2. Simbologia e Nomenclatura

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1 2. Simbologia e Nomenclatura Nessa seção simbologia e nomenclatura é apresentado os termos mais utilizados e padronizados em instrumentação industrial. Sua compreensão é de suma importância para o entendimento de projetos e interpretações. As nomenclaturas são as estabelecidas e padronizadas pelo vocabulário de instrumentação internacional. As simbologias são apresentadas de acordo com a norma internacional da ISA S.5.1, permitindo a identificação dos instrumentos em uma planta ou projeto. 2.1 Nomenclatura Vocabulário Na instrumentação industrial, existe um vocabulário normatizado, em âmbito internacional, que deve ser utilizado quando nos expressamos sobre processos de medição. O vocabulário padronizado (normatizado) tem como finalidade estabelecer um padrão de comunicação e termos técnicos comuns utilizados entre os usuários e envolvidos na instrumentação industrial. Aferição - Conjunto de operações que estabelece, sob condições específicas, a relação dos valore indicados por um instrumento ou sistema de medição, ou dos valores representados por uma medição material ou de um material de referência com os valores correspondentes de uma grandeza determinada por um padrão de referência. Ajuste - Operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho compatível com o seu uso; Manutenção realizada no instrumento a fim de apresentar seu melhor desempenho. Amplitude da faixa (span) - Diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa de operação de um dispositivo qualquer (por exemplo: 0 a 5 bar, amplitude 5 bar; 0 a 200 kgf/cm, amplitude 200 kgf/cm; 0 a 100 C, amplitude 0 a 100 C). Calibração - Operação que tem por objetivo levar o instrumento de medição a uma condição de desempenho e ausência de erros sistemáticos, adequados ao seu uso. Também conhecido como Ajuste de um instrumento. Condições de referência Condições de uso para um instrumento de medição estabelecidas para ensaios de desempenho, ou para garantir uma comparação válida entre resultados de medições. 1

2 Controlador (controller) - Dispositivo que opera de modo automático, executando uma ou mais ações de comando, de forma a regular uma ou mais variáveis controladas. Controle automático (automatic control system) - Sistema que opera sem intervenção humana. Controle bi-estável (on-off control system) Sistema de controle automático que opera entre duas condições de equilíbrio estável (o elemento de controle assume duas posições apenas: ligado ou desligado, aberto ou fechado). Correção Valor que, adicionado algebricamente a um resultado não-corrigido de uma medição, compensa um erro sistemático considerado. Derivação - Lenta variação com o tempo de uma característica metrológica de um instrumento de medição. Divisão de escala - Parte de uma escala compreendida entre duas marcas sucessivas quaisquer; Em um sistema de leitura digital, a divisão de escala corresponde ao menor incremento fornecido pelo seu último dígito. Elemento final de controle (final control element) ou Atuador (actuador) - Dispositivo que recebe o sinal final de controle e age proporcionalmente sobre a variável manipulada. Erro (absoluto) de medição Resultado de uma medição menos o valor real do mensurando. É o grau de concordância entre o resultado de uma e um valor verdadeiro do mensurando. Exatidão é um conceito qualitativo. O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão. Figura 1 - Gráfico de um valor medido em relação ao valor indicado, indicando o erro. Escala Conjunto ordenado de marcas, associado a qualquer numeração, que faz parte de um dispositivo indicador. 2

