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Instrumentação Industrial I
INSTRUMENTAÇÃO I
Índice
1. Introdução à instrumentação.
2. Simbologia da Instrumentação.
2.1 - Norma ISA S5. 1
2.2 - Simbologia
3. Medição de Pressão.
3.1 - Definições Básicas.
3.2 - Princípios, Leis e Teoremas da Física.
3.3 - Definição de Pressão.
3.4 - Técnicas de medição de pressão.
3.5 - Tipos de Manômetro Líquido.
3.6 - Manômetro Padrão.
3.7 - Instrumento de transmissão de sinal.
3.8 - Escolha do tipo de Medidor.
3.9 - Recomendações para uso.
3.10 - Instrumentos para Alarme e Intertravamento.
3.11 - Instrumentos Conversores de Sinais.
4. Medição de nível.
4.1 - Classificação e Tipo de Medidores de Nível.
4.2 - Medidores de Nível por Medição Direta.
4.3 - Medidores de Nível por Medição Indireta.
4.4 - Escolha do tipo de Medidor de Nível.
4.5 - Instrumentos para Alarme e Intertravamento.
5. Medição de Temperatura.
5.1 - Conceito de Temperatura.
5.2 - Escalas de Temperatura.
5.3 - Medidores de Temperatura.
5.4 - Termômetro de Dilatação de Líquido.
5.5 - Termômetro a Dilatação de Sólido.
5.6 - Termômetro a Pressão de Gás.
5.7 - Termômetro à Pressão de Vapor.
5.8 - Termômetro Tipo Bulbo de Resistência.
5.9 - Termômetro tipo Termopar.
5.10 - Termômetros de Contato Indireto.
6 – Fluxograma de Engenharia.
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Competências:
1. Relacionar grandezas e leis da eletricidade com grandezas físicas
envolvidas nos processos de Automação, de forma a produzir sinais elétricos
processados pelos Controladores eletrônicos.
2. Medir grandezas elétricas empregando equipamentos analógicos e digitais,
com a precisão nominal de cada Instrumento.
3. Dimensionar e interpretar os limites de atuação dos circuitos
eletrônicos empregados no pré-processamento e filtragem dos sinais
produzidos pelos sensores.
4. Identificar e especificar sensores e transdutores empregados em
Automação.
5. Projetar e montar Sistemas automáticos de aquisição e transmissão de
dados até os Controladores de processo.
Habilidades:
Identificar os principais sensores de uso extensivo em Automação.
Relacionar a grandeza física a ser medida com o sinal elétrico produzido.
Identificar as variáveis de um processo automatizado e relacioná-las com
os sinais elétricos produzidos pelos sensores.
Interpretar os sinais padronizados nas redes de interligação Sensor-
Controlador-Atuador.
Detectar falhas de funcionamento em sensores de uso comum em um processo
de produção automatizada.
Substituir Sensores com defeito.
Especificar Sensores e Atuadores.
Localizar componentes equivalentes por meio das especificações técnicas
do fabricante.
Identificar cada segmento físico e fase de um processo de produção
industrial automatizado e estabelecer um fluxograma descritivo do processo
Identificar as variáveis de processo e inter-relações entre elas.
Relacionar segmentos e fases do processo.
Identificar pontos de estrangulamentos e tempos mortos do processo a ser
automatizado ou para ser otimizado.
1 – INTRODUÇÃO À INSTRUMENTAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para adequação
de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de
variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais.
Nas indústrias de processos tais como siderúrgica, petroquímica,
alimentícia, papel, etc; a instrumentação é responsável pelo rendimento
máximo de um processo, fazendo com que toda energia cedida, seja
transformada em trabalho na elaboração do produto desejado. As principais
grandezas que traduzem transferências de energia no processo são: PRESSÃO,
NÍVEL, VAZÃO e TEMPERATURA, as quais são denominadas de variáveis de um
processo.
Conceitos de Controle:
Variável Controlada:
É a variável a qual um sistema pode ser considerado estável, quando ela
gira em torno de um valor pré-determinado (set-point).
Variável Manipulada:
É a variável em que ao ser considerada, torna a variável controlada
ajustada em torno do seu set-point.
Malha Aberta:
É aquela em que a informação sobre a variável controlada, não é utilizada
para ajustar quaisquer das variáveis de entrada, visando compensar as
variações que ocorrem nas variáveis do processo e que influenciam na
variável controlada.
Malha Fechada:
O controle de processo tem como função fundamental, manipular a relação
entrada /saída de energia ou material, de maneira que a variável controlada
do processo seja mantida dentro dos limites estabelecidos. Ou seja, regula
a variável controlada, fazendo correções em outra variável do processo,
chamada de manipulada.
Controle Manual:
Medir, comparar com um valor pré-determinado (set-point) e atuar num
elemento final de controle, são atribuições de um controle. Quando estas
ações são feitas manualmente, este controle é dito manual.
Controle Automático:
Contrário do anterior, usando transmissores, controladores, elementos
finais de controle, de modo em que o operador não tem interferência neste
controle, este método é dito automático.
Funções dos Instrumentos:
Instrumentos cegos:
São aqueles que não possuem visores de indicação da variável medida.
Sensores (Elementos primários):
São dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável
do processo. Pode ser ou não parte do transmissor.
Indicadores:
Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector,
transmissor, etc.
Transmissores:
Instrumento que tem a função de converter sinais do detector (sensor) em
outra forma capaz de ser enviada à distância para um instrumento receptor,
normalmente localizado no painel. Sente uma variável de processo e gera um
sinal padrão eletrônico ou pneumático proporcional ao valor da variável.
Registradores:
Instrumento que registra graficamente valores instantâneos medidos ao longo
do tempo, valores estes enviados pelo detector, transmissor, Controlador
etc.
Controladores:
Instrumento que compara o valor medido com o desejado e, baseado na
diferença entre eles, emite sinal de correção para a variável manipulada a
fim de que essa diferença seja igual a zero.
Conversores:
Instrumento que transforma uma forma de energia em outra. Conversor A/D,
D/A ou ainda I/P.
Elementos finais de controle:
Dispositivo cuja função é modificar o valor de uma variável que leve o
processo ao valor desejado, atuando diretamente na variável manipulada.
Equipamento que está em contato com o processo, recebendo o sinal do
controlador. Normalmente é utilizada uma válvula de controle podendo ser
utilizada ainda, uma válvula solenóide, damper, etc.
Alarmes (chaves de processo):
Função que o instrumento tem para a um determinado momento de medição da
variável, atuar de forma a alarmar sobre um patamar de medição desfavorável
para um controle, podendo acionar um equipamento (ligar ou desligar uma
bomba) ou só acionar um alarme visual ou sonoro.
Termos usados em instrumentação:
Faixa de medida (Range):
Faixa ou conjunto de valores da variável medida/controlada que estão
compreendidos dentro dos limites superior e inferior de capacidade de
medição.
Alcance (Span):
Diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida
(range) do instrumento.
Erro (off-set):
É a diferença entre um valor lido ou transmitido e o valor real da variável
medida.
Set-point:
Ponto em que o controlador é ajustado para controlar o processo.
Precisão:
É a tolerância de medição ou de transmissão do instrumento. Define o limite
dos erros cometidos quando o instrumento é utilizado em condições anormais
de operação Pode ser expressa em % do span, unidades da variável medida, %
da leitura, % do range, % do comprimento da escala.
Sensibilidade:
Valor mínimo que a variável deve mudar para obter-se uma variação na
indicação ou transmissão, expressa em % do span.
Repetibilidade:
É a capacidade de reprodução da indicação ou transmissão ao se medir,
repetidamente, valores idênticos da variável medida, nas mesmas condições
de operação.
Histerese:
Diferença máxima que se observa nos valores indicados pelo instrumento,
para um mesmo valor qualquer da faixa medida, quando a variável percorre
toda a faixa de escala tanto no sentido crescente como o decrescente.
Elevação do zero:
É o quanto o valor zero da variável supera o valor inferior da faixa de
medida.
Supressão do zero:
É o quanto o valor inferior da faixa de medida supera o valor zero da
variável.
2 - CLASSIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO:
Existem vários métodos de classificação de instrumentos de medição. Dentre
os quais podemos ter:
Classificação por:
-Função
-Sinal transmitido ou suprimento
-Tipo de sinal
2.1 - Classificação por Função:
Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar
interligados entre si.
Para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A
associação desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada
instrumento executa uma função.
Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por
função cuja descrição sucinta pode ser liga na tabela 01.
Fig. 01 - Exemplo de configuração de uma malha de controle
2.2 - Classificação por Sinal de Transmissão ou Suprimento:
Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou
o seu suprimento. A seguir serão descritos os principais tipos, suas
vantagens e desvantagens.
2.2.1 - Tipo pneumático:
Nesse tipo, é utilizado um gás comprimido cuja pressão é alterada, conforme
o valor que se deseja representar. Nesse caso a variação da pressão do gás
é linearmente manipulada numa faixa específica, padronizada
internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu
limite inferior até seu limite superior. O padrão de transmissão ou
recepção de instrumento pneumático mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm2
(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglês).
Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em um valor acima do
zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de
comunicação.
O gás mais utilizado para transmissão, é o ar comprimido sendo também, o
NITROGÊNIO e em casos específicos o GÁS NATURAL (Petrobras).
2.2.1.1 – Vantagem:
A grande e única vantagem em se utilizar os instrumentos pneumáticos está
no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de
explosão (centrais de gás, por exemplo).
2.2.1.2 – Desvantagens:
a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu
suprimento e funcionamento.
b) Necessitam de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro,
desumidificador, etc, para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem
partículas sólidas.
c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser
enviado à longa distância, sem uso de reforçadores. Normalmente a
transmissão é limitada a aproximadamente 100 m.
d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos
são difíceis de serem detectados.
e) Não permite conexão direta aos computadores.
2.2.2 - Tipo Hidráulico:
Similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo
hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos
para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde
torque elevado é necessário ou quando o processo envolve pressões elevadas.
2.2.2.1 – Vantagens:
a) Podem gerar grandes forças e assim acionar equipamentos de grande peso e
dimensão.
b) Resposta rápida.
2.2.2.2 – Desvantagens:
a) Necessita de tubulações de óleo para transmissão e suprimento.
b) Necessita de inspeção periódica do nível de óleo bem como sua troca.
c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, filtros,
bombas, etc...
2.2.3 - Tipo elétrico:
Esse tipo de transmissão é feito utilizando sinais elétricos de corrente ou
tensão.
Em face de tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação de
instrumentos eletrônicos microprocessados, hoje, é esse tipo de transmissão
largamente usado em todas as indústrias, onde não ocorre risco de explosão.
Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em uma
faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo
e máximo de uma variável de um processo qualquer. Como padrão para
transmissão a longas distâncias, são utilizados sinais em corrente contínua
variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente,
também utilizais sinais em tensão contínua de 1 a 5V.
2.2.3.1 – Vantagens:
a) Permite transmissão para longas distâncias sem perdas.
b) A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de
transmissão.
c) Não necessita de poucos equipamentos auxiliares.
d) Permite fácil conexão aos computadores.
e) Fácil instalação.
f) Permite de forma mais fácil realização de operações matemáticas.
g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja "lido" por mais de um
instrumento, ligando em série os instrumentos. Porém, existe um limite
quanto à soma das resistências internas destes instrumentos, que não deve
ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor.
2.2.3.2 – Desvantagens:
a) Necessita de técnico especializado para sua instalação e manutenção.
b) Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em instalações
localizadas em áreas de riscos.
c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios
de sinais.
d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos elétricos.
2.2.4 - Tipo Digital:
Nesse tipo, "pacotes de informações" sobre a variável medida são enviados
para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e
padronizados. Para que a comunicação entre o elemento transmissor e
receptor seja realizada com êxito é utilizada uma "linguagem" padrão
chamado protocolo de comunicação.
2.2.4.1 – Vantagens:
a) Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.
b) Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos
dados.
c) Imune a ruídos externos.
d) Permitem configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto
da malha.
e) Menor custo final.
2.2.4.2 – Desvantagens:
a) Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a
comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.
b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a
informação e/ou controle de várias malha.
