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DESCRIÇÃO
Descrição de símbolos e nomenclaturas aplicados à instrumentação industrial. Apresentação da classificação dos instrumentos e das normas técnicas aplicáveis.
PROPÓSITO
Compreender os principais símbolos e as nomenclaturas utilizados em aplicação industrial; a classificação dos instrumentos e as principais normas técnicas aplicadas em instrumentação.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Identificar os principais símbolos e as nomenclaturas utilizados em instrumentação industrial
MÓDULO 2
Reconhecer a classificação dos instrumentos
MÓDULO 3
Identificar as principais normas técnicas aplicadas em instrumentação
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
MÓDULO 1
Identificar os principais símbolos e as nomenclaturas utilizados em instrumentação industrial
SIMBOLOGIA E NOMENCLATURA DE INSTRUMENTAÇÃO
INTRODUÇÃO
Os símbolos utilizados em instrumentação são fundamentais para a representação correta dos documentos (diagramas, plantas baixas etc.), pois são usados em instalações elétricas, controle industrial e instrumentação. Os órgãos responsáveis pela padronização da simbologia utilizada na instrumentação industrial são a ANSI/ISA e a ABNT.
ANSI/ISA American National Standard Institute/International Society of Automation.
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas.
A NOMENCLATURA E A SIMBOLOGIA SÃO UTILIZADAS SIMULTANEAMENTE PARA A REPRESENTAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS APLICADOS AOS PROCESSOS INDUSTRIAIS EM
Entradas e saídas dos controladores.
Sistemas de intertravamento e segurança
AS PLANTAS INDUSTRIAIS DEVEM CONTER OS SÍMBOLOS E AS IDENTIFICAÇÕES DOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS, ALÉM DE SUA LOCALIZAÇÃO E AS FUNÇÕES PROGRAMADAS
APLICADAS NAS MALHAS DE CONTROLE.
A medição e no controle de processos industriais. Norma S5.1 da ISA (ISA 5.1) estabelece os símbolos gráficos e a nomenclatura para identificação dos instrumentos e sistemas utilizados na Pelo padrão estabelecido na norma, cada instrumento possui uma identificação específica ou uma função programada, que é identificada por uma sequência de letras utilizada para classificar corretamente o instrumento. Essa sequência é complementada por um conjunto de letras e números que auxiliam na identificação da localização do instrumento na planta industrial.
ATENÇÃO
O na qual ele se localiza e sua sequência na malha da qual faz parte. tag de um instrumento deve possuir as informações da variável medida ou controlada pelo instrumento, a função do instrumento na planta, a área Essas informações são fundamentais, pois uma planta industrial pode possuir vários setores ou áreas distintas, tornando necessário identificar a que setor/área aquele instrumento pertence. Além disso, um setor pode possuir várias malhas de instrumentação e controle, sendo necessária a identificação de sua numeração na malha. Por exemplo, suponha um instrumento com o seguinte tag :
TRC – A02B.
Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
TRC
A02B
O primeiro conjunto de letras ( TRC ) indica a variável de controle e a função que o instrumento desempenha na malha industrial. O segundo conjunto ( A02B ) indica a área da fábrica e a posição na malha à qual o instrumento pertence. Para a compreensão correta desse tag , é necessário conhecer a sequência de letras da Norma S5.1 da ISA.
IDENTIFICAÇÃO DO INSTRUMENTO
Essa norma técnica estabelece que, para representar os instrumentos ou a função programada em um diagrama P&ID de malha de instrumentação e controle, deve-se empregar um conjunto de letras definidas conforme a Tabela 1.