3 Estabilidade - Capacidade de um instrumento de medição manter constantes suas características metrológicas. Exatidão da medição Proximidade entre o resultado de uma medição e o valor real (convencional) do mensurando. Exemplo: Um instrumento com range de 50 à 150 C, está indicando 80 C e sua exatidão é de ± 0,5 % do span. Sendo, ± 0,5% = ± 0,5/100 = ± 0,005 e o span = 100 C, teremos: 0, = ± 0,5 C. Portanto, a temperatura estará entre 79,5 C e 80,5 C. Faixa de indicação - Conjunto de valores limitados pelas indicações extremas. Faixa de medição / Faixa de operação (range / measuring range) - Região determinada pelos limites em que uma variável é medida, transmitida ou recebida, expressa pela designação dos valores inferior e superior correspondente (p.e. faixa 0,2 a 1,0 kgf/cm, 3 a 15 psi, -50 a +100 C). Faixa de medição especificada - Conjunto de valores, para um mensurando, que dentro do qual se assume que o erro do instrumento de medição estará dentro dos limites especificados. Grandeza - Atributo de um fenômeno, corpo ou substância que pode ser qualitativamente distinguido e quantitativamente determinado. Exemplos: tempo, massa, temperatura, resistência elétrica, comprimento. Grandeza de influência Grandeza não sujeita à medição, mas que influencia o valor do mensurando ou a indicação do instrumento de medição. Histerese (histeresis) - Desvio entre os valores do sinal de saída para o mesmo valor do sinal de entrada, quando medidos em sentido oposto do ciclo de medição (e usualmente determinada pela diferença entre o desvio máximo das curvas ascendente e descendente do ciclo de medição, expresso em porcentagem da amplitude da faixa e a zona correspondente). Para qualquer pequena inversão do sinal de entrada, é sempre possível verificar uma inversão correspondente do sinal de saída, o que permite estabelecer a diferença entre a histerese e a zona morta, quando esta existe. Exemplo: Durante a calibração de um determinado instrumento com range de 0 à 200 C, foi levantada a curva dos valores indicados, conforme mostrado na Figura 2 abaixo. A diferença entre 120,2 C e 119,8 C, representa o erro de histereses correspondente a 0,2 % do span. 3

4 Figura 2 - Representação de histerese de uma medida de temperatura. Incerteza da medição Resultado de uma avaliação que tem por fim caracterizar a faixa dentro da qual se espera que o valor real do mensurando se encontre, geralmente com uma dada probabilidade. Indicação (I) - Valor de uma grandeza fornecido por um instrumento de medição. Instrumento de medição Dispositivo destinado a fazer medição quer só, quer em conjunto com equipamentos suplementares. Limites de erro permissível (de um instrumento de medição) Valores extremos de um erro, permitidos pelas especificações, regulamentos, etc. para um dado instrumento de medição. LRL (Lower Range Limit) - Limite inferior da faixa nominal - mínimo valor de medida que pode ser ajustado para a indicação de um instrumento de medir. LRV (Lower Range Value) - Valor inferior da faixa nominal - mínimo valor que pode ser indicado por um instrumento de medir. O LRV ajustado num instrumento é sempre maior ou igual ao LRL do instrumento. Linearidade (linearity) Aproximação com a qual uma curva de calibração acompanha uma reta ideal. Material de referência Material ou substância dos quais uma ou mais propriedades são suficientemente bem estabelecidas para serem usadas para a aferição de um aparelho, a variação de um método de medição ou a atribuição de valores a materiais. 4