3.2.5 - Via Rádio:
Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à uma
estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica.
3.2.5.1 – Vantagens:
a) Não necessita de cabos de sinal.
b) Podem-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento.
3.2.5.2 – Desvantagens:
a) Alto custo inicial.
b) Necessidade de técnicos altamente especializados.
3.2.6 - Via Modem:
A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas
telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude.
3.2.6.1 – Vantagens
a) Baixo custo de instalação.
b) Podem-se transmitir dados a longas distâncias.
3.2.6.2 – Desvantagens:
a) Necessita de profissionais especializados.
b) baixa velocidade na transmissão de dados.
c) sujeito a interferências externas, inclusive violação de informações.
Tipos de Sinais de Transmissão e Suprimento
4 - SIMBOLOGIAS DE INSTRUMENTAÇÃO:
Com objetivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentos
utilizados para representar as configurações das malhas de instrumentação,
normas foram criadas em diversos países.
As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificações
para identificação alfa-numérica de instrumentos ou de funções programadas,
que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos
de instrumentação.
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através de sua
norma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de símbolos gráficos para
representação dos diversos instrumentos e suas funções ocupadas nas malhas
de instrumentação. No entanto, como é dada a liberdade para cada empresa
estabelecer e escolher a norma a ser seguida na elaboração dos seus
diversos documentos de projeto de instrumentação, outras podem ser
utilizadas. Assim, devido a sua maior abrangência e atualização, uma das
normas mais utilizadas em projetos industriais no Brasil e no mundo, é a
estabelecida pela ISA (Instrument Society of America).
4.1 – PARÂMETROS DA SIMBOLOGIA:
A simbologia correta da instrumentação deve conter os seguintes parâmetros:
a) – identificação das linhas de interligação dos instrumentos. Por
exemplo: eletrônica física, eletrônica por configuração, pneumática.
b) – determinação do local de instalação dos instrumentos, acessível ou não
acessível ao operador de processo.
c) – filosofia da instrumentação, quanto ao instrumento ser dedicado a cada
malha ou compartilhado por um conjunto de malhas de processo.
d) – identificação (TAG) do instrumento, envolvendo a variável do processo,
a função do instrumento e o número da malha do processo.
e) – outras informações adicionais.
4.2 – A NORMA ISA S 5.1:
TABELA DE IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS OU FUNÇÃO PROGRAMADA:
4.3 - Observações da Tabela:
(1) – As letras "indefinidas" são próprias para indicação de variáveis não
listadas que podem ser repetidas em um projeto particular. Se usada, deverá
ter um significado como "primeira letra" e outro significado como "primeira
subseqüente". O significado precisará ser definido somente uma vez e uma
legenda para aquele respectivo projeto.
(2) – A letra "não-classificada" X é própria para indicar variáveis que
serão usadas uma vez, ou de uso limitado. Se usada, a letra poderá ter
qualquer número de significados como "primeira letra" e quaisquer números
de significados como "letra subseqüente". Exceto para seu uso como símbolos
específicos, seu significado deverá ser definido for do círculo de
identificação no fluxograma. Por exemplo: XR-3 pode ser um "registrador de
vibração", XR-2 pode ser um "registrador de tensão mecânica" e XX4 pode ser
um "osciloscópio de tensão mecânica".
(3) – Qualquer primeira letra, se usada em combinação com as letras
modificadoras D (diferencial), F (vazão) ou Q (totalização ou integração),
ou qualquer combinação, será tratada como uma entidade "primeira letra".
Então, instrumentos TDI e TI medem duas diferentes variáveis, que são:
temperatura diferencial e temperatura.
(4) – A "primeira letra" A, para análise, cobre todas as análises não
listadas na Tabela acima e não cobertas pelas letras "indefinidas". Cada
tipo de análise deverá ser definido fora do seu círculo de indefinição no
fluxograma. Símbolos tradicionalmente conhecidos como pH, O2, e CO, têm
sido usados opcionalmente em lugar da "primeira letra" A. Esta prática pode
causar confusão particularmente quando as designações são datilografadas
por máquinas que usam somente letras maiúsculas.
(5) – O uso da "primeira letra" U para multivariáveis em lugar de uma
combinação de "primeira letra" é opcional.
(6) – O uso dos termos modificadores alto, baixo, médio ou intermediário e
varredura ou seleção é preferido, porém opcional.
(7) – O termo "segurança" se aplicará somente para elementos primários de
proteção de emergência e elementos finais de controle de proteção de
emergência. Então, uma válvula auto-operada que previne a operação de um
sistema acima da pressão desejada, aliviada a pressão do sistema, será uma
PVC, mesmo que a válvula não opere continuamente. Entretanto esta válvula
será uma PSV se seu uso for para proteger o sistema contra condições de
emergência, isto é, condições que colocam em risco o pessoal ou
equipamento, e que não se espera acontecer normalmente. A designação PSV
aplica-se para todas as válvulas que são utilizadas para proteger contra
condições de emergência em termos de pressão, não importando se a
construção e o modo de operação da válvula enquadram-se como válvula de
segurança, válvula de alívio ou válvula de segurança e alívio.
(8) – A função passiva "visor" aplica-se a instrumentos que dão uma visão
direta e não calibrada do processo.
(9) – O Termo "indicador" é aplicável somente quando houver medição de uma
variável. Um ajuste manual, mesmo que tenha uma escala associada, porém
desprovido de medição de fato, não deve ser designado "indicador".
(10) – Uma "lâmpada-piloto" que é a parte de uma malha de instrumentos deve
ser designada por uma "primeira letra" seguida pela "letra subseqüente".
Entretanto, se é desejado identificar uma "lâmpada-piloto" que não é parte
de uma malha de instrumentos, a "lâmpada-piloto" pode ser designada da
mesma maneira ou alternadamente por uma simples letra L. Por exemplo: a
lâmpada que indica a operação de um motor elétrico pode ser designada com
EL, assumindo que a tensão é a variável medida ou XL assumindo a lâmpada é
atuada por contatos elétricos auxiliares do sistema de partida do motor, ou
ainda simplesmente L. A ação de uma "lâmpada-piloto" pode ser acompanhada
por um sinal audível.
(11) – O uso da "letra subseqüente" U para multifunção em lugar de uma
combinação de outras letras funcionais é opcional.
(12) – Um dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais
circuitos pode ser, dependendo das aplicações, uma chave, um relé, um
controlador de duas posições, ou uma válvula de controle. Se o dispositivo
manipula uma corrente fluida de processo e não é uma válvula de bloqueio
comum atuada manualmente, deve ser designada como uma válvula de controle.
Para todas as outras aplicações, o equipamento é designado como:
a) Uma chave, quando é atuado manualmente;
b) Uma chave ou um controlador de duas posições, se é automático e se é
atuado pela variável medida. O termo chave é geralmente atribuído ao
dispositivo que é usado para atuar um circuito de alarme, lâmpada-piloto,
seleção, intertravamento ou segurança. O termo controlador é geralmente
atribuído ao equipamento que é usado para operação de controle normal;
c) Um relé se é automático e não atuado pela variável medida, isto é, ele é
atuado por uma chave ou por um controlador de duas posições.
(13) – Sempre que necessário, as funções associadas, como o uso da "letra
subseqüente" Y, devem ser definidas fora do círculo de identificação. Não é
necessário esse procedimento, quando a função é por si só evidente, tal
como no caso de uma válvula solenóide.
(14) – O uso dos termos modificadores, "alto", "baixo", "médio" ou
"intermediário", deve corresponder a valores das variáveis medidas e não
dos sinais, a menos que de outra maneira seja especificado. Por exemplo: um
alarme de nível alto derivado de um transmissor de nível de ação reversa é
um LAH, embora o alarme seja atuado quando o sinal alcança um determinado
valor baixo. Os termos podem ser usados em combinações apropriadas.
(15) – O termo "alto" e "baixo", quando aplicados para designar a posição
de válvulas, é definido, como:
Alto: denota que a válvula está em ou aproxima-se da posição totalmente
aberta;
Baixo: que a válvula está em ou aproxima-se da posição totalmente fechada.
4.4 – A NORMA ISA S 5.1:
4.4.1 – CÓDIGO DE IDENTIFIÇÃO DE INSRUMENTOS
Esta norma considera que cada instrumento ou função programada será
identificado por um conjunto de letras e um conjunto de algarismos.
Exemplo:
PIT-1222-103-A
A primeira letra do conjunto de letras indica a variável medida/controlada
e as letras subsequentes indicam a função que o instrumento desempenha na
malha de controle. O primeiro conjunto de algarismos, indica a área/fábrica
e o segundo indica a malha à qual o instrumento ou a função programada
pertence. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser
acrescido um sufixo.
"IDENTIFICAÇÃO DO INSTRUMENTO "
"P "I "T "1222 "103 "A "
"Variável"Função Passiva "Função Ativa "Área "Malha "Sufi"
" " " " " "xo "
"Identificação Funcional "Identificação da Malha "
Em uma malha, a primeira letra de identificação funcional é selecionada de
acordo com a variável medida ou controlada e não a variável manipulada.
No exemplo acima, temos:
P – é a variável medida ou controlada (PRESSÃO)
I – é a função que no caso é a de indicar (INDICADOR)
T – é a função ativa ou de saída (TRANSMISSOR).
122 – é a área da fábrica onde está instalado o instrumento.
103 – é o número seqüencial da malha
A – este sufixo indica que a malha tem a existência de mais de um
instrumento.
Outros exemplos:
FQI-3214.03-102 (Indicador Totalizador de Fluxo)
PDT-5500-114 (Transmissor Diferencial de Pressão)
TSH-1130-110 (Chave Alta de Temperatura – Termostato)
LSLL-1130-110 (Chave de Nível Muito Alto)
FE-3214.03-102 (Elemento – sensor de Fluxo)
4.4.2 – SÍMBOLOS E FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO:
Elementos do Diagrama Funcional
" " "
Válvulas de Controle e Manuais
4.4.3 – Balões do Instrumento:
O instrumento completo é simbolizado por um pequeno balão circular, com
diâmetro aproximado de 12 mm. Porém, os avanços nos sistemas de controle
com instrumentação aplicando microprocessador, computador digital, que
permitem funções compartilhadas em um único instrumento e que utilizam
ligações por programação ou por elo de comunicação, fizeram surgir outros
símbolos de instrumentos e de interligações.
Notas:
a) – satisfeitas as exigências gerais de desenho quanto à clareza e
legibilidade, os símbolos de instrumentos ou função programada podem ser
desenhados seguindo qualquer orientação.
b) – de maneira similar, as linhas de sinal podem ser desenhadas em um
diagrama entrando ou saindo da parte apropriada do símbolo, utilizando
qualquer ângulo.
c) – os blocos funcionais e os números de TAG devem ser sempre desenhados
seguindo a horizontal.
d) – devem ser adicionadas setas direcionais às linhas de sinal, quando
necessário, para esclarecer a direção do fluxo de informação. O uso
criterioso destas setas, especialmente em desenhos complexos,
frequentemente facilitará o entendimento.
s linhas de sinal podem ser desenhadas em um diagrama entrando ou saindo da
parte apropriada do ms
Exemplos de simbologia:
Medidor de linha tipo Rotâmetro
Registrador montado no painel e transmissor local com transmissão
pneumática
Registrador de pressão montado em painel
Indicador de temperatura montado em painel e com transmissão elétrica
Transmissor de vazão
Controlador e registrador de vazão montado em painel comandando válvula de
controle, com transmissão pneumática.
Alarme de pressão alta com montagem local
Válvula de temperatura auto-operada
Visor de nível
Registrador de nível montado em painel, sinal de transmissão elétrico.
Alarme de nível baixo montagem local com sinalização em painel
5 - VARIÁVEL PRESSÃO:
5.1 – INTRODUÇÃO:
Como foi dito anteriormente, a Instrumentação é a ciência que se ocupa em
desenvolver e aplicar técnicas de medição, indicação, registro e controle
de processos, otimizando a eficiência dos mesmos.
