Instrumentação - Pressão e nível

Instrumentação - Pressão e nível

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Instrumentação Básica I Pressão e Nível

Instrumentação

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação GeralEvandro de Figueiredo Neto (CST) Robson Santos Cardoso (SENAI)

Supervisão(CST)

Fernando Tadeu Rios Dias (SENAI)

Elaboração(CST)

Ulisses Barcelos Viana (SENAI)

Aprovação (CST) (CST) Wenceslau de Oliveira (CST)

SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial CTIIAF – Centro Técnico de Instrumentação Industrial Arivaldo Fontes Departamento Regional do Espírito Santo Av. Marechal Mascarenhas de Moraes, 2235 Bento Ferreira – Vitória – ES CEP 29052 - 121 Telefone: (27) 3334 - 5211 Telefax: (27) 3334 - 5217

CST – Companhia Siderúrgica de Tubarão Departamento de Recursos Humanos Av. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro – Serra – ES CEP 29163-970 Telefone: (27) 3348-1286

AssuntoPágina
Introdução à instrumentação5
Simbologia da Instrumentação10
Modulação Analógica e Digital (Anexo A)26
Field Bus (Anexo B)29
Medição de Pressão35
Definições Básicas35
Princípios, Leis e Teoremas da Física36
Definição de Pressão38
Técnicas de medição de pressão40
Tipos de Manômetro Líquido43
Manômetro Tipo Elástico47
Manômetro Padrão59
Instrumento de transmissão de sinal61
Escolha do tipo de Medidor65
Recomendações para uso65
Instrumentos para Alarme e Intertravamento6
Instrumentos Conversores de Sinais71
Medição de nível73
Classificação e Tipo de Medidores de Nível73
Medidores de Nível por Medição Direta75
Medidores de Nível por Medição Indireta86
Escolha do tipo de Medidor de Nível110

Índice Instrumentos para Alarme e Intertravamento......................................... 110

Proporcionar ao participante, conceitos de pressão, nível e uma abordagem geral ao estudo da instrumentação industrial, analisando partes integrantes como sensores, indicadores, transmissores e etc., bem como aplicações e princípio de funcionamento dos mesmos.

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, TEMPERATURA; as quais denominamos de variáveis de um processo.

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.

TABELA 01 - CLASSIFICAÇÃO POR FUNÇÃO

DetectorSão dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável do processo. Pode ser ou não parte do transmissor.

TransmissorInstrumento que tem a função de converter sinais do detector em outra forma capaz de ser enviada à distância para um instrumento receptor, normalmente localizado no painel.

IndicadorInstrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector, transmissor, etc.

RegistradorInstrumento que registra graficamente valores instantâneos medidos ao longo do tempo, valores estes enviados pelo detector, transmissor, Controlador etc.

ConversorInstrumento cuja função é a de receber uma informação na forma de um sinal, alterar esta forma e a emitir como um sinal de saída proporcional ao de entrada.

Unidade Aritmética

Instrumento que realiza operações nos sinais de valores de entrada de acordo com uma determinada expressão e fornece uma saída resultante da operação.

IntegradorInstrumento que indica o valor obtido pela integração de quantidades medidas sobre o tempo.

ControladorInstrumento 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.

Elemento final de controle

Dispositivo cuja função é modificar o valor de uma variável que leve o processo ao valor desejado.

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 será descrito 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 instrumentos pneumáticos 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).

A grande e única vantagem em seu 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).

a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu suprimento e funcionamento.

b) Necessita 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 feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.

Face a 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 utilizase 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.

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