5 Medir - Determinar experimentalmente o valor (resultado de medição) de uma grandeza específica (mensurando). Mensurando Grandeza submetida à medição. Metrologia - Ciência da medição. Conjunto de conhecimentos científicos e tecnológicos abrangendo todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou tecnologia. Normalmente aberto N/A (normally open) Dispositivo que se encontra na posição de repouso (sem alimentação, sem excitação), no estado desligado, aberto ( off ). Normalmente fechado - N/F (normally closed) Dispositivo que se encontra na posição de repouso (sem alimentação, sem excitação), no estado ligado, fechado ( on ). Padrão (de medição) Medida material, instrumento de medição, material de referência ou sistema de medição que definem, concretiza, conservam ou reproduzem uma unidade, ou um ou mais valores de uma grandeza, para transferi-los a outros instrumentos de medição, por comparação. Padrão (de medição) internacional Padrão reconhecido por uma decisão nacional oficial para servir, em um país, como a base para fixação do valor de todos os outros padrões da referida grandeza. Precisão (accuracy) Grau de conformidade entre o valor numérico atribuído e uma grandeza qualquer e o valor real dessa mesma grandeza, expressa em termos do limite de erro permissível. Precisão de leitura (precision) Grau de aproximação com que o valor numérico de uma grandeza medida pode ser expresso (e função da resolução da escala de medida). Precisão de medida (measuring accuracy) Limite de erro permissível entre o valor medido e o valor real de uma grandeza qualquer, em condições de operação especificadas. Expressa normalmente em porcentagem da amplitude da faixa, porcentagem do máximo valor, porcentagem do valor instantâneo, ou como um valor numérico da mesma unidade de medida. Rastreabilidade Propriedade do resultado de uma medição pela qual esta pode ser relacionada com os padrões de medição apropriados, geralmente internacionais ou nacionais, através de uma cadeia ininterrupta de comparações. Regulagem - Ajuste, empregando somente os recursos disponíveis no instrumento para o usuário, isto é, sem desmontá-lo; Preparação do instrumento antes de sua utilização. Resultado de Uma Medição (RM) - Valor atribuído a um mensurando obtido por medição. 5

6 Repetibilidade (repeatibility) Medida de concordância entre medidas consecutivas do sinal de saída para um mesmo valor do sinal de entrada, mantidas condições idênticas de operação e considerando sempre o mesmo sentido em cada percurso da faixa do total de medição (a medida é representada como uma não linearidade, expressa como o desvio máximo entre as diversas medições, em porcentagem da amplitude da faixa correspondente). Exemplo: Um instrumento com range de 0 à 1000 l/min, com repetitividade de ± 0,1 % do span e com exatidão de ± 1% do span, para uma vazão real na primeira passagem ascendente for 750 l/min e o instrumento indicar 742 l/min, numa segunda passagem ascendente com vazão real de 750 l/min o instrumento indicará 742 ± 1 l/min, conforme mostrado na Figura 3. Figura 3 - Gráfico da medida de vazão representando erro de repetibilidade. Resolução (resolution) Menor intervalo entre dois sinais discretos adjacentes que podem ser distinguidos como valores distintos (resolução de saída e a menor variação possível do sinal de saída que um dispositivo qualquer é capaz de produzir. Resolução de entrada é a variação correspondente exigida do sinal de entrada). A resolução é usualmente expressa em porcentagem da amplitude da faixa do sinal de que se trata. Exemplo: Um termômetro de vidro com range de 0 à 500 ºC, possui uma escala de leitura de 50 cm. Sensibilidade ou Resolução = 50 cm/ 500 C = 0,1 cm/ C Sensibilidade (sensitivity) - Relação entre a magnitude da variação do sinal de saída e a variação correspondente do sinal de entrada, medida no estado de equilíbrio. Em outras palavras é o quociente da variação da resposta de um instrumento de medir pela variação correspondente do estímulo. A sensibilidade pode depender do estímulo. 6