Nestas técnicas, são utilizados conhecimentos físicos e ou físico-químicos,
e tecnologias que oferecem a possibilidade de medir as variáveis de
processo.
A variável Pressão é uma destas possibilidades de, utilizando tais
tecnologias e baseada em fenômenos físico-químicos, fazer-se medir e
controlar num processo industrial, e ainda por ser baseada em seus estudos
que, outras variáveis tais como nível e vazão, também sejam medidas e
controladas por seus princípios.
Para o seu estudo, alguns conceitos da física e química serão utilizados.
Apenas como guia para um estudo mais apurado, aí vão alguns destes
conhecimentos necessários:
Definições de sólido, líquido, gases, fluido, massa específica, densidade
relativa, peso específico e gravidade específica.
5.2 – TEOREMA DE STEVIN:
Relaciona as pressões estáticas exercidas por um fluido em repouso com a
altura da coluna líquida do mesmo em um determinado recipiente.
Enunciado: "A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em
repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de
cota entre estes dois pontos".
Neste caso:
P2 – P1 = DP = δ . (h2-h1)
5.3 – TEOREMA DE PASCAL:
A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática se
transmite integralmente em todas as direções e produz a mesma força em
áreas iguais. Devido os fluidos ser incompreensíveis, a força mecânica
desenvolvida em um fluido sob pressão pode ser transmitida.
Interpretação da figura:
Um peso de 10 N desloca o fluido em uma altura h1 na área de secção A1 =
2cm2. Pelo Teorema de Pascal, este mesmo fluido "empurra" o êmbulo de peso
50 N na secção de área A2 = 10 cm2 em uma altura h2.
Pela definição da variável pressão, temos:
Enquanto que .
Como se vê, as pressões P1 e P2 têm o mesmo valor de .
Fazendo P1 = P2
Da mesma forma, em termos de volume deslocado, temos:
E . Assim, como V1 = V2, podemos dispor que:
A1 X h1 = A2 X h2
5.3 – DEFINIÇÕES DE PRESSÃO:
5.3.1 – Pressão Absoluta:
É a pressão positiva a partir do vácuo perfeito
5.3.2 – Pressão Atmosférica:
Atmosfera é a camada gasosa que envolve o globo terrestre, com cerca de 50
km de espessura. Ao nível do mar, esta camada gasosa, exerce uma pressão de
14,69 PSI ou ainda de 101,332 Kpa que representam 1 atm, e sob determinadas
condições tais como 0ºC de temperatura e aceleração de gravidade g =
9,80665 m/s2.
5.3.3 – Pressão Relativa:
Ao se manter a pressão atmosférica como referência, as pressões medidas
acima do nível do mar, é chamada de Relativa (ou ainda Manométrica).
Gráfico representativo das várias definições de Pressão.
5.3.4 – Pressão Estática:
É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, que é transmitida
integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.
5.3.5 – Pressão Dinâmica:
É a pressão exercida por um fluido em movimento paralelo à sua corrente. A
pressão dinâmica é representada pela seguinte equação:
5.3.6 – Pressão Diferencial:
É o resultado da diferença de duas pressões medidas. Em outras palavras, é
a pressão medida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referência da
pressão atmosférica.
5.4 – Unidades de Pressão:
São várias as unidades de pressão. Do Sistema Internacional de unidades
(SI), derivam as unidades de Força como sendo expressa em N (kgf/cm2) e
Área em m2. Daí que a Pressão tem como unidade no SI, o Pascal (Pa) que ao
nível do mar e sob algumas condições de temperatura e gravidade, tem um
valor de 101,332 Pa ou 01 atm.
Na indústria, também são utilizadas mais freqüentemente as unidades
kgf/cm2, mmH2O, lbs/pol2 (PSI) e BAR, que são relacionadas a partir do
quadro abaixo.
A escolha da unidade pode ser livre, desde que obedeçam a um limite entre
0,1 a 1000 unidades.
Tabela de conversão de unidades de Pressão.
5.5 – Técnicas de medição de Pressão:
5.5.1 – Medição Direta:
São dispositivos onde a pressão é medida, comparando-a com a pressão
exercida pela coluna de líquido de densidade e altura conhecidas.
5.5.1.1 – Tubo em "U":
De construção e medição simples, é composto de um tubo transparente de
vidro em forma de "U" graduado em milímetros a partir de seu ponto médio e
preenchido com um líquido de densidade conhecida como a água (γ = 1gf/cm2).
5.5.1.2 – Tubo Inclinado:
Um tubo de diâmetro "d" é inclinado com um ângulo "α" de maneira a obter-se
um grande deslocamento do líquido no tubo inclinado, mesmo no caso de medir
pressões muito baixas, da ordem de 0,02 mm de H2O. É necessário se manter o
manômetro em posição perfeitamente nivelada e sem influência de vibrações.
O cálculo da pressão é dado da seguinte forma:
A equação mostra que para uma determinada pressão, quanto menor for o
ângulo ( maior será o deslocamento do líquido no tubo inclinado, pois o
valor de sen( será tanto menor quanto menor for o ângulo (.
5.5.2 – Elementos mecânicos elásticos de medição de Pressão:
5.5.2.1 – Lei de Hooke:
Estes dispositivos são baseados no princípio da Lei de Hooke: "Dentro de um
limite definido de elasticidade, a deformação provocada em um corpo sólido
é proporcional ao esforço aplicado sobre ele".
5.5.2.2 – Elemento de Recepção:
Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em deslocamento ou
força. (Ex: Bourbon, fole, diafragma).
5.5.2.3 – Elemento de Transferência:
Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou que
transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo elétrico ou
pneumático, que é enviado ao elemento de indicação. (Ex: links mecânicos,
relé piloto, amplificadores operacionais.).
5.5.2.4 – Elemento de Indicação:
Aquele que recebe o sinal de transferência e indica ou registra a pressão
medida.(Ex: ponteiros, display).
5.5.2.5 – Diafragmas:
São considerados elementos primários de medição e podem ser classificados
como metálicos e não-metálicos. Como uma vantagem dos medidores tipo
diafragma, é que eles também funcionam como separador do fluido a ser
medido.
Metálicos: a pressão é medida pela deformação ou deflexão do metal.
Consiste de uma lâmina de metal corrugado, onde o número de corrugações,
diâmetro da concha, espessura do material utilizado, determinam que uma
deflexão seja a mais linear possível com a pressão.
Não-metálicos: movem-se atuando em oposição a uma mola, podendo assim,
medir pressões positivas e também o vácuo.
Medidor de pressão utilizando diafragma não metálico
5.5.2.6 – Foles:
Os foles são elementos que sofrem expansão e retração quando submetidos a
pressões, sendo o movimento resultante utilizado para medir, indicar,
controlar pressão. Os foles são geralmente confeccionados através de
estrangulamentos axiais sucessivos, aplicados em um tubo metálico de parede
fina e sem costura. Os materiais mais utilizados na confecção de foles são:
latão, bronze-fósforo, cobre-berílio, monel e aço inoxidável. A escolha do
material é feita considerando-se a pressão a ser medida ou controlada e as
condições de corrosão a que o fole estará exposto.
Modelo de medidor tipo Fole.
Para uma maior vida útil do elemento, é comum o uso de uma mola em oposição
ao movimento do fole, para se evitar um maior desgaste do mesmo.
Os metais usados na construção dos foles devem ser suficientes finos, para
terem flexibilidade, dúcteis para uma fabricação razoavelmente fácil e
devem ter uma alta resistência à fadiga. Os materiais comumente usados são:
latão, bronze, cobre-berílio, ligas de níquel mais cobre, aço e monel.
5.5.2.7 – Tubos Bourdon:
Foi em 1852 que E. Bourdon patenteou o que veio a ser durante muito tempo,
um elemento sensor mais utilizado para medir pressões.
É construído com um tubo de secção oval, podendo apresentar formato em "C",
helicoidal ou ainda espiral. Uma sua extremidade é fechada enquanto a outra
está em contato com o fluido a ser medido.
Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tendo a tomar uma seção de
oval para circular, resultando um movimento em sua extremidade fechada.
Esse movimento através de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá
indicar uma medida de pressão em uma escala graduada.
Construção de um manômetro tipo Tubo Bourdon e seus acessórios.
Sensor tipo Espiral Sensor
tipo Helicoidal
5.5.2.8 – Faixa de trabalho:
Elementos elásticos de Pressão e suas faixas de trabalho.
5.5.2.9 – Recomendações de uso:
Lembrar sempre que estes medidores, por sofrerem variações em suas
estruturas, são passíveis de sofrer deformações mecânicas significativas e
que venham a comprometer em suas indicações. Para tanto, são oferecidas
algumas alternativas para um melhor desempenho e durabilidade destes
sensores.
Preferencialmente, não trabalhar com o instrumento no limite superior
de faixa;
Não ultrapassar metade do valor máximo de medição do manômetro quando
a pressão a medir for bastante variável;
Instalar válvulas de bloqueio de boa qualidade e de três vias;
Instalar amortecedores de pulsação, evitando golpes de Aríete quando
o fluido a ser medido é submetido a grandes variações de pressão, por
exemplo, em descarga de bombas alternativas;
Instalação onde o fluido a ser medido está em alta temperatura, o uso
de sifão ou serpentina, é necessária para a proteção do equipamento;
Em caso onde o fluido é abrasivo, viscoso ou corrosivo, o uso de
potes de selagem é recomendável, evitando que o instrumento sofra
danos irreversíveis. Um meio líquido fica entre o medidor e o fluido
de processo (figura abaixo).
Potes de selagem: (a) selo mais leve que o fluido (b) selo mais pesado que
fluido de processo.
Outro meio de selo, e através o uso de diafragma de selagem, conforme
figura abaixo.
Diafragma de selagem.
5.5.3.0 – Transmissores de Pressão:
Basicamente são classificados em Pneumáticos e Eletrônicos. Os dois tipos
baseiam seu funcionamento no movimento/deformação que os elementos
mecânicos elásticos sofrem quando submetidos a um esforço (pressão). Esta
deformação é proporcional à pressão aplicada (Lei de Hooke) e é convertido
através de um transdutor em um sinal pneumático ou eletrônico padronizado
que é transmitido para indicação ou controle à distância.
5.5.3.1 - Transmissores Pneumáticos: tem como transdutor, um conjunto bico-
palheta. Este sistema converte o movimento de deformação do elemento
mecânico elástico em um sinal pneumático.
O conjunto bico-palheta é formado por um tubo, que tem em sua entrada, uma
pressão constante, uma restrição e na outra extremidade, uma redução por
onde o ar de alimentação irá escapar. Próximo a esta extremidade, há uma
palheta (também chamada de obturador) que pode obstruir o bico e cuja
posição depende da pressão exercida pelo processo sobre o elemento mecânico
elástico de medição.
Neste método de transmissão de pressão, o objetivo é criar uma
contrapressão na saída do sistema. Assim, através do suprimento de ar que é
de cerca 1,4 kgf/cm2 ou 20 psi exaurindo no bico no momento em que o sensor
não sofre uma deformação elástica. Temos então que, contrapor através do
conjunto bico-palheta, uma pressão que resulte em um sinal conhecido de
transmissão.
Um elemento mecânico é colocado na entrada do sensor, onde o movimento
elástico faz transmitir através da barra, fazendo aproximar ou afastar-se
do bico. No momento em que a palheta aproxima-se do bico, cria uma
contrapressão e ao mesmo tempo provoca no elemento de realimentação uma
força contrária que mantém o sistema em equilíbrio e ao mesmo tempo,
estável e com um sinal de saída proporcional ao de entrada de pressão.
Qualquer variação no sistema só cessará quando for estabelecido o
equilíbrio entre as resultantes das forças que atuam no fole de
realimentação e no elemento sensor na entrada. Assim que este equilíbrio
for estabelecido, estará determinado o valor de sinal de saída do
transmissor.
Um parafuso ajusta uma mola que representa um acerto no valor de zero de
sinal, enquanto que uma porca é colocada na barra realimentação que ajusta
um valor de faixa (ajuste de span).
