Capítulo 3 VAZÃO... 49

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1 SUMÁRIO Capítulo 1 INTRODUÇÃO CONCEITOS BÁSICOS DE INSTRUMENTAÇÃO PARA CONTROLE DE PROCESSOS Sistema em Malha Aberta Sistema em Malha Fechada CARACTERÍSTICAS GERAIS DE INSTRUMENTOS Classes de Instrumentos Definições IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS Padronização ISA Exemplos de Simbologia REFERÊNCIAS ANEXOS EXEMPLOS DE SIMBOLOGIA Capítulo 2 PRESSÃO INTRODUÇÃO GENERALIDADES Unidades de Pressão Definições de Pressão Pressões Estática, Dinâmica, Total e Diferencial Teorema de Stevin Princípio de Pascal ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO Elementos Mecânicos de Medição Direta de Pressão Elementos Mecânicos Elásticos de Medição de Pressão TRANSMISSORES DE PRESSÃO Transmissores Pneumáticos de Pressão Transmissores Eletrônicos de Pressão CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE PRESSÃO Comparação com Elemento Mecânico de Medição Direta de Pressão Calibração Utilizando Teste de Peso Morto Comparação com Manômetro Padrão... 47

2 VIII SUMÁRIO Capítulo 3 VAZÃO INTRODUÇÃO CARACTERÍSTICAS DOS FLUIDOS Líquidos Gases Vapor d Água MEDIDORES DEPRIMOGÊNIOS Teoria Resumida Placas de Orifício Clássicas Placas de Orifício Especiais Bocais de Vazão Venturis Medidores Diferenciais de Inserção Medidores Especiais por Diferença de Pressão MEDIDORES LINEARES Medidores de Área Variável Medidores a Efeito Coriolis Medidores Eletromagnéticos Medidores Térmicos Turbinas Medidores Ultra-Sônicos Medidores de Vórtices MEDIDORES ESPECIAIS Medidores de Força Correlação Laser MEDIDORES VOLUMÉTRICOS Diafragma Disco de Nutação Palhetas Pistão Oscilante Pistões Recíprocos Rotor Semi-Imerso MEDIÇÃO EM CANAIS ABERTOS Vertedores Calhas Parshall AFERIÇÃO Aferição de Medidores de Vazão de Líquidos Aferição de Medidores de Vazão de Gases Conclusão sobre a Aferição de Medidores de Vazão REFERÊNCIAS

3 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL IX Capítulo 4 NÍVEL INTRODUÇÃO VISORES DE NÍVEL Visores de Vidro Tubular Visores de Vidro Plano Recomendações para Instalação e Operação Eficiente de um Visor de Vidro Visores de Vidro Bicolores DISPOSITIVOS DO TIPO FLUTUADOR (OU BÓIA) Flutuador versus Deslocador O Flutuador Medidores Flutuador-Haste Medidores Flutuador-Cabo DISPOSITIVOS DO TIPO DESLOCADOR O Deslocador Constituição do Transdutor Tipo Delocador O Instrumento Displacer Instrumento Tipo Deslocador Utilizando Mola Balanceadora Montagem de Instrumentos do Tipo Deslocador Calibração de Instrumentos do Tipo Deslocador DISPOSITIVOS DO TIPO PRESSÃO DIFERENCIAL Princípio de Funcionamento Instalação DISPOSITIVOS DO TIPO ULTRA-SÔNICO Aplicação Princípios físicos Medidor Contínuo de Nível do Tipo Ultra-Sônico Conclusões DISPOSITIVOS DO TIPO RADAR Princípio de Funcionamento Tipos de Antenas Aplicações DISPOSITIVOS DO TIPO CAPACITIVO Princípio de Funcionamento Recomendações de Utilização Dimensionamento de Sondas Capacitivas Formas Construtivas DISPOSITIVOS DO TIPO ELETROMECÂNICO Princípio de Funcionamento Medidores Semicontínuos ou Cíclicos Medidores Contínuos ou de Compensação Aplicação e Instalação

