX-D – Lista de Material – Cabos Anexo XXIX-E – Lista de Material – Pneumático Anexo XXIX-F – Lista de Material – Suporte Anexo XXIX-G – Lista de Material – Steam Tracing Anexo XXX – Requisição de Material – Instrumentos e Equipamentos
347
Anexo XXXI – Exemplo de rede de atividades de Instrumentação e Automação
348
Anexo XXXII – Estrutura dos processos por área de conhecimento PMBoK
a
PMBoK 3 Ed. Grupos de Processos
Áreas de conhecimento
Integração
Iniciação
Planejamento
Execução
Controle
Desenvolver
Desenvolver
Orientar e
Monitorar e
o termo de
plano de
gerenciar a
controlar o
Encerrar o
abertura do
gerenciamento do
execução do
trabalho do
projeto
projeto
projeto
projeto
projeto
Desenvolver a declaração
Controle
de escopo
integrado de
preliminar do
mudanças
projeto
Escopo
Planejamento do
Verificação do
escopo
escopo
Definição o
Controle do
escopo
escopo
Criar EAP Definição da
Controle do
atividade
cronograma
Seqüenciamento de atividades Estimativa de Tempo
recursos da atividade Estimativa de duração da atividade Desenvolvimento do cronograma
Custos
Estimativas de
Controle de
custos
custos
Orçamentação Qualidade
Planejamento da
Realizar a
Realizar o
qualidade
garantia da
controle da
349
Encerramento
qualidade Planejamento de Recursos humanos
recursos
Contratar ou mobilizar a equipe do
humanos
projeto
qualidade Gerenciar a equipe do projeto
Desenvolver a equipe do projeto Planejamento das comunicações
Distribuição das comunicações
Relatório de desempenho Gerenciar as
Comunicações
partes interessadas Planejamento do
Monitoramento
gerenciamento
e controle de
dos riscos
riscos
Identificação de riscos Análise Riscos
qualitativa de riscos Análise quantitativa de riscos Planejamento de respostas a riscos Planejar compras
Aquisições
e aquisições
Solicitar respostas de fornecedores
Planejar
Selecionar
contratações
fornecedores
350
Administração
Encerramento
de contrato
de contrato
Anexo XXXIII – Estrutura Grupo de Processos PMBoK
351
352
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