5.5.3.2 - Transmissores Eletrônicos: estes também utilizam um elemento
primário mecânico elástico, combinado com um transdutor elétrico, que gera
um sinal elétrico padrão, correspondente à pressão medida.
Podem ser divididos nos seguintes tipos:
Equilíbrio de forças: seu princípio de funcionamento é semelhante ao
pneumático. Uma pressão aplicada no elemento sensor elástico, o faz
elastecer e transmitir a uma barra metálica de força este seu movimento,
através da lâmina de articulação. Outra alavanca chamada de deflexão é
acoplada entre a barra de força e um disco de rearme. No movimento de
deflexão, este disco de rearme aproxima-se do detector fazendo-o aumentar a
sua indutância e conseqüentemente a um consumo de corrente e aumento de
sinal. Ainda, um deslocamento do braço de rearme, faz afastar a bobina de
excitação do ímã permanente. O sinal de corrente então é amplificado e
retificado na unidade amplificadora resultando no sinal de 4 a 20 mA. Este
sinal também é aplicado na bobina de realimentação tornado todo o sistema
equilibrado e estável.
Esta força age sobre o braço de rearme, fazendo com que afaste o disco de
rearme do detector. É nesta hora que há a proporcionalidade de forças e a
medição do valor de corrente proporcional aquela de entrada.
Esquema de Transmissor eletrônico de Pressão por equilíbrio de forças.
Tipo Capacitivo: este tipo de instrumento tem seu funcionamento baseado na
variação de capacitância que se introduz em um capacitor quando se desloca
uma de suas placas em conseqüência de aplicação de pressão.
Neste instrumento, a pressão de processo é transmitida através do
deslocamento do elemento mecânico elástico (diafragma isolador) cujo
interior é preenchido com óleo ou silicone, para o diafragma sensor
localizado no centro da célula. A pressão atmosférica de referência é
transmitida da mesma maneira pelo segundo diafragma isolador para o outro
lado do diafragma sensor. O deslocamento do diafragma sensor, é
proporcional ao diferencial de pressão aplicado sobre ele e que por sua
vez, variará em função da pressão aplicada nos diafragmas isoladores.
Esquema de funcionamento do sensor eletrônico de Pressão Capacitivo
A posição do diafragma sensor (placa móvel) é detectada pelas placas do
capacitor colocadas nos dois lados do diafragma sensor. O valor da
capacitância diferencial existente entre o diafragma sensor e as placas do
capacitor, é convertido eletronicamente, resultando no sinal de saída do
transmissor (4 a 20mA) que é transmitido para um receptor eletrônico para
fins de indicação, registro ou controle.
Tipo Extensométrico (Strain Gage): os Strain Gages são fios de resistência
que variam estas resistências com um esforço que possa sofrer em sua
estrutura. Assim, o funcionamento deste tipo se sensor, ocorre quando um
fio de resistência sofre uma deformação elástica proveniente de uma tensão
mecânica gerada por uma pressão. Tais fitas são montadas nas faces de um
corpo que é submetido a um esforço de tração ou compressão e que tem sua
secção transversal e seu comprimento alterado devido a este esforço imposto
ao corpo. Estas fitas são ligadas a um circuito elétrico, tipo Ponte de
Wheatstone ajustada e balanceada para a condição inicial e que ao ter os
valores de resistência da fita mudada com a pressão, sofre desbalanceamento
proporcional à variação desta pressão.
O strain gage além de apresentar grande estabilidade, é mais preciso e tem
uma boa repetibilidade, por isto, esta é uma das formas mais utilizadas na
indústria.
É utilizado como padrão para pressão maior que 3000 kgf/cm2. Por ter pouca
histerese e não possuir atraso de indicação é apropriado para medições de
pressão variável.
Montagem de um Strain Gage
Transmissor tipo Strain Gage (Extensométrico)
Outros Tipos: resistivo, magnéticos, piezoelétricos.
5.5.3.3 – Chaves de Pressão:
O pressostato é uma chave elétrica acionada pela pressão, usado para
energizar ou desenergizar circuitos elétricos como uma função da relação
entre a pressão de processo e um valor ajustado pré-determinado.
São disponíveis para detectar pressão absoluta, manométrica ou diferencial,
com mudança de estado de um contato elétrico em sua saída.
O conjunto de chaveamento elétrico pode ser chave a mercúrio ou microswitch
mecânica liga-desliga. A chave de mercúrio não contém partes mecânicas
móveis e deve ser usada em lugares livres de vibração (sua maior
desvantagem) e montada em nível.
A faixa ajustável é a faixa de pressão dentro da qual o ponto de ajuste
pode ser referido. O ponto de ajuste é a pressão que atua a chave para
abrir ou fechar um circuito elétrico. O pressostato pode atuar em seu ponto
de ajuste pelo aumento da pressão (PSH) ou pela sua diminuição (PSL).
Atende desde baixas pressões como em mmH2O até altas pressões em kgf/cm2.
6 – VARIÁVEL NÍVEL:
6.1 – Introdução: uma variável bastante utilizada em medição e controle,
pois em processos produtivos, é necessário acompanhar sua variação para que
se possa mante-lo sob controle.
Pode ser definida como sendo a determinação da posição de uma interface
existente entre dois meios: líquido e gás ou vapor; líquido e líquido;
sólido e gás.
Existe uma grande quantidade de medidores de nível e o método mais
eficiente para se medir, vai depender de um melhor entendimento de
vantagens, características de aplicação, limitações, tipo de produto,
relação custo-benefício.
6.2 – Características: estes instrumento de medição de nível, obedecem à
dois tipos de medição:
6.2.1 – Medição direta: são aqueles que medem diretamente o nível através
da distância entre o nível do produto que se quer medir e um referencial
previamente definido. Uma medição direta desta distância, pode ser feita
pela observação visual, por comparação por fitas graduadas métricas, por
determinação de posição de um flutuador imerso no líquido ou ainda através
de reflexão de ondas ultra-sônicas ou eletromagnéticas.
Visores de nível: é o elemento de medição mais elementar e de fácil
construção, aplicados à visualização no local onde está instalado e
destinado a trabalhar com líquidos ou líquidos imiscíveis em vasos,
reatores, etc e não sendo aconselhável o seu onde haja alta pressão ou
temperatura. Os visores obedecem o princípio dos vasos comunicantes.
Visor tubular de vidro.
.
6.2.1.1 - Visor Tubular: são fabricados com tubo de vidro reto, com paredes
de espessura o suficientemente adequado para suportar baixas pressão e
temperatura, fixado entre duas válvulas de bloqueio através de união e
juntas. O comprimento do tubo irá depender dos pontos de tomada do vaso o
qual o visor estará instalado. Atentar para a máxima pressão que este
modelo de visor possa suportar que é de cerca 2kgf/cm2.
Visor de nível de vidro plano
6.2.1.2 - Visor de vidro plano: estes substituíram por quase a totalidade,
os visores tubulares. São compostos de um ou mais módulos, obedecendo a um
número não superior a quatro, pois o seu peso pode comprometer a segurança
do técnico de manutenção, onde são fixadas placas planas de vidro, os mais
comuns e mais eficientes, os chamados "reflex". No lado interior em contato
com o fluido, estes tipos de visor são baseados na lei ótica de reflexão
total da luz. Nos pontos onde não há líquido, a luz é totalmente refletida
e enquanto nos pontos de líquido, esta mesma luz é refletida com certo
ângulo menor que nos permite a sua visualização.
Não devem ser instalados quando da medição nos seguintes casos: fluidos
corrosivos, viscosos, iluminação insuficiente, líquidos não miscíveis.
Para um melhor desempenho do visor e uma maior segurança, limpeza
periódica, utilização de juntas e manutenção em seus parafusos de suporte,
é fundamental.
Válvulas de bloqueio são instaladas para uma maior segurança e
possibilidade de manutenção por parte do técnico de instrumentação. Estas
válvulas devem ser dotadas de esferas de segurança, onde um vazamento
brusco, faz estas esferas bloquear a passagem do líquido evitando este
vazamento.
A posição dos visores quando também estão instalados transmissores, é
importante para quem for dar manutenção nos LT's, para que possa acompanhar
o nível através do LG para uma maior certeza de nível.
Outro fator importante a observar, é durante uma remontagem do visor, o
aperto a ser dado nos parafusos de fixação não devem ser feito sem observar
o cruzamento entre parafusos (aperto em X) e se possível utilizar um
torquímetro e atender as especificações do fabricante, quanto máximo torque
a ser dado. Um vazamento pode ocorrer se não houver uma observação neste
sentido e quando da utilização deste LG num vaso onde a pressão possa
provocar vazamentos.
Empuxo: Quando mergulhamos um corpo num líquido, seu peso aparente diminui,
chegando às vezes a parecer totalmente anulado (quando o corpo flutua).
Esse fato se deve à existência de uma força vertical de baixo para cima,
exercida no corpo pelo líquido, a qual recebe o nome de Empuxo.
O empuxo se deve à diferença das pressões exercidas pelo fluido nas
superfícies inferior e superior do corpo. Sendo as forças aplicadas pelo
fluido à parte inferior maiores que as exercidas na parte superior, a
resultante dessas forças fornece uma força vertical de baixo para cima, que
é o empuxo.
Princípio de Arquimedes:
"Todo corpo imerso, total ou parcialmente, num fluido em equilíbrio, dentro
de um campo gravitacional, fica sob a ação de uma força vertical, com
sentido ascendente, aplicada pelo fluido. Esta força é denominada empuxo,
cuja intensidade é igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo."
Densidade: µ = m / V m = µ x V (I)
Empuxo: E = Pc, onde Pc é o peso do corpo e P = m x g.
De (I) fica: {E = µ x V x g}
Obs. O valor do empuxo não depende da densidade do corpo imerso no fluido;
a densidade do corpo (µc) é importante para se saber se o corpo afunda ou
não no fluido.
Se µc < µL então o corpo pode flutuar na superfície do líquido.
Se µc = µL então o corpo fica em equilíbrio com o líquido, mas imerso.
Se µc > µL o corpo afunda.
6.2.1.3 - Tipo Flutuador ou deslocador (ou bóia):
São do tipo flutuador ou deslocador, ambos baseados no Princípio do Empuxo.
A condição de flutuação resulta da comparação do peso corpo com o máximo
empuxo que pode ser desenvolvido sobre ele (numa situação hipotética em que
o corpo estivesse totalmente submerso): se o peso do corpo for maior que o
empuxo, o corpo efetivamente submergirá; se for menor, flutuará. Este
critério pode ser aplicado para se caracterizar (e diferenciar) flutuador e
deslocador.
Flutuador: deve possuir peso menor que o peso da quantidade de líquido que
seu volume pode deslocar. Já este critério, refere-se a um meio líquido
mais denso que o do flutuador. Será todo elemento que acompanha a altura
(nível) do líquido, independentemente da sua formação geométrica (esférica,
cilíndrica) e do material utilizado (aço, latão, etc.) O material mais
utilizado é o aço por não absorvente (não agrega materiais em sua região) o
que elimina variações de flutuabilidade, por possuir boa resistência
mecânica e à corrosão. E de geometria esférica por fornecer a máxima força
de flutuação para o peso utilizado.
Exemplo de sensor tipo flutuador.
Das forças resultantes quando um corpo é mergulhado em um meio, obtemos um
valor de peso específico γF (peso específico do flutuador) em relação aos
pesos específicos γ1 (meio1) γ2 (meio2). Daí que os fabricantes de
flutuadores padronizam o volume dos elementos em função das densidades γ1 e
γ2.
Onde significa que o flutuador é lastreado de modo que a sua
densidade fique igual à densidade média entre os dois meios, em cuja
interface o nível está sendo medido.
Os dois modelos apresentados na indústria são os haste e o de cabo.
Deslocador (Displacer): o corpo do deslocador deve possuir peso maior que o
peso da quantidade de líquido que seu volume pode deslocar. Este critério
refere-se ao líquido menos denso em que deverá operar o sensor. Observar
que o deslocador a partir destas afirmações, não poderá operar sem o
auxílio de um mecanismo de sustentação. Tem a forma de um cilindro oco
fabricado de aço inox 304 ou 316, monel, hastelloy, etc. A escolha do
material é a depender da temperatura e corrosividade do fluido a ser
medido.