7 Sinal (signal) Variável física cujos parâmetros fornecem informações a respeito de uma segunda variável (o sinal fornece a representação quantitativa da segunda variável). Sinal de controle (control signal) Sinal fornecido pelo controlador que age sobre a variável manipulada de um sistema de controle, diretamente ou através de dispositivo (atuadores) ou controladores auxiliares. Sinal de entrada (input signal) Sinal aplicado a um dispositivo ou sistema qualquer, capaz de fazer variar o seu estado de equilíbrio. Sinal de medida (measuring signal) Sinal fornecido pelo elemento sensor, diretamente ou através de transdutor ou transmissor apropriado, que mede o valor de uma variável de processo. Sinal de saída (output signal) Sinal fornecido a um dispositivo ou sistema qualquer, em resposta a um determinado sinal de entrada. Sistema de medição (SM) - Conjunto completo de instrumentos de medição e outros equipamentos acoplados para executar uma medição. Unidade - Grandeza específica, definida e adotada por convenção, com a qual outras grandezas de mesma natureza são comparadas para expressar suas magnitudes em relação àquela grandeza. URL (Upper Range Limit) - Limite superior da faixa nominal - máximo valor de medida que pode ser ajustado para a indicação de um instrumento de medir. URV (Upper Range Value) - Valor superior da faixa nominal - máximo valor que pode ser indicado por um instrumento de medir. O URV ajustado num instrumento é sempre menor ou igual ao URL do instrumento. Valor de uma Divisão - Diferença entre os valores da escala correspondentes a duas marcas sucessivas. Valor desejado (setpoint) - Variável de entrada que estabelece o valor desejado da variável controlada (o valor desejado e a variável controlada devem ser expressos nas mesmas unidades). Valor verdadeiro (VV) - Valor consistente com a definição de uma dada grandeza específica. É um valor que seria obtido por uma medição perfeita. Valores verdadeiros são, por natureza, indeterminados porque todos os sistemas de medição, por melhor que sejam, possuem uma incerteza. Valor verdadeiro convencional (VVC) - Valor admitido como verdadeiro para uma aplicação específica. Valor atribuído a uma grandeza específica (mensurando) e aceito, as vezes por convenção, como tendo uma incerteza apropriada para uma dada finalidade. 7

8 Variável controlada (controlled variable) Variável cujo valor se deseja manter regulado numa forma ou valor determinado. Variável de processo (process variable) Qualquer grandeza ou condição de um processo que é passível de variação. Velocidade de resposta (speed of response) Velocidade com que um sinal de saída de um dispositivo qualquer varia em resposta a variação do sinal de entrada correspondente. Zona morta (dead band) Faixa em que um sinal de entrada pode variar sem provocar variação sensível de sinal de saída. Usualmente a zona morta é expressa em porcentagem de amplitude. Exemplo: Um instrumento com range de 0 C à 200 C, possui uma zona morta de ± 0,1% do span. A zona morta do instrumento pode ser calculada da seguinte forma: Sendo, ± 0,1% = ± 0,1/100 = ± 0,001, teremos: 0, = ± 0,2 ºC. Portanto, se a variável de processo variar 0,2 C, o instrumento não apresentará resposta alguma. 2.2 Simbologia da Norma S.5.1 ISA A simbologia estabelece símbolos e gráficos e codificação, para identificação alfanumérica, de instrumentos ou funções programadas, que são utilizados nos fluxogramas e malhas de controle de projetos de instrumentação. Essas simbologias estão contidas na norma S.5.1 da ISA (Instrumentation Symbols and Indentification) da The Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA). De acordo com esta norma, cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras, que o classifica funcionalmente, e um conjunto de algarismos, que indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence. As abreviações apresentadas são sugeridas para denotar o tipo de alimentação. Essas designações também podem ser aplicadas para alimentação de fluido de purga. A.S. - Ar de alimentação. I.A. - Ar de instrumento. P.A. - Ar da planta. E.S. - Alimentação elétrica. G.S. - Alimentação de gás. H.S. - Alimentação Hidráulica. N.S. - Alimentação de Nitrogênio. S.S. - Alimentação de vapor. W.S. - Alimentação de água. 8

9 Figura 4 - Símbolos Norma ISA S 5.1 Figura 5 - Funções para conversores e transdutores. 9

10 Figura 6 - Funções para conversores e transdutores. Figura 7 - Funções para conversores e transdutores. 10

11 No exemplo, nota-se que é um tanque de A.S. (ar de alimentação), com 4 instrumentos de acesso ao operador montado em campo e 2 de locação principal de acesso ao operador, ambos instrumentos discretos. Nota-se também que uma parte da ligação (descontinua) é um sinal elétrico e os demais de suprimento. 11

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