Simbologia e diagramas de instrumentação

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1 Simbologia e diagramas de instrumentação Douglas Bertol / Eduardo Cavalca DEE - Engenharia Elétrica CCT AUT0001 Automação Joinville

2 Introdução contextualização Uma planta química padrão 2

3 Introdução elementos da automação Planta: Dentro da planta estão envolvidos todos os demais locais que serão objetos de estudo; Área: define dentro da planta um setor específico, com alguma identidade comum, submetida a subdivisões que permitam de forma lógica contemplar a execução de atividades específicas do processo; Setor: divide dentro da área locais específicos de execução de uma fase do processo. Dentro do setor podem existir equipamentos de operação diversificada e com identidade própria; Grupo: define o menor conjunto do processo que possui a característica de executar uma tarefa definida. Ex: uma máquina; um conjunto de tanques (com suas bombas, agitadores, motores, indicadores, transmissores ou outros medidores); Equipamentos: bombas, vasos, tanques, misturadores, fornos, silos, motores, máquinas diversas e muitos outros; Instrumentos: indicadores, registradores, sensores, controladores, atuadores, transmissores, conversores. São portanto todos os dispositivos para medir, registrar, monitorar ou controlar as variáveis do processo de uma determinada planta. 3

4 padronização ANSI/ISA S (2009) ISA Instrumentation Symbols and Identification. Estabelece meios uniformes para designar instrumentos e sistemas de instrumentação usados em medidas e controle. NBR 8190 Simbologia de Instrumentação (1983) Visa a padronização da identificação dos componentes de uma planta industrial. Utilizada para: fluxogramas de processos; diagramas de Instrumentação; listas de instrumentos / equipamentos, especificação técnica para compras, etc; identificação de instrumentação e equipamentos; desenhos ligados a instruções de: instalação, manutenção e operação; diagramas de malhas de controle. 4

5 padronização Piping and Instrumentation Diagrams ou P&IDs são esquemáticos utilizados no campo de instrumentação e controle (automação); P&ID é utilizado para fácil compreensão do processo e como a instrumentação é interconectada; A maioria das indústrias utilizam o padrão ISA S5.1 para identificação e documentação de seus processos; Block Flow Diagrams (BFD) Process Flow Diagrams (PFD) Piping and Instrumentation Diagrams (P&ID) Utility Flow Diagrams (UFD) Maior em complexidade Maior compreensão conceitual 5

6 padronização - Block Flow Diagram 6

7 padronização Process Flow Diagram 7

8 Introdução à P&ID Diagrama na indústria de processo, que mostra a tubulação do processo juntamente com os equipamentos e instrumentação instalados O Institute of Instrumentation and Control (UK) define como: Um diagrama que mostra a interligação das tubulações, equipamentos de processo e a instrumentação usada para controlar o processo" Em palavras simples, representação esquemática de todos os equipamentos, tubulação e instrumentação de processo Fornece a base para o desenvolvimento de esquemas de controle de sistema, permitindo mais segurança e investigações operacionais P&ID é usado durante a maioria das atividades da planta tais como: Condições normais de funcionamento Inicialização e desligamento Manutenção regular Piping & Instrumentation Diagram Situações de emergência 8

9 como interpretar Como interpretar este fluxograma de modo a compreender: quais os componentes da planta; como é feita a interconexão entre cada elemento; quais as malhas de controle da planta. 9

10 Introdução à P&ID P&ID pode ser dividido em 3 partes: Especificação de equipamentos Especificação de instrumentos Especificação de encanamento P&ID toma forma diferente dependendo de: Natureza do processo Empresa, realizando o trabalho de design Filosofia de design Público-alvo 10

11 propósito do P&ID Mostra Fluxo de material Encanamento entre várias seções Principais peças de equipamentos mecânicos Válvulas e direções de fluxo do processo Instrumentos de campo montados Equipamentos elétricos Links de comunicação Não Mostra Informações de processo Dimensões físicas do equipamento Detalhes de tubulação Lógica de controle 11