Exemplo de medidor tipo deslocador.
Para se calcular o esforço ao qual o medidor estará submetido o elemento de
sustentação, basta se subtrair do peso real do deslocador o empuxo aplicado
sobre ele, resultando no peso aparente do deslocador. Como o empuxo sobre o
deslocador aumenta com o percentual de imersão, o peso aparente do
deslocador se reduz à medida que o nível aumenta.
O equipamento mais usual utiliza uma barra de torque que transmite o
movimento do sensor até o compartimento que transduz o sinal de nível em um
sinal de transmissão como também funciona como isolador da parte úmida
referente onde está o fluido.
Quando o nível desce o deslocador tende a movimentar-se para baixo, devido
ao acréscimo do seu peso aparente. Como uma das extremidades da barra é
fechada, desenvolve-se uma torção ao longo da barra. Esta contorção
equivale à distensão de uma mola que equilibra o esforço que lhe é aplicado
através de uma reação proporcional à deformação linear sofrida. Da mesma
forma, o ângulo com que gira a extremidade livre do tubo de torque é
proporcional ao momento com que reage o tubo de torque em resposta ao
acréscimo do peso aparente. Como a variação do peso aparente é proporcional
à variação de nível (pois o empuxo é proporcional ao volume do deslocador),
segue-se que a rotação da extremidade livre do tubo de torque é
proporcional à variação de nível. Esta rotação, é transmitida integralmente
ao conversor através do eixo de transmissão de rotação e convertida em um
sinal proporcional pelo conjunto bico-palheta.
Este movimento de torque assemelha-se ao movimento de uma mola com sua
equação de distensão linear, onde x é a deformação da mola e Km é a
constante de dilatação da mola. Quanto ao torque na barra, podemos admitir
que sua equação seja do tipo: onde é o ângulo de contorção e
KTT é a constante de elasticidade do tubo de torque.
Calibração de transmissor tipo Deslocador: a partir dos dados de construção
do deslocador, obtem-se as seguintes condições:
γD(0%) = γREAL – ρ1 x vD onde γD é o peso aparente do deslocador; γREAL é
o peso real do flutuador e ρ1 é a densidade do meio onde o flutuador
estará imerso e para 0% de nível.
γD(100%) = γREAL – ρ2 X VD para 100% de nível.
Para valores intermediários, podemos obter:
.
6.2.2 – Medição por inferência: estas medições determinam a posição da
superfície do produto cujo nível se quer medir através da medida de outra
grandeza física a ela relacionada. Colunas hidrostáticas, variação de peso
do equipamento que contém o produto a ser medido, são os instrumentos desta
classe que estaremos estudando.
6.2.2.1 - Tipo Pressão diferencial: as alterações do nível podem causar
alterações proporcionais em outras variáveis de processo, mais facilmente
detectáveis. Assim, também se pode medir o nível de um líquido por
inferência, através da medição de outra variável de processo. Um método
clássico de medição de nível de líquido é através de pressão exercida pela
coluna líquida. A pressão hidrostática, resultante da coluna do líquido, é
diretamente proporcional ao valor dessa coluna de líquido. A pressão em um
ponto do líquido é proporcional ao nível acima desse ponto de referência.
Matematicamente, tem-se:
P = ρ . g . h onde ρ é a densidade absoluta do líquido.
Como conseqüência, desde que a aceleração de gravidade e a densidade do
líquido sejam constantes, a pressão hidrostática é diretamente proporcional
à altura da coluna líquida.
A altura do líquido é seu nível. A pressão hidrostática, no fundo de cada
tanque, é independente do formato do recipiente e depende apenas da altura
e da densidade do líquido.
O princípio de operação é simples, o problema se resume na medição da
pressão no fundo do tanque, quando aberto e na medição da pressão no fundo
e no topo, quando o tanque é fechado e pressurizado. Assim, a medição do
nível da coluna líquida se transfere para medição da pressão, manométrica
ou diferencial, com todos os artifícios de selagem e purga, quando o fluido
do processo é corrosivo, tóxico ou sujo.
Geralmente, a medição da pressão diferencial (tanque fechado) ou
manométrica (tanque aberto) proporcional ao nível do tanque, é feita
através do transmissor tipo d/p cell® com a cápsula diafragma como elemento
sensor. Para esse tipo de medição de nível através da pressão diferencial,
há vários tipos para a tomada de alta pressão, aquela próxima ao fundo do
tanque.
Tomada convencional Tomada flangeada
Quando o transmissor é colocado abaixo do nível mínimo e possui a perna de
selagem apenas do lado de pressão alta, também se necessita do conjunto de
suprimento do zero. O valor a ser suprimido é proporcional à:
Distância entre o nível mínimo e a colocação do transmissor;
Ao comprimento da tomada selada;
Às densidades do líquido medido e do líquido de selagem.
Quando as duas pernas possuem selo, normalmente se deve usar o conjunto de
elevação de zero. Porém,para se determinar o valor a ser elevado deve se
estudar todo o sistema, considerando as densidades dos líquidos envolvidos
e as distâncias entre nível máximo, mínimo e colocação do transmissor.
6.2.2.2 - Tipo Ultra-sônico: podem ser utilizados para a detecção contínua
de nível, ou podem atuar como sensores de nível pré-determinado.
Princípios físicos: a vibração de um dispositivo causa vibração nos objetos
existentes nas proximidades. Esta transferência de vibração ou movimento
através de um meio, é conhecida como som. O som se propaga em forma de
onda, com freqüência e velocidade características e que são constantes em
um determinado meio.
A geração de uma onda sonora, ocorre quando uma força externa excita as
moléculas de um meio elástico. Esta excitação é transferida de molécula a
molécula do meio, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia
das moléculas. A velocidade de propagação do som depende do meio em que a
onda está se propagando. A componente longitudinal da onda sonora propaga-
se à velocidade característica do material, ou seja, é uma função exclusiva
deste.
Omo a maioria dos instrumentos do tipo ultra-som calcula a distância
percorrida pela onda, com base na velocidade de propagação da onda no ar, e
como a variação do meio afeta a velocidade de propagação da onda, caso o
meio de propagação da onda não seja o ar, a variação da velocidade da onda
deverá ser compensada, considerando-se o meio onde ela está se propagando.
O ultra-som é uma onda sonora (mecânica), cuja freqüência de oscilação é
maior do que aquela sensível ao ouvido humano, isto é, acima de 20 kHz. A
freqüência de oscilação usualmente utilizada neste tipo de instrumento é de
26,5 kHz.
Geração do ultra-som: As ondas de ultra-som são geradas pela excitação
elétrica de materiais piezelétricos. A característica marcante desses
materiais é a produção de um deslocamento quando lhes é aplicada uma
tensão. Assim sendo, eles podem ser utilizados como geradores de ultra-som,
compondo portanto, os transmissores.
Inversamente, quando se aplica uma força em um material piezelétrico,
resulta o aparecimento de uma tensão em seu terminal elétrico. Nesta
modalidade, o material piezelétrico pode ser utilizado como um receptor de
ultra-som. O quartzo é o material mais indicado como dispositivo do tipo
ultra-som porém, a cerâmica por seu preço, versatilidade e potência, é a
mais empregada neste tipo de medição.
O ângulo de incidência de uma onda, é o mesmo na reflexão da mesma onda.
Como o funcionamento do instrumento de medição de nível depende da onda
refletida, é importante que o transdutor seja montado perpendicularmente à
superfície do produto cujo nível está sendo medido. Um pequeno
desalinhamento pode causar significativa degradação no desempenho do
instrumento, uma vez que as ondas ultra-sônicas são refletidas com o mesmo
ângulo das ondas incidentes.
O princípio de operação do tipo ultra-sônico baseia-se no cálculo do tempo
gasto pela onda desde a sua geração até o instante em que ela retorna ao
transdutor, depois de refletir-se na interface, técnica conhecida como eco.
O som se propaga em um meio com velocidade constante e em uma determinada
temperatura. O tempo entre a emissão e a recepção da onda (eco) será
proporcional à distância entre o sensor e o objeto que ocasionou a reflexão
(no caso o nível). Assim, podemos escrever:
Distância = Velocidade X Tempo onde o tempo refere-se à metade do tempo
entre geração e recepção da onda refletida (eco).
Uma das maiores vantagens que este tipo de sensor tem é o fato de que
permite uma excelente confiabilidade, não requer uso de partes móveis no
sistema e o seu uso não é interferido em processos que tem sua densidade ou
outras formas físicas alteradas, em função de não entrar em contato com o
fluido a ser medido.
Como única desvantagem, reside no fato de não poder ser instalado em
proximidade de dispositivos que geram campo elétrico, tais como geradores,
motores, etc.
Reflexão e refração de onda ultra-sônica e em meios difrentes.
6.2.2.3 - Tipo Radar: são instalados em topo de tanques ou asilos que
emitem ondas eletromagnéticas curtas com freqüência entre 5 a 25 GHz e que
se propagam com a mesma velocidade da luz (300.000 km/s). O sinal
eletromagnético emitido pela antena é refletido ao incidir,
perpendicularmente à superfície de um líquido ou sólido com constante
dielétrica diferente do meio gasoso existente acima do produto. O sinal
refletido (eco) é capitado pela própria antena emissora e é utilizado na
medição do nível do líquido ou sólido existente no tanque ou silo.
Princípio de funcionamento: os dispositivos tipo Radar podem operar com
base no tempo decorrido entre emissão e recepção da onda refletida (eco),
ou podem operar na diferença de freqüência entre a onda emitida e
refletida. É o chamado método FMCW (Modulação Contínua de Freqüência de
Onda).
Eco: No caso dos dispositivos que operam com, base no tempo decorrido entre
a emissão e recepção da onda refletida (eco), o equipamento funciona de
forma semelhante ao tipo ultra-sônico, operando com pulsos curtos de radar
com freqüência de cerca de 6GHz. Este tipo de medidor é utilizado em
medições rotineiras de nível (precisão de ± 0,05%), não sendo utilizado
para operações de venda ou transferências de produtos.
FMCW: os que operam com este método, utilizam um sinal de alta freqüência
(cerca de 10GHz) modulado linearmente em freqüência. Seu princípio de
funcionamento baseia-se na diferença de freqüência ( f) entre o sinal
emitido (f1) e o sinal refletido pela superfície do material cujo nível
está sendo medido (ECO – f0). Neste método, a freqüência do sinal de
transmissão (f1) é aumentada ou diminuída linearmente durante um
determinado tempo (varredura em freqüência). Devido ao atraso de tempo (t)
decorrido durante a propagação do sinal, a freqüência de transmissão varia
de modo que, fazendo-se a diferença entre a freqüência do sinal emitido
(f1) em um determinado momento (t0) e a freqüência do sinal recebido (ECO –
f0) naquele mesmo momento (t0) obtém-se um sinal ( f) de baixa freqüência
(da ordem de poucos kHz). A freqüência do sinal ( f) obtido, fazendo-se a
diferença entre o sinal emitido (f1) e o recebido (f0), é proporcional à
distância (d) até a superfície do líquido ou sólido, e é utilizado para
fornecer uma medida bastante precisa do nível (d) existente no tanque,
vaso, esfera ou cilindro com precisão de ± 0,5 mm. Neste modelo, pode-se
utilizar para operações de venda ou transferência de produtos.
Tipo Radar utilizando tecnologia FMCW.
Um tipo de medição por radar bastante utilizada na indústria é o de Ondas
Guiadas. O TDR (Reflectometria no Domínio do Tempo) também conhecido como
radar guiado, é um dispositivo que utiliza a onda eletromagnética guiada
através de uma haste ou cabo, em lugar de uma antena. O medidor guiado tipo
TDR localizado no topo do tanque envia pulsos de sinal eletromagnético
guiado por dois condutores que é refletido ao incidir sobre a superfície do
líquido com constante dielétrica diferente do ar existente acima do
produto. Este dispositivo opera com base no tempo decorrido entre a emissão
e a recepção da onda refletida (eco) e tem precisão de medição equivalente
do medidor do tipo radar.