4 X SUMÁRIO 4.10 CHAVES DE NÍVEL Chaves de Nível do Tipo Flutuador (ou Bóia) Chaves de Nível Tipo Tandem Chaves de Nível do Tipo Deslocador Chaves de Nível do Tipo Pás Rotativas Chaves de Nível do Tipo Ultra-Sônico DISPOSITIVOS DO TIPO PESAGEM Princípio de Funcionamento Conceitos Básicos Características de Instalação Erros Recomendações para Operação Eficiente Capítulo 5 TEMPERATURA INTRODUÇÃO Importância Conceitos Escalas Termométricas Especificação do Sistema INDICADORES DE TEMPERATURA Indicadores Cromáticos Indicadores Pirométricos MEDIDORES TRADICIONAIS Termômetros Bimetálicos Termômetros de Haste de Vidro Sistemas de Bulbo-Capilar TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA Bulbos de Resistência de Fio Metálico Termistores TERMOPARES Princípios Associação de Termopares Tipos de Termopares Limites de Erro Construção e Proteção dos Termopares A Junta de Referência Fios e Cabos de Extensão e Compensação Considerações sobre a Instalação PIRÔMETROS DE RADIAÇÃO Princípios Pirômetros Ópticos Pirômetros Infravermelhos Termografia

5 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL XI 5.7 SENSORES DE TEMPERATURA DIVERSOS Sondas Pneumáticas Sensores Fluídicos Semicondutores Ultra-Som Reflectometria Acústica no Domínio do Tempo Cristais de Quartzo Cristais Líquidos Ruído Térmico Sensor de Sal Paramagnético Espectroscopia AFERIÇÃO Capítulo 6 ANALISADORES INTRODUÇÃO Conceitos Aplicação Particularidades Montagem CONDICIONAMENTO DAS AMOSTRAS Importância Implantação do Sistema de Condicionamento da Amostra Captação da Amostra Transporte da Amostra Condicionamento da Pressão e da Temperatura da Amostra Secagem da Amostra Filtros Outros Componentes do Sistema de Amostra Os Padrões de Calibração Coleta e Descarte da Amostra ANALISADORES DE GASES Analisadores de Oxigênio Analisadores por Absorção de Radiação Analisadores por Condutividade Térmica ANALISADORES DE LÍQUIDOS Analisadores de ph Analisadores Íon Seletivos Analisadores de Potencial Redox Analisadores por Condutividade Elétrica Outros Analisadores no Tratamento de Água CROMATÓGRAFOS O Cromatógrafo a Gás O Gás de Arraste O Seletor de Amostras (Stream Selector) Injeção da Amostra

6 XII SUMÁRIO As Colunas Configuração das Colunas Programação de Temperatura do Forno Detectores Controlador Interfaces VALIDAÇÃO E DIVERGÊNCIAS COM O LABORATÓRIO CONSIDERAÇÕES FINAIS Capítulo 7 TRANSMISSORES INTRODUÇÃO O TRANSMISSOR CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS OUTRAS CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS TRANSMISSORES INTELIGENTES Capítulo 8 ATMOSFERAS EXPLOSIVAS INTRODUÇÃO OS COMPONENTES DO RISCO O Triângulo do Fogo Explosividade dos Materiais CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS Noções Básicas As Normas Brasileiras O Código Norte-americano NEC TÉCNICAS E TIPOS DE PROTEÇÃO Conceitos Gerais Proteção à Prova de Explosão (Ex-d) Proteção por Pressurização (Ex-p) Proteção por Segurança Intrínseca (Ex-i) Proteção por Segurança Aumentada (Ex-e) Outras Formas de Proteção CERTIFICAÇÃO DE CONFORMIDADE PROTEÇÃO PROVIDA PELO INVÓLUCRO CONTRA INGRESSO DE ÁGUA E POEIRA (ÍNDICES IP) CRITÉRIOS DE PROJETO E DE ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA PARA INSTALAÇÕES EM ÁREAS CLASSIFICADAS INSTALAÇÃO, MANUTENÇÃO E INSPEÇÃO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM ÁREAS CLASSIFICADAS Capítulo 9 VÁLVULAS DE CONTROLE INTRODUÇÃO A Válvula na Malha de Controle Componentes de uma Válvula de Controle