12 símbolos contidos no P&ID Simbologia de equipamentos Layout de equipamentos e numeração de equipamentos Diversos Simbologia de tubos Layout de tubulação de linha Continuação de linha Componentes de tubulação Simbologia de instrumentos Layout de instrumentos de instrumentos Interconexão de tubulação Instrumentação de tubulação Instrumentação de controle 12

13 simbologia de equipamentos I. Layout de equipamentos Forma relativa Esferas, tanques, colunas, bombas Orientação relativa Horizontal, vertical, inclinado Posição relativa Localização em relação a outros equipamentos Tamanho relativo Tamanho em relação a outros equipamentos Status do equipamento Novo, existente, realocado, futuro, fornecedor 13

14 simbologia de equipamentos II. de equipamento - 1 Prefixo de Tag Mostra o tipo de equipamento e.g. V - Storage tanks, P - Pump, FL Filter, CT - Cooling Tower Raiz numérica do Tag Dá o número típico para o equipamento - número de equipamentos V-405, D-220 Raíz alfabética do Tag Quando há mais de 1 equipamento usado em uma única operação, em seguida, é dada por letras alfabéticas V-405.A, V-405.B 14

15 simbologia de equipamentos III. de equipamento - 2 Outros utilitários usados para seu bom funcionamento são representados por alguns símbolos adicionais fora da bolha Isolamento de equipamentos e rastreamento é alocado abaixo da bolha do equipamento Especificação do tubo a ser usado é alocada acima da bolha do símbolo do equipamento Códigos usados para identificar a isolação, guarnição de rastreamento e tubulação devem ser o mesmo que usado no encanamento em si Numeração de equipamentos P-1234 P - Prefixo de equipamento 1 - Grupo(optional) 2 - Área principal 3 - Unidade de operação principal na área 4 Equipamento na unidade de operação 15

16 simbologia de equipamentos IV. Bocais de equipamentos do bocal é feita por uma caixa localizada ao lado do bocal. Ele contém um único nome (tag) e tamanho. A tag de bocal mostra para qual propósito o bocal é usado. A - Entrada, B - Saída, L - Interruptor de nível Quando há mais de 1 bico usado para aplicação semelhante, números são atribuídos aos bocais de tipo semelhante. L1, L2 - Interruptores de nível 1 e 2 Número escrito abaixo da tag de bocal e dentro da caixa mostra o tamanho do bocal. e.g. no caso dado, o tamanho do bocal é 2 polegadas. 16

17 simbologia de equipamentos V. Estado do item VI. Nuvem e caixa de escopo N novo E existente R a ser realocado V pacotes fornecidos por vendedor Nuvem F futuro M a ser modificado Caixa de escopo 17

18 simbologia de tubos Tubulação é mostrada esquematicamente, em uma sequência lógica, não como ela realmente é montada A especificação de tubulação se diferencia entre vários sistemas de tubulação, sistema de tubulação, canalização de resfriamento, etc. As várias partes da tubulação são mostradas de acordo com a seguinte categorização: drenos respiradouros conexões de descarga armadilhas de vapor e ar redutores dispositivos de alívio Cada duto terá um rótulo que fornece um identificador exclusivo, código de especificação de tamanho e tubulação Correções de tubulação para equipamentos e terminações de linha são mostradas como flangeado ou roscado Elevação e tamanho de tubos, isometria e considerações de estresse não são mostradas 18

19 tipos de linhas 19

20 acessórios de linha 20

21 válvulas 21

22 simbologia de instrumentos Um instrumento é um dispositivo que mede uma grandeza física como fluxo, temperatura, pressão, nível, distância Instrumentação é a utilização de instrumentos para monitorar e controlar processos de medição Como uma fábrica tem diferentes processos, usamos instrumentos pelas seguintes razões: Reduzir a variabilidade Aumentar a eficiência Garantir a segurança P&IDs mostra todos os instrumentos presentes na planta em vários processos Cada instrumento é identificado e mostrado ambos esquematicamente e simbolicamente Especificações do instrumentos determinam o tipo, serviço, variedade e fabricante 22