Tipos de antena: o tipo radar utiliza dois tipos de antenas. A Parabólica e
a Cônica. De diâmetros que variam entre 0,1 a 0,5 metros, com faixa de
medição de 0 a 40 metros, com precisão de 0,01%.
Quanto maior o diâmetro da antena, maior o ganho ou a amplificação e mais
concentrado o sinal de radar, consequentemente, mais forte será o sinal de
retorno (eco). Para uma freqüência fixa de onda, a potência do sinal
recebido da superfície é proporcional ao diâmetro da antena. Esta regra é
valida para todos os tipos de antena.
Ao se especificar um medidor tipo radar, deve-se levar em conta estes
fatores:
Distância percorrida do sinal
Diâmetro da antena utilizada
Constante dielétrica do material
Estado da superfície do líquido (turbulento ou calmo)
Quanto maior a distância de medição, menor a potência do sinal
refletido e conseqüentemente, mais difícil é a medição do nível
Quanto maior o diâmetro da antena, maior a distância (d) que o medidor
consegue medir. (o inverso também é verdadeiro).
A constante dielétrica é o único parâmetro relativo às propriedades do
material que influencia na qualidade da medição, quando se utiliza
medidores tipo radar.
Como este dispositivo não requer um meio de propagação, este tipo de
sinal não é influenciado por variações de temperatura e pressão do
tanque e nas características do meio através do qual o sinal está se
propagando (atmosfera do tanque), sendo pouco influenciado pela
presença de vapores e poeiras.
Como principais vantagens na sua utilização, temos:
Ampla faixa de aplicação
Imunidade a extremos ambientais
Baixa manutenção
Fácil acesso
Fácil calibração.
6.2.2.4 – Tipo Capacitivo: consistem em uma sonda cilíndrica, inserida
verticalmente no vaso em que se deseja medir o nível.
Este instrumento é utilizado na medição contínua do nível de produtos
líquidos ou sólidos armazenados em tanques ou silos de diferentes formatos
ou dimensões.
O único componente que se encontra em contato com o processo é uma haste,
que juntamente com um circuito elétrico em ponte AC e excitado por um
oscilador de alta freqüência (0,5 a 1,5 MHz), são responsáveis pela medição
do nível. Nenhuma parte móvel está presente uma vez que a medição é
totalmente baseada na variação de capacitância formada pelo conjunto haste
(do instrumento), produto (dielétrico K) e parede do tanque (ou uma haste
auxiliar/referência).
O medidor pode ter a haste fabricada em diferentes tipos de materiais e
revestimentos além de possuir versões específicas para áreas classificadas,
para altas temperaturas e com opções para saída Hart ou com indicador
local.
Apresentando características como fácil instalação e manuseio, este
transmissor tem como principal vantagem sua grande versatilidade, podendo
cobrir uma ampla gama de aplicações desde as mais simples como água até as
mais complexas como produtos sólidos (pós, por exemplo).
O valor da capacitância "C" é função da área das placas "A", da distância
entre as placas "D" e da constante dielétrica "K" do isolante existente
entre as placas do capacitor ou seja:
Recomendações de uso: para tanques de grandes diâmetros ou com produtos com
baixa constante dielétrica, é preferível que a sonda seja formada por um
condutor central e uma blindagem concêntrica, agindo como a outra placa do
capacitor. Isto aumentará a sensibilidade da sonda, além de possibilitar a
linearização da medição, aumentando a precisão. Essa configuração também é
utilizada quando a parede do vaso é não-condutora.
Caso o fluido armazenado seja condutor, fluirá uma corrente entre as placas
do capacitor, prejudicando a sua precisão. Nestes casos, deverão ser
utilizadas sondas com revestimento total de teflon ou material isolante
similar. Nesta aplicação, o revestimento da sonda será o dielétrico,
enquanto o fluido atuará como a outra placa do capacitor.
6.2.2.5 - Chaves de Nível: as chaves de nível, são dispositivos utilizados
para Atuar em determinados pontos fixos de nível. Estes pontos fixos são
valores de nível em equipamentos que, uma vez alcançados, exigem o
desencadeamento de alguma ação necessária à boa operação ou à segurança do
sistema ao qual pertence o equipamento. Assim sendo, uma chave de nível
pode ligar uma bomba, acionar um alarme ou desencadear uma seqüência de
operações automáticas quando o nível atinge um ponto fixo, cujo valor é
informado à chave através de ajustes a ela inteligíveis.
As chaves de nível fornecem apenas uma saída de sinal (dois estados)
chamadas de digitais: 0 ou 1 (aberto/fechado, energizado/desenergizado ou
ainda on/off).
Chaves de nível tipo flutuador
Chave de Nível tipo flutuador.
Chave de nível tipo bóia em seqüência.
http://www.emeco.com.br/demonstracao.html
7 – VARIÁVEL TEMPERATURA:
7.1 – Conceitos: segundo a física clássica, a temperatura quantifica o
calor, que é uma forma de energia associada à atividade molecular de uma
substância. Quando maior a agitação molecular, maior a quantidade de salor
e maior será a temperatura da substância. A relação entre a quantidade de
calor e a temperatura é dada pela fórmula:
Onde = variação da quantidade de calor;
m = massa da substância envolvida;
c = calor específico (característica da substância);
= variação de temperatura.
As unidades que exprimem a quantidade de calor são a caloria e a BTU, e uma
caloria é a quantidade de calor necessária para elevar uma grama de H2O de
14,5ºC a 15,5ºC e um BTU têm 252 calorias.
7.2 – Escalas Termométricas: as escalas de medição de temperatura ou
escalas termométricas usualmente empregadas são:
Escala Celsius (ºC), que tende a se tornar a escala técnica
internacional;
Escala Fahrenheit (ºF), ainda em uso em países de língua inglesa;
Escala Kelvin (ºK), também chamada absoluta ou termodinâmica empregada
nas expressões físicas termodinâmicas.
A relação entre elas, é dada da seguinte maneira:
7.3 – Especificações:
7.3.1 – Faixa de temperatura: na indústria, muitas vezes temos a medição de
temperatura desde uma faixa muito baixa da ordem de -200ºC até altas
temperaturas na ordem de milhares de graus Celsius.
É claro que não haverá medidores que a tendam toda esta faixa de
temperatura. Então, o primeiro critério de escolha do medidor será o
atendimento à faixa requerida para cada aplicação específica.
7.3.2 – Precisão e repetibilidade: variam bastante em função do sensor
utilizado, estando muitas vezes o mesmo tipo disponível com diferentes
classes.
7.3.3 – Proteção: de forma geral, os sensores de temperatura são
mecanicamente delicados e incapazes de resistir quando expostos diretamente
às condições agressiva de muitos processos.
Por este motivo, são protegidos por tubos ou poços. Estes são providos de
rosca ou flange para conexão ao processo e são confeccionados com ligas
metálicas ou materiais cerâmicos. Muitas vezes, medições de altas
temperaturas e meios agressivos, são resolvidas pela medição da radiação
emitida, sem contato físico direto.
7.3.4 – Tempo de resposta: é o tempo que leva o sensor para reagir a uma
variação da temperatura do meio que está sendo medido, entrando em
equilíbrio com a nova temperatura. Como a maioria dos sensores são
protegidos, estas exercem influência sobre o tempo de resposta devido à
massa e condutividade térmica da mesma e à resistência térmica de contato
entre o sensor e a proteção.
7.4 – Indicadores de temperatura:
7.4.1 – Termômetros bimetálicos: seu princípio de funcionamento é baseado
no fenômeno de dilatação linear dos metais. Quando uma lâmina metálica
(normalmente de forma helicoidal) é aquecida, a dilatação provoca um
aumento de seu comprimento. Ao se juntar duas lâminas de materiais de
diferentes coeficientes de dilatação, o conjunto sofrerá uma deformação e
como um material sofrerá uma deformação maior que o outro material, esta
deformação pode ser medida através de um ponteiro fixado nem uma das
extremidades da haste.
Lâminas de metais de diferentes coeficientes de dilatação.
Construção de um termômetro bimetálico.
De baixo custo, são fabricados cobrindo faixas de diferentes temperaturas,
dentro dos limites aproximados de -50ºC a + 500ºC, com precisões que variam
em torna de ±1%. Para a construção de um bimetálico, normalmente usa-se o
Invar (64% Fe e 36% Ni) como metal de baixo coeficiente de dilatação e o
latão como material de alto coeficiente. Porém, para maiores temperaturas,
utiliza-se também o níquel como metal de alto coeficiente de dilatação
térmica.
7.4.2 – Bulbo capilar:
Termômetro de Pressão: É um dos termômetros mais econômicos e versáteis,
sendo bastante usado na indústria. Consiste em um bulbo contendo líquido,
gás ou vapor, um tubo capilar e um medidor de pressão, normalmente do tipo
Bourdon. Para medições remotas, capilares de até 60 metros são usados.
"Fluido de "Limites de "Linearidade "Precisão (fim de "
"preenchimento "operação " "escala) "
"Líquido "-100 a +300ºC"Boa (altas temp.)"1% "
"Vapor "-200 a +300ºC"Não linear "1% "
"Gás "-260 a +760ºC"Boa (altas temp.)"1% "
"Mercúrio "-40 a + 600ºC"Boa "1% "
7.4.3 – Termômetros de resistência: materiais condutores elétricos
apresentam uma dependência ente a resistência e a temperatura. Este
fenômeno permite seu emprego como sensores.
Bulbos de resistência de fio metálico: são conhecidos como RTD (Resistence
Temperature Detectors), fabricados com fio de platina, níquel, cobre ou uma
liga feita com 70% de Ni e 30% de Fe. Pode-se utilizar uma fita ou um filme
metálico em meio a um substrato isolante.
A variação de resistência com a temperatura é regida pela equação de
Callendar e Van Dusen:
Rt =Ro [1 + At + BT2 + CT3(T – 100)]
Callendar e Van Dusen para temperaturas entre -200º a -0ºC
e Rt = Ro [1 + AT + BT2]
Callendar e Van Dusen para temperaturas entre 0º a 630ºC
Onde:
Rt = resistência em Ohms na temperatura T(ºC);
R0 = resistência em Ohms na temperatura de referência;
A, B, C = constantes do material determinados pela calibração, onde A =
3,90802X10-3 (°C-1);
B = -5,802X10-7(°C-2) e C = -4,27350X10-12 (°C-4).
A construção do sensor: o fio de platina ou níquel é enrolado na forma
helicoidal e encapsulado hermeticamente em um bulbo de cerâmica ou vidro.
Os bulbos de vidro geralmente são usados em laboratórios, onde se deseja um
tempo de resposta baixo, já os bulbos cerâmicos são mais recomendados para
aplicações industriais, pois resistem a temperaturas mais altas e tem uma
maior resistência mecânica. Outro método é depositar platina sobre um
substrato fino (thin-film) para substituir o fio convencional. Desta forma,
o elemento pode ser ligado a uma superfície plana ou cilíndrica.
" "
Estes sensores são colocados em poços ou tubos de proteção para uma maior
resistência e interligados por fios de cobre, níquel ou prata até o
cabeçote.
Os acessórios utilizados nos termopares também são usados para as
termoresistências.
A termoressitência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua
grande estabilidade e precisão. E esta termoresistência tem sua curva
padronizada conforme norma DIN-IEC 751-1985 e tem como características luma
resistência de 100 a 0ºC. Convencionou-se chamá-la de Pt-100, (fios de
platina com 100 a 0ºC). Sua faixa de trabalho vai de -200 a 650ºC,
porém a ITS-90 padronizou seu uso até 962ºC aproximadamente. Os limites de
erros e outras características das termoresistências são freqüentemente as
normas DIN-IEC 751/1985.
Na montagem convencional com bainha preenchida, tem-se o sensor montado em
um tubo metálico com uma extremidade fechada e preenchido todos os espaços
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; sendo a extremidade aberta, selada com resina epóxi, vedando o
sensor do ambiente em que vai atuar.
" "
Ainda assim neste tipo de montagem, a termoresistência não apresenta muita
resistência mecânica e não dispõe de condições para efetuar curvas, bem
como tem limitações relativas ao diâmetro externo e comprimento total. Para
suprir este problema dimensional, foi desenvolvida a termoresistência
isolação mineral, na qual o bulbo sensor é interligado a um cabo isolação
mineral com fios de cobre comuns. Este tipo de montagem permite a redução
do diâmetro, não limita o comprimento, apresenta rápida velocidade de
resposta é dá uma maior flexibilidade permitindo dobras e curvas do cabo
que antes era impossível, podendo ser utilizada onde o acesso não era
possível.
Princípio de Medição a 2, 3 e 4 Fios
Existem normalmente dois instrumentos principais para determinar a
resistência ôhmica das termoresistências, que são pontes de medição (Ponte
de Wheatstone) e os eletrônicos. O circuito em ponte é bastante utilizado
em laboratórios, devido a sua alta precisão e em alguns sistemas
industriais.
Esta resistência de fiação tende a aumentar quanto maior for a distância
entre o sensor e o instrumento, menor for a bitola dos fios ou maior a
temperatura ambiente.
Quando a ponte estiver balanceada (não circular corrente pelo galvanômetro)
temos:
Temos que mesmo com a ponte balanceada, o valor da resistência R3 é igual a
R4 mais as resistências de fiação RL1 e RL2; que dependendo de seus valores
podem induzir erros graves na medição de temperatura com termoresistência.
Temos abaixo uma tabela que mostra a relação bitola dos condutores x
distância máxima, entre termoresistência a dois fios e instrumento
receptor.
"DIÂMETRO "DISTÂNCIA MÁXIMA "
"(AWG) "(mm) "(metros) "
"14 "1,63 "18,1 "
"16 "1,29 "11,4 "
"18 "1,02 "7,2 "
"20 "0,81 "3,0 "
"22 "0,64 "1,9 "
"24 "0,51 "1,8 "
"26 "0,40 "1,1 "
Ligação a Três Fios
Este é o método mais utilizado para as termoresistências na indústria.
Neste circuito a configuração elétrica é um pouco diferente, fazendo cm 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.
Como
Se os fios de ligação forem do mesmo tipo, tiverem o mesmo comprimento e
diâmetro e estiverem na mesma temperatura, eles terão o mesmo valor de
resistência (RL1 = RL2).
se
Conhecendo-se o valor de R3 tem-se R4 e na tabela tem-se a temperatura.
Notas:
- O terceiro fio atua somente como condutor de compensação, não
influenciando nos cálculos de medição de resistência.
- A integridade de medição de uma ligação a 3 fios pode ser mantida somente
se a ponte for balanceada. Portanto uma técnica mais precisa para medição
de temperatura com termoresistência é a ligação a 4 fios.
- Ligação a Quatro Fios
" "
A fonte de corrente S fornece uma corrente estabilizada e conhecida através
da termoresistência R e a tensão gerada é medida com um voltímetro de alta
impedância ou potenciômetro. Desta forma a resistência dos condutores
exerce um feito desprezível sobre a medição.
Este tipo de medição a 4 fios é pouco usado em indústrias, tendo sua maior
aplicação em laboratórios e sendo usado em sensores padrões.
Outros tipos de Bulbos de Resistência
Existem vários tipos de sensores com características diferentes do Pt-100
convencional.
São elas:
Aferição de Termoresistência
Apesar de ser um sensor de extrema precisão e altíssima repetibilidade, a
aferição também é necessária para a verificação dos limites de erros do
sensor. O tempo de uso, alterações na estrutura cristalina da platina ou
mudanças químicas no fio podem tirar op sensor de sua curva característica.
Para se realizar uma aferição de termoresistência, assim como um termopar,
usa-se o Método dos Pontos Fixos ou Método da Comparação.
- Método dos Pontos Fixos
Os pontos fixos mais utilizados segundo a ITS-90 são:
Ponto Triplo do Argônio..........................-189,3442ºC
Ponto Triplo da Água...............................+0,010ºC
Ponto de Solidificação do Estanho............+231,928ºC
Ponto de Solidificação do Zinco................+419,527ºC
- Método da Comparação
Para realizar este método é necessária a utilização de um termômetro de
resistência padrão com certificado de aferição. Normalmente este padrão é
um sensor Pt-25,5a 0ºC. A comparação é efetuada em banhos de líquido
agitado num range de aproximadamente -100 a 300ºC com uma excelente
estabilidade e homogeneidade.
A leitura dos sinais é feita em uma ponte resistiva de precisão.
Recomendações para a Instalação de Termoresistências
Para que se tenha um perfeito funcionamento do sensor, são necessários
certos cuidados de instalação de instalação bem como armazenagem e
manutenção.
- Devem-se especificar os materiais de proteção e ligações, capazes de
operar na temperatura de operação requerida.
- O sensor deve ser imerso completamente no processo, para se evitar a
perda de calor por condução pelos fios da bainha. Para tal, um comprimento
mínimo de imersão e o uso de materiais de proteção com baixa
condutibilidade térmica também são recomendados.
- Deve-se evitar choque mecânicos nas peças, pois estes podem danificar o
sensor.
- Devem-se utilizar fios de cobre de mesmo comprimento e diâmetro para a
interligação de termoresistência.
- Zonas de estagnação ou com baixas velocidades do fluido em contato com o
sensor, não devem ser utilizadas devido ao retardo e os erros causados à
medição.
- Na ligação a 3 fios, se for necessário a troca de um dos fios de
interligação, recomenda-se trocar os 3 fios para que se tenha igualdade em
seus valores ôhmicos.
- Em locais sujeitos a ruídos intensos, recomenda-se o uso de cabos
blindados e torcidos.
Termopares.
Os Termopares são sensores de maior uso industrial para medição de
temperatura.
Eles cobrem uma faixa bastante extensa de temperatura que vai de -200 a
2300ºC aproximadamente, com uma boa precisão e repetibilidade aceitável,
tudo isto a um custo que se comparado com outros tipos de sensores de
temperatura são mais econômicos.
Teoria Termoelétrica
O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T. J. Seebeck,
quando ele notou que em um circuito fechado formado por dois condutores
metálicos e distintos A e B, quando submetidos a um diferencial entre as
suas junções, ocorre uma circulação de corrente eletrica ( i ).
A existência de uma força eletromotriz (F.E.M.) EAB no circuito é conhecida
como Efeito Seebeck e este se produz pelo fato de que a densidade de
elétrons livres num metal difere de um condutor para outro e depende da
temperatura.
Quando este circuito é interrompido, a tensão do circuito aberto (Tensão de
Seebeck ) torna-se uma função das temperaturas das junções e da composição
dos dois metais.
Denominamos a junção na qual está submetida à temperatura a ser medida de
Junção de Medição (ou junta quente) e a outra extremidade que vais se ligar
no instrumento medidor de junção de referência (ou junta fria). Quando a
temperatura da junção de referência (Tr) é mantida constante, verifica-se
que a F.E.M. térmica (EAB) é uma função da temperatura da junção de medição
(T1). Isto permite utilizar este circuito como um medidor de temperatura,
pois se conhecendo a Tr e a F.E.M. gerada, determina-se a T1.
Abaixo, a curva de correlação F.E. M X Temperatura dos Termopares:
Definição de Termopar
O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas
extremidades gera o aparecimento de uma F.E.M. (da ordem de mV). Este
princípio conhecido, com efeito, Seebeck propiciou a utilização de
termopares para medição de temperatura.
Um termopar ou par termométrico consiste de dois condutores metálicos de
natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas. Os fios
são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junção de medição; a
outra extremidade, junção de referência é levada ao instrumento medidor por
onde flui a corrente gerada.
Convencionou-se dizer que o metal A é positivo e B é negativo, pois a
tensão e as correntes geradas são na forma contínua (cc).
Leis do Circuito Termoelétrico
a) Lei do Circuito Homogêneo
A F.E.M. gerada por um termopar depende única e exclusivamente da
composição química dos dois metais e das temperaturas entre as duas
junções; ou seja, a tensão gerada independe do gradiente de temperatura ao
longo dos fios.
Uma aplicação desta lei é que podemos medir temperaturas em pontos bem
definidos com os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura
entre as suas junções.
b) Lei dos Metais Intermediários
A F.E.M. gerada por um par termoelétrico não será alterada se inserirmos em
qualquer ponto do circuito, um metal genérico diferente dos que compõem o
sensor, desde que as novas junções formadas sejam mantidas na mesma
temperatura.
Uma aplicação prática desta lei é o uso dos contatos de latão ou cobre no
bloco de ligação, para a interligação do termopar ao seu cabo.
c) Lei das Temperaturas Intermediárias
A F.E.M. gerada em um circuito termoelétrico com suas junções às
temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma algébrica de F.E.M. gerada
com as junções às temperaturas T1 e T2 e a F.E.M. do mesmo circuito com as
junções às temperaturas de T2 e T3.
Uma conseqüência desta lei é o uso dos cabos compensados, que tendo as
mesmas características termoelétricas do termopar, podem ser introduzidos
no circuito sem causar erros no sinal gerado.
Compensação da Temperatura Ambiente (Tr)
Como dito anteriormente, para se usar o termopar como medidor de
temperatura, é necessário conhecer a F.E.M. gerada e a temperatura da
junção de referência Tr, para sabermos a temperatura da junção de medição
T1.
E = ET1 - ETr
Portanto não podemos encontrar a temperatura T1 a não ser que saibamos
quanto é a temperatura Tr. Uma maneira de se determinar a temperatura Tr
(ponto de conexão do termopar e o instrumento de medida) é forçá-la para um
valor conhecido, como por exemplo ºC.
Ao colocarmos as extremidades do termopar a zero grau (banho de gelo), o
sinal gerado pelo sensor só dependerá da temperatura T1 do meio a ser
medido, pois a tensão gerada a 0º é zero em mV. Então a F.E.M. lida no
instrumento será diretamente proporcional à temperatura T1 (junção de
medição).
O banho de gelo ainda é muito usado em laboratórios e indústrias, pois
consiste num método relativamente simples e de grande precisão. Hoje
dispositivos alternativos foram desenvolvidos para simular automaticamente
uma temperatura de 0ºC, chamada de compensação automática da junção de
referência ou da temperatura ambiente. Nestes instrumentos encontra-se um
sensor de temperatura que pode ser um resistor, uma termoresistência,
termistor, diodo, transistor ou mesmo um circuito integrado que mede
continuamente a temperatura ambiente e suas variações, adicionando o sinal
que chega do termosensor uma mV correspondente à diferença da temperatura
ambiente para a temperatura de 0ºC.
"Exempl" "
"o: " "
Termopar Tipo K sujeito a 100ºC na junção de medição e 25 ºC na borneira do
instrumento (função de referência).
Se não existisse a compensação, o sinal de 3,095V seria transformado em
indicação de temperatura pelo instrumento e corresponderia a
aproximadamente 76ºC; bem diferente dos 100ºC ao qual o termopar está
submetido (erro de -24ºC).
Como o instrumento medidor, está incorporado um sistema de compensação da
temperatura ambiente, este gera um sinal como se fosse um outro termopar
que chamamos de E1;
O sinal total que será convertido em temperatura pelo instrumento será a
somatória do sinal do termopar e da compensação, resultando na indicação
correta da temperatura na qual o termopar está submetido (independendo da
variação da temperatura ambiente).
A indicação no instrumento será de 100ºC, que é a temperatura do processo
(junção de medição do termopar).
Conversão de Tensão para Temperatura
Com relação a F.E.M. x temperatura de um termopar não é linear, o
instrumento indicador deve de algum modo linearizar o sinal gerado pelo
sensor.
No caso de alguns instrumentos analógicos (como registradores), a escala
gráfica do instrumento não é linear acompanhando a curva do termopar; e em
instrumentos digitais usa-se ou a tabela de correlação F.E.M. x
temperatura, armazenada em memória ou uma equação matemática que descreve a
curva do sensor.
Esta equação é um polinômio, que a depender da precisão requerida pode
alcançar uma ordem de até 9º grau.
A equação matemática genérica de um termopar:
Tipos e Características dos Termopares
Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de ligas metálicas com o
intuito de se obter uma alta potência termoelétrica (mVºC) para que seja
detectável pelos instrumentos de medição, aliando-se ainda às
características de homogeneidade dos fios, resistência à corrosão, relação
razoavelmente linear entre temperatura e tensão entre outros, para que se
tenha uma maior vida útil do mesmo.
Podemos dividir os termopares em três grupos:
- Termopares de Base Metálica ou Básicos
- Termopares Nobres ou a Base de Platina
- Termopares Novos
Os termopares de base metálica ou básicos são os termopares de maior uso
industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação
admite um limite de erro maior.
As nomenclaturas adotadas estão de acordo com as normas IEC 584-2 de julho
de 1982.
Tipo T
- Composição: Cobre (+) / Cobre - Níquel (-). O fio negativo cobre - níquel
é conhecido comercialmente como Constantan.
- Faixa de Utilização: -200 a 350ºC
- Características: Estes termopares são resistentes a corrosão em
atmosferas úmidas e são adequados para medidas de temperaturas abaixo de
zero. Seu uso no ar ou em ambientes oxidantes é limitado a um máximo de
350ºC devido a oxidação do fio de cobre. Podem ser usados em atmosferas
oxidantes (excesso de oxigênio), redutoras (rica em hidrogênio, monóxido de
carbono) e no vácuo; na faixa de -200 a 350ºC.
- Identificação da polaridade: O cobre (+) é avermelhado e o cobre - níquel
(-) não. - Aplicação: Sua maior aplicação está em indústrias de
refrigeração e ar condicionado e baixas temperaturas em geral.
Tipo J
- Composição: Ferro (+) / Cobre - Níquel (-) O fio negativo cobre - níquel
é conhecido comercialmente como constantan.
- Faixa de utilização: -40 a 750ºC
- Características: Estes termopares são adequados par uso no vácuo, em
atmosferas oxidantes, redutoras e inertes. A taxa de oxidação do ferro é
rápida acima de 540ºC e o uso em tubos de proteção é recomendado para dar
uma maior vida útil em altas temperaturas. O termopar do tipo J não deve
ser usado em atmosferas sulfurosas (contém enxofre) acima de 540ºC. O uso
em temperaturas abaixo de 0ºC não é recomendado, devido à rápida ferrugem e
quebra do fio de ferro, o torna seu uso em temperaturas negativas menor que
o tipo T. Devido a dificuldade de obtenção de fios de ferro com alto teor
de pureza, o termopar tipo J tem custo baixo e é um dos mais utilizados
industrialmente.
- Identificação da Polaridade: Indústrias em geral em até 750ºC.
Tipo E
- Composição: Níquel - Cromo (+) / Cobre - Níquel (-)
O fio positivo níquel - cromo é conhecido comercialmente como Cromel e o
negativo cobre - níquel é conhecido como Constantan.
- Faixa de utilização: -200 a 900ºC
- Características: Estes termopares podem ser utilizados em atmosferas
oxidantes e inertes. Em atmosferas redutoras, alternadamente oxidante e
redutora e no vácuo, não devem ser utilizados pois perdem suas
características termoelétricas.
É adequado para uso em temperaturas abaixo de zero, desde que não esteja
sujeito a corrosão em atmosferas úmidas.
O termopar tipo E é o que apresenta maior geração de V/ºC do que todos os
outros termopares, o que o torna útil na detecção de pequenas alterações de
temperatura.
- Identificação da Polaridade: O níquel - cromo (+) é mais duro que o cobre
- níquel (-).
- Aplicação: Uso geral até 900ºC.
Nota: Os termopares tipo T, J e E tem como fio negativo a liga constantan,
composto de cobre e níquel, porém a razão entre estes dois elementos varia
de acordo com as características do fio positivo (cobre, ferro e níquel -
cromo). Portanto a constantan do fio negativo não deve ser intercambiado
entre os três tipos de termopares.
Tipo K
- Composição: Níquel - Cromo (+) / Níquel - Alumínio (-) O fio positivo
níquel - cromo é conhecido comercialmente como Cromel e o negativo níquel -
alumínio é conhecido como Alumel. O alumel é uma liga de níquel, alumínio,
manganês e silício.
- Faixa de utilização: -200 a 1200ºC
- Características: Os termopares tipo K são recomendáveis para uso em
atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de trabalho. Por causa de sua
resistência em oxidação, são melhores que os tipos T, J e E e por isso são
largamente usados em temperaturas superiores a 540ºc.
Podem ser usados ocasionalmente em temperaturas abaixo de zero graus.
O termopar de Níquel - Cromo (ou Cromel) / Níquel - Alumínio (ou Alumel)
como também é conhecido, não deve ser utilizado em:
1. Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora.
2. Atmosferas sulfurosas, pois o enxofre ataca ambos os fios e causa rígida
ferrugem e quebra do termopar.
3. Vácuo, exceto por curtos períodos de tempo, pois o cromo do elemento
positivo pode vaporizar causando descalibração do sensor.
4. Atmosferas que facilitem a corrosão chamada de "Green-Root", ou oxidante
verde, ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar contém pouco
oxigênio, como por exemplo dentro de um tubo de proteção longo, de pequeno
diâmetro e não ventilado. Quando isto acontece os fios ficam esverdeados e
quebradiços, ficando o fio positivo (cromel) magnético e causando total
descalibração e perdas de suas características. O Green-Root pode ser
minimizado aumentando o fornecimento de oxigênio através do uso de um tubo
de proteção de maior diâmetro ou usado um tubo ventilado.
Outro modo é de diminuir a porcentagem de oxigênio para um valor abaixo da
qual proporcionará a corrosão. Isto é feito inserindo-se dentro do tubo u
"getter" ou elemento que absorve oxigênio e vedando-se o tubo. O "getter"
pode ser por exemplo uma pequena barra de titânio.
- Identificação da Polaridade: O Níquel - Cromo (+) não atrai ímã e o
Níquel - Alumínio (-) é levemente magnético.
Aplicação: É o termopar mais utilizado na indústria em geral devido a
grande faixa de atuação até 1200ºC.
Os termopares nobres são aqueles cujas ligas são constituídas de platina.
Possuem um custo elevado devido ao preço do material nobre, baixa potência
termoelétrica e uma altíssima precisão dada a grande homogeneidade e pureza
dos fios.
Tipo S
- Composição: Platina 90%- Ródio 10% (+) / Platina (-)
Tipo R
- Composição: Platina 87% - Ródio 13% (+) / Platina (-).
- Faixa de Utilização: 0 a 1600ºC.
- Características: Os termopares tipo S e R são recomendados para uso em
atmosferas oxidantes ou inertes no seu range de trabalho. O uso contínuo em
altas temperaturas causa excessivo crescimento de grão, ao qual podem
resultar numa falha mecânica do fio de platina (quebra do fio), e também
tornar os fios susceptíveis à contaminação, o que causa e redução da F.E.M.
gerada. Mudanças na calibração também são causadas pela difusão ou
valorização do ródio do elemento positivo para o fio de platina pura do
elemento negativo.
Todos estes efeitos tendem a causar heterogeneidades, o que tira o sensor
de sua curva característica. Os termopares tipo S e R não devem ser usados
no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores metálicos a
menos que bem protegidos com tubos protetores e isoladores cerâmicos de
alumina.
A exceção é o uso de tubo de proteção de platina (tubete) que por ser do
mesmo material não contamina os fios e dá proteção necessária aos
termoelementos.
Estes sensores apresentam grande precisão e estabilidade em altas
temperaturas, sendo usados como sensor padrão na aferição de outros
termopares.
Não deve ser utilizado em temperaturas abaixo de zero, pois sua curva
F.E.M. x temperatura varia irregularmente.
A diferença entre os termopares do tipo S e R está somente na potência
termoelétrica gerada. O tipo R gera um sinal aproximadamente 11% maior que
o tipo S.
Identificação da Polaridade: Os fios positivos PtRh 10% e PtRh 13% são mais
duros que os fios de platina pura (fio negativo). Aplicação: Seu uso está
em processos com temperaturas elevadas ou onde é exigido grande precisão
como indústrias de vidro, cerâmicas, siderúrgicas entre outras
Tipo B
- Composição: Platina 70% - Ródio 30% (+) / Platina 94% - Ródio 6% (-)
- Faixa de utilização: 600 a 1700ºC
- Características: O termopar tipo B é recomendado para uso em atmosferas
oxidantes ou inertes. É também adequado para certos períodos em vácuo.
Não deve ser aplicado em atmosferas redutoras nem naquelas contendo vapores
metálicos, requerendo tubo de proteção cerâmico como os tipo S e R.
O tipo B possui maior resistência mecânica que os tipos S e R e sob certas
condições apresenta menor crescimento de grão e menor drift de calibração
que o S e R. Sua potência termoelétrica é muitíssimo baixa, o que torna sua
saída em temperaturas de até 50ºC quase nula. É o único termopar que não
necessita de cabo compensado para sua interligação com o instrumento
receptor, fazendo-se o uso de cabos de cobre comuns (até 50ºC).
- Identificação da Polaridade: O fio de platina 70% - Ródio 30% (+) é mais
duro que o Platina 94% - Ródio 6% (-). Aplicação: Seu uso é em altas
temperaturas como indústrias de vidro entre outras.
Recomendações para Instalação dos Fios e Cabos de
Extensão e Compensação.
Não se recomenda a utilização de fios e cabos de extensão e compensação
muito finos para uso em conduítes, pois estes não têm suficiente
resistência mecânica à tração. A resistência elétrica (ôhmica) total dos
fios e cabos de extensão e compensação não é levada em consideração quando
a impedância de entrada do instrumento receptor for bastante elevada (da
ordem de dezenas de megaôhms). Os fios e cabos de extensão e compensação
não devem ser passados próximos a linha de força, resistências elétricas,
chaves contadoras, relés e outros, devido a indução de ruídos elétricos e a
conseqüente instabilidade na leitura. Deve-se atentar bastante com relação
à polaridade dos fios e cabos de extensão e compensação (código de cores) e
sua ligação no instrumento receptor, pois qualquer tipo de inversão resulta
em erros sérios para o processo. Veja exemplos abaixo:
Erros produzidos pela inversão de polaridade dos fios e cabos de extensão e
compensação.
a) Simples Inversão
" "
Ligação dos fios e cabos de extensão e de compensação
Para visualizar melhor a importância dos fios e cabos de extensão e
compensação, daremos dois exemplos, sendo que no primeiro será utilizado
cabo de extensão e no segundo será utilizado cabo de cobre comum.
Exemplo 1 - Ligação de um termopar com cabo de extensão
Neste caso, o instrumento irá indicar uma temperatura negativa no display
ou irá bater no início da escala. O erro de uma simples inversão é muito
comum de acontecer, devido a confusão ou não observação do código de cores
correto dos fios e cabos de extensão e compensação. Este erro é de fácil
detecção pelo operador, já que o processo não poderia estar em uma
temperatura negativa (salvo processos criogênicos). Porém se ele não for
detectado a tempo, o processo estiver sendo controlado e se este
instrumento de controle não for dotado de alarmes ou um sistema de
intertravamento, a temperatura do forno irá subir continuamente a valores
altíssimos, colocando o processo em risco de explosão, por exemplo.
b) Dupla Inversão
O erro de dupla inversão é um erro bem mais difícil de detectar, pois se o
operador não estiver atento às indicações nos instrumento, este erro pode
passar despercebido, já que ele é positivo e razoavelmente próximo ao valor
real. Com relação ao controle, o processo fica bastante instável e depois
se estabiliza num valor maior do que o desejado. A dupla inversão acontece
com freqüência, pois quando uma simples inversão é constatada, é comum
pensar que uma nova troca na ligação dos terminais compensará o erro. Porém
isto não acontece. Sempre que acontecer uma simples inversão, a correção
deve ser efetuada obrigatoriamente no local onde ocorreu a inversão de
polaridade.
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P1
P2
h
Manômetro de tubo em "U"
A1
A2
P1
P2
Manômetro do tipo Tubo Inclinado
A2
A1
(
Zero
h