Letra
1º grupo de letras 2º grupo de letras Variável medida Função 1ª letra Modificadora Passiva Ativa Modificadora A Análise Alarme B Chama C Condutividade elétrica Controlador D Densidade Diferencial E Tensão Sensor F Vazão Razão
G Escolha do usuário Visão direta
H Manual Alto I Corrente elétrica Indicador
J Potência Varredura/Seleção manual
K Temporização Taxa de variação com o tempo Estação de controle
L Nível Lâmpada piloto Baixo
M Umidade Instantâneo Médio/intermediário
N/O Escolha do usuário Orifício de restrição
P Pressão Conexão para teste
Q Quantidade Integração/Totalização R Radiação Registrador
A segunda coluna do 2 sigla TC é responsável peloo^ grupo de letras é responsável pela função ativa ou de saída do instrumento. Por exemplo, um instrumento identificado pela controle de temperatura ( temperature control ), e um instrumento identificado pela sigla LS é uma chave de nível ( level switch ). A terceira coluna do 2 situação: o^ grupo de letras é a letra modificadora da função. Para compreender melhor a necessidade dessa letra, imagine a seguinte
2º grupo de letras Função Passiva Ativa Modificadora Alarme
Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal Recorte da tabela 1 – Tabela 4.1 da norma ISA S5.1 - Identificação das letras “É solicitado a você que faça a instalação de um alarme de nível em um tanque de óleo.” Fica a pergunta: “Esse alarme deve ser acionado quando o tanque atingir um nível alto ou baixo?”
SE VOCÊ FEZ ESSA PERGUNTA, DEVE TER PERCEBIDO A IMPORTÂNCIA DESSA LETRA MODIFICADORA PARA ALGUNS INSTRUMENTOS.
EXEMPLO
Imagine um instrumento com a sigla low ). Também é possível inserir uma dupla modificação do tipo LSH — chave de nível alto ( LSHH level switch high — chave de nível muito alto () e a sigla TAL — alarme de temperatura baixa ( level switch high high ). temperature alarm Alguns exemplos são:
FIC
LT
WIC
FRC
Controlador e indicador de vazão. Transmissor de nível. Indicador e controlador de peso. Registrador e controlador de vazão.
SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
Na Tabela 2, estão representados os símbolos dos instrumentos utilizados nos fluxogramas de processo, com os quais pode-se definir em que local de uma planta industrial um instrumento está localizado.
Sala de controle central Local auxiliar Acessível ao operador Inacessível ao operador Acessível ao operador Inacessível ao operador
Equipamento - Instrumento discreto Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy
Equipamento compartilhado
- Instrumento compartilhado Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy
Software Função de - computador Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy
Lógica compartilhada
- Controlador lógico programável Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy Imagem: Paulo Godoy
Sinal não definido Imagem: Paulo Godoy
Ligação mecânica Imagem: Paulo Godoy
Sinal pneumático Imagem: Paulo Godoy
Sinal binário pmeumático Imagem: Paulo Godoy
Sinal hidráulico Imagem: Paulo Godoy
Sinal elétrico Imagem: Paulo Godoy
Sinal fieldbus Imagem: Paulo Godoy
Sinal binário elétrico Imagem: Paulo Godoy
Sinal eletromagnético guiado Imagem: Paulo Godoy
Sinal eletromagnético Imagem: Paulo Godoy
Ligação por software Imagem: Paulo Godoy Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 3 – Padrões de comunicação.
FUNÇÕES MATEMÁTICAS
Alguns equipamentos instalados no campo têm por finalidade a execução de funções matemáticas necessárias ao controle de processos ou adequação de variáveis (seja na conversão entre unidades ou na linearização do sinal). Sendo assim, símbolos específicos são estabelecidos na ISA 5.1 para permitir a identificação da função matemática realizada por determinado equipamento, como pode ser visto na Tabela 4.
Símbolo Função Símbolo Função Σ ou
Soma × Multiplicação
Σ / N Média ÷ Divisão Δ ou −
Subtração √ Extração de raiz quadrada
K ou P
Proporcional (^) n √ Extração
∫ ou I
Integral Xn Exponenciação
d / dt ou D
Derivativo f ( x ) Função não-linear
Seletor de sinal alto Limite superior < Seletor de sinal baixo Limite inferior ± Polarização^ Limitador de sinal f ( t ) Função tempo^ ∗ / ∗ Conversão de sinal Atenção! Para visualizaçãocompleta da tabela utilize a rolagem horizontal Tabela 4 – Símbolos e funções de processamento de sinais.