23 nomenclatura A norma define uma nomenclatura única e padronizada (tagname) para cada componente da planta; O tagname é um código alfanumérico, cuja finalidade é identificar equipamentos ou instrumentos, dentro de uma planta industrial; A qualidade de um bom projeto depende do grau de exatidão e confiabilidade de sua documentação técnica; O tagname deve ser definido no início do projeto, para não se perder o controle das informações necessárias para o bom andamento dos trabalhos. 23

24 formato do tagname P Variável medida Pressão R Função passiva ou de informação Registrador C Função ativa ou de saída Controlador 001 Área de atividade, onde o instrumento atua 02 Número sequencial da malha A Sufixo 24

25 formato do tagname As letras subsequentes são utilizadas para designar a função ou modificar o significado da primeira letra. A primeira letra é usada para designar a variável medida Pressure Level Flow Temperature X Y Z 123 Indicator Recorder Controller Transmitter 25

26 identificação funcional 26

27 identificação funcional 27

28 exemplos PI Indicador de pressão; VI Indicador de viscosidade; PIC Indicador controlador de pressão; BIC Indicador controlador de queima ou combustão. WAL Alarme de peso baixo; HV Válvula de controle manual; Utilizando o tagname: LV > Válvula de nível da área 1, setor 2, grupo 3. Dentro do grupo 3 o número desse instrumento é

29 P&ID Os P&ID são representações gráficas do que está acontecendo no processo industrial; Nos fluxogramas os equipamentos são identificados pela simbologia e pelo tagname utilizado. Exemplo: A válvula de saída de tanque abre conforme for requerido pelo maior dos sinais dos controladores de nível 29

30 P&ID - localização 30

31 P&ID 31

32 P&ID - processo comunicação por software (ou seja nesse caminho é utilizado um protocolo de rede industrial) comunicação por sinal elétrico 32

33 P&ID - processo comutador (ou chave) de vazão (em locação auxiliar) transmissor de vazão (em campo) indicador e controlador de vazão (em locação principal) transmissor diferencial de temperatura transmissor de nível (em campo) indicador e controlador de nível (em locação principal) alarme de nível alto instrumento combinado para análise, indicação e controle de temperatura. 33

34 P&ID funcionamento do sistema A vazão do óleo quente (à esquerda) é controlada pela temperatura de saída do fluido do tanque (à direita). O nível do tanque é controlado de modo independente e existe um alarme de nível alto na sala de operação. 34

35 PFD process flow diagram O PFD mostra menos detalhes que o P&ID e é usado para entender como o processo funciona. 35

36 criação do P&ID 36

37 processo exemplo Utilizando imagens pode ser informativo, porém não é prático e também não é utilizável em ferramentas CAD. Controlador de Temperatura e Gravação Transmissor de Temperatura Termômetro Sensor de Temperatura Vapor Válvula de Controle (pneumática) Trocador de Calor 37

38 processo exemplo O P&ID irá usar símbolos e círculos para representar cada instrumento e como eles são interconectados no processo. Controlador de Temperatura e Gravação Transmissor de Temperatura Termômetro Sensor de Temperatura Vapor Válvula de Controle (pneumática) Trocador de Calor 38

39 processo exemplo As tags são alocadas próximas ao instrumento para identificar seu tipo e função. Temperature Recording Controller Temperature Transmitter TRC 201 Temperature Indicator TI 203 TT 202 FCV 206 Flow Control Valve 39

40 processo exemplo - resultado Controlador de Temperatura e Gravação Transmissor de Temperatura Termômetro TRC 201 Sensor de Temperatura Válvula de Controle (pneumática) Trocador de Calor TT 202 FCV 204 TI