7 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL XIII 9.2 TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE Válvulas Globo Válvulas Esfera Válvulas Borboleta Válvulas Especiais APLICAÇÃO DE VÁLVULAS DE CONTROLE Queda de Pressão Através da Válvula Características de uma Válvula de Controle Rangeabilidade de uma Válvula de Controle Cavitação Escoamento Laminar Escoamento em Duas Fases SELEÇÃO, DIMENSIONAMENTO E ESPECIFICAÇÃO DE VÁLVULAS DE CONTROLE: EXEMPLOS PRÁTICOS Seleção Dimensionamento Especificação de Válvulas de Controle Exemplos Práticos ACESSÓRIOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE Posicionadores Chaves Limite Volantes Válvulas Solenóide Transmissores de Posição VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO Válvulas de Operação Direta Válvulas Piloto Operadas Seleção, Dimensionamento e Especificação de Válvulas Reguladoras de Pressão RUÍDO EM VÁLVULAS DE CONTROLE INTERLIGAÇÃO DE VÁLVULAS EM REDE REFERÊNCIAS Capítulo 10 TEORIA DE CONTROLE INTRODUÇÃO OBJETIVOS DO CONTROLE DE PROCESSOS PRINCIPAIS PROBLEMAS PARA O CONTROLE DE PROCESSOS Atrasos do Processo Atrasos na Medição Atrasos na Transmissão DEFINIÇÕES BÁSICAS: CONTROLE MANUAL; CONTROLE POR REALIMENTAÇÃO (feedback), CONTROLE POR ANTECIPAÇÃO (feedforward), GANHO E ATRASO

8 XIV SUMÁRIO Controle Manual Típico Controle por Realimentação (feedback) Controle por Antecipação (feedforward) Ganho e Atraso SISTEMAS DE PRIMEIRA ORDEM: FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA Perturbação em Degrau Perturbação Senoidal RESPOSTA DE UM SISTEMA DE PRIMEIRA ORDEM A UMA PERTURBAÇÃO DEGRAU E SENOIDAL: CONSTANTE DE TEMPO, DEFASAGEM Resposta a um Degrau Resposta a uma Senóide EXEMPLOS FÍSICOS DE SISTEMA DE PRIMEIRA ORDEM: RESISTÊNCIA, CAPACITÂNCIA SISTEMAS DE ORDEM SUPERIOR: TEMPO MORTO, SISTEMAS DE PRIMEIRA ORDEM EM SÉRIE OS COMPONENTES DE UM SISTEMA DE CONTROLE Sensor/Transmissor e Controlador Elementos Finais de Controle AÇÕES DE CONTROLE LIGA-DESLIGA (ON-OFF), AUTO-OPERADO, PROPORCIONAL, PROPORCIONAL-INTEGRAL, PROPORCIONAL- DERIVATIVA, PROPORCIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVA Controle Liga-Desliga (On-Off) Controle Auto-Operado Controle Proporcional Controle Proporcional-Integral (PI) Controle Proporcional-Derivativo (PD) Controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID) ESTABILIDADE E SINTONIA DE CONTROLADORES MALHA FECHADA: ZIEGLER E NICHOLS; HARRIOTT MALHA ABERTA (CURVA DE REAÇÃO DO PROCESSO): ZIEGLER E NICHOLS; COHEN E COON Estabilidade Sintonia de Controladores CONTROLE EM CASCATA, CONTROLE DE RAZÃO, CONTROLE SELETIVO, CONTROLE EM RANGE DIVIDIDO (SPLIT RANGE) Controle em Cascata Controle de Razão Controle Seletivo Controle em Faixa Dividida (Split-Range) REFERÊNCIAS Capítulo 11 RECEPTORES INTRODUÇÃO TRANSDUTORES E CONVERSORES

9 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL XV Transdutores de Corrente para Pneumático Conversores Pneumáticos para Corrente Conversores de Tensão para Corrente Conversores de Tensão para Pressão Conversores de Corrente para Corrente RELÉS DE COMPUTAÇÃO E RELÉS ELETRÔNICOS DE ALARME Relés Pneumáticos de Multiplicação e Divisão Relés Eletrônicos de Multiplicação e Divisão Relés Pneumáticos de Soma e Subtração Relés Eletrônicos de Soma e Subtração Extratores de Raiz Quadrada Eletrônicos Relé de Computação Seletor do Menor Sinal, Maior Sinal e Limitador de Sinal Relés Pneumáticos e Eletrônicos de Alarme INDICADORES ANALÓGICOS E INDICADORES DIGITAIS CONTROLADORES REGISTRADORES Registradores Analógicos Registradores Digitais INTEGRADORES E TOTALIZADORES FUNÇÕES DE ALARME E SINALIZAÇÃO REFERÊNCIAS Capítulo 12 C L P INTRODUÇÃO A Finalidade A Origem Primeira Aplicação OS AVANÇOS TECNOLÓGICOS Entre 1970 e De 1975 a APLICAÇÕES ATUAIS Melhorias de Desempenho ARQUITETURAS REDUNDANTES Redundância de UCP Os Sistemas para Missão Crítica O HARDWARE Algumas Tendências do Hardware LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO A Origem da Linguagem Histograma de Contatos As Outras Linguagens mais Expressivas Traduzindo em Linguagens Diferentes

10 XVI SUMÁRIO Os Blocos Funcionais A Linguagem Estruturada GRAFCET ou SFC O USO DE MICROCOMPUTADORES COMO CLPS A UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) (ou do inglês CPU) A Varredura Os Dispositivos de Acesso Frontal nas UCPs A MODULARIDADE MEMÓRIAS ENTRADAS E SAÍDAS A Isolação das Entradas e Saídas OS ENDEREÇOS A PROGRAMAÇÃO O CLP E AS COMUNICAÇÕES A Comunicação Interna A Comunicação Externa ARQUITETURA DOS SISTEMAS DE CONTROLE COM CLP CONFIABILIDADE E DIAGNÓSTICOS Técnicas de Diagnóstico Temporizador Cão de Guarda (Watch Dog Timer) Verificação de Paridade Soma de Verificação ALGUMAS LIMITAÇÕES DE APLICAÇÕES PARA CLPS TENDÊNCIAS ATUAIS Capítulo 13 SDCD E REDES DE COMUNICAÇÃO INTRODUÇÃO Finalidade e Definições A Origem A Interface Via Tubos de Raios Catódicos e Teclados Primórdios no Brasil A INTERFACE COM O PROCESSO A CONFIGURAÇÃO Configurando um SDCD A Falta de Padronização entre os Fornecedores AS TELAS DE OPERAÇÃO Telas que Simulam um Painel de Operação Convencional Outros Tipos de Telas de Operação O CONTROLE PELO SDCD Os Algoritmos de Controle As Promessas do que um SDCD pode Fazer

11 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL XVII 13.6 AS ESTAÇÕES E VIAS DE DADOS DE UM SDCD Funções e Dispositivos nas Redes de Comunicação As Vias de Dados A TENDÊNCIA DA EVOLUÇÃO ATUAL A Abertura dos Sistemas AS REDES INDUSTRIAIS DE COMUNICAÇÃO E CONTROLE A Interconectividade Redes Industriais de Comunicação e de Controle Classificação das Redes Os Níveis Funcionais nas Redes Redes LAN Industriais Barramentos de Campo O USO DE FIBRA ÓTICA EM REDES INDUSTRIAIS O Uso de Fibra Ótica em Áreas Classificadas Os tipos de Fibras Óticas para Aplicações Industriais NOVAS DECISÕES A Classificação dos Sistemas Modernos Decisões na Configuração e Arquitetura Capítulo 14 INTERTRAVAMENTO E SISTEMAS DE SEGURANÇA INTRODUÇÃO A Evolução dos Sistemas de Segurança do Processo Industrial Os Modelos Modernos Os Paradigmas estão sendo Revisados Formas de Operação Finalidades Outros Elementos de Proteção O CONCEITO DE RISCO A Redução do Risco Conceitos em Risco DETERMINAÇÃO DO NÍVEL DE INTEGRIDADE DE SEGURANÇA (SIL) A Identificação dos Riscos Escolha do SIL Verificação do SIL Atingido AS NORMAS MODERNAS PARA OS SIS TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS Sistema de Segurança e Sistema de Controle As arquiteturas mais Comuns Missão Crítica O Conceito de Probabilidade de Falha e o SIL A Probabilidade de Falha sob Demanda (PFD) O CICLO DE VIDA DO SIS