Imagem: Paulo Godoy A alternativa "A " está correta.
Por meio da Norma ISA 5.1, é possível verificar os símbolos utilizados para representação dos instrumentos. Na Tabela 2, pode-se notar que o símbolo do diagrama anterior é o de um instrumento montado no campo.
MÓDULO 2
Reconhecer a classificação dos instrumentos
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTAÇÃO
CARACTERÍSTICAS DOS INSTRUMENTOS
Existem diversos tipos de instrumentos capazes de realizar uma mesma medição. Por exemplo: uma régua e um paquímetro podem ser utilizados para medir a espessura de um objeto, como um cilindro metálico. Então, qual a diferença? A diferença está na precisão do instrumento, que é somente uma de suas características. Vamos agora conhecer as características que definem os instrumentos:
FAIXA DE MEDIDA ( RANGE )
Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro dos limites inferior e superior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento.
ALCANCE ( SPAN )
Diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida do instrumento.
PRECISÃO (REPETIBILIDADE)
Propriedade de um instrumento de, em condições idênticas , indicar o mesmo valor para determinada grandeza medida.
EXATIDÃO (ACURÁCIA)
Aptidão de um instrumento para dar respostas próximas ao valor verdadeiro do mensurando (valor real da variável). A Figura 2 a seguir apresenta a relação entre precisão e exatidão dos instrumentos.
Imagem: Paulo Godoy Figura 2 - Relação entre precisão e exatidão. A – baixa precisão e alta exatidão; B – alta precisão e alta exatidão; C – baixa precisão e baixa exatidão e D – alta precisão e baixa exatidão.
FUNÇÕES DOS INSTRUMENTOS
A MEDIÇÃO DE UMA VARIÁVEL IMPLICA SUA QUANTIFICAÇÃO. ESSA MEDIDA, ENTRETANTO, NÃO IMPLICA PRODUZIR UM VALOR QUE INDIQUE SUA QUANTIDADE.
Por exemplo, considere o tanque da Figura 3. Nessa figura, é possível observar um alarme de nível alto (LAH - nível do tanque ultrapassou um patamar considerado alto para o processo operacional, ou seja, o nível do tanque ultrapassou um limite máximo Level Alarm High ), sinalizando que o seguro para o processo industrial.
Imagem: Paulo Godoy Figura 3 - Exemplo de medição descontínua. Dessa maneira, é possível perceber que a medição de uma variável pode ser realizada de três maneiras distintas: medição direta, medição indireta e medição descontínua.
P=D\CDOT G\CDOT H
Equação 1 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
ONDE:
p = pressão hidrostática d = densidade do fluido g = aceleração da gravidade h = altura da coluna do fluido dentro do tanque. Assim, conhecendo-se a densidade do fluido dentro do tanque e medindo-se a pressão, é possível, a partir de uma manipulação da equação 1 para a equação 2, determinar o nível (a altura) do fluido dentro do tanque.
H=P/D\CDOT G
Equação 2 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
3. MEDIÇÃO DESCONTÍNUA
É aquela em que apenas pontos especificados são observados, conforme observado nas Figuras 3 e 5.
APLICAÇÕES DA MEDIÇÃO A instrumentação em processos industriais pode ser utilizada para: controle, monitoramento e alarme.
CONTROLE
Pode ter como objetivo manter uma variável entre valores previamente especificados ou manter a variável constante. Nesse tipo de operação, a variável mensurada é enviada para um controlador que atua sobre o processo (direta ou indiretamente) para manutenção do valor desejado. Como exemplo, um sensor de nível em um tanque pode enviar um sinal para um controlador que produza o aumento ou a redução do nível dentro do tanque.
MONITORAMENTO
É a utilização do instrumento que permite monitorar uma variável em um processo. O acompanhamento de determinada variável pode permitir sua operação segura. Por exemplo, a medição da radioatividade em algum setor da usina nuclear de Angra, onde não era esperado que houvesse
radiação.
ALARME
Permite o acionamento de um aviso (sonoro, luminoso etc.) na ocorrência de uma condição indesejável ou perigosa. O objetivo do alarme é despertar a atenção do operador para condições anormais. Por exemplo, a luz vermelha da temperatura de óleo do painel de um automóvel, indicando que a temperatura chegou a uma temperatura crítica, capaz de danificar o motor.
PARTES INTEGRANTES DE UM INSTRUMENTO
Um instrumento eletrônico é composto por diversos elementos que, conectados, integram esse elemento de aferição. Vamos conhecer essas partes integrantes.
ELEMENTO SENSOR
É PARTE INTEGRANTE DO INSTRUMENTO. É O SENSOR QUE POSSIBILITA A MEDIÇÃO DA VARIÁVEL CRIANDO CONDIÇÕES PARA QUE SEJA MEDIDA. A ESCOLHA DO ELEMENTO SENSOR
DEPENDE DA VARIÁVEL QUE ESTÁ SENDO MEDIDA.
EXEMPLO
A vazão do fluido dentro de uma tubulação pode ser medida pela variação da pressão dentro dela. Nesse caso, o elemento sensor seria responsável por criar a diferença de pressão necessária para determinação da vazão.
EM ALGUNS CASOS, UM INSTRUMENTO PODE POSSUIR MAIS DE UM ELEMENTO SENSOR. NESSA
SITUAÇÃO, O ELEMENTO SENSOR QUE ESTÁ EM CONTATO COM A VARIÁVEL RECEBE A DENOMINAÇÃO DE PRIMÁRIO E O OUTRO ELEMENTO SENSOR RECEBE A DENOMINAÇÃO DE
SECUNDÁRIO.
TRANSDUTOR É a parte integrante do instrumento que realiza a conversão de uma grandeza física em outra.
EXEMPLO
Um transdutor converte um sinal pneumático em elétrico, mecânico em pneumático, elétrico em mecânico, entre outras conversões possíveis. Esse tipo de conversor é fundamental por possibilitar que grandezas como nível, pressão, umidade etc. sejam convertidos em sinais elétricos e enviadas para um controlador.
Transmissor microprocessado capaz de corrigir erros de não linearidades ou compensar erros secundários. Transmissor microprocessado acoplado a um controlador, capaz de receber a informação e atuar sobre o processo.
CONDICIONADORES DE SINAIS
É RESPONSÁVEL POR EFETUAR UM TRATAMENTO ESPECÍFICO (PROCESSAMENTO) NO SINAL RECEBIDO DE UM INSTRUMENTO.
EXEMPLO
Considere um amplificador. Nesse tipo de condicionador, um sinal recebido de um instrumento e que se deseja disponibilizar em um display LCD. Caso o sinal possua uma intensidade muito baixa (na faixa dos microamperes ou miliamperes), insuficiente para sensibilizar o display, um condicionador pode ser utilizado para a amplificação desse sinal a um nível suficientemente alto. De maneira similar, um atenuador é responsável por reduzir a intensidade do sinal recebido, caso seja excessivamente alta para o sistema utilizado. Um condicionador também pode atuar na linearização do sinal recebido, a partir de operações matemáticas fundamentais.
INDICADORES Um indicador recebe a informação da variável do processo e a disponibiliza, podendo ser em um display analógico ou digital (Figura 7) ou para uma tela de operação, que pode ser do tipo touch screen (interface homem-máquina ou IHM), como a da Figura 8, ou uma tela de computador com um sistema de supervisão, também conhecido como supervisório.
Foto: Paulo Godoy Figura 7 - Exemplos de displays: (A) analógico com escala horizontal e (B) digital
Foto: Paulo Godoy Figura 8 - Exemplo de interface homem-máquina (IHM)
REGISTRADOR Como o nome indica, é um dispositivo responsável pelo registro ou armazenamento da informação fornecido por um instrumento. As variáveis mensuradas pelo elemento sensor são registradas de forma contínua ou descontínua (em determinados intervalos de amostragem ou de leitura pré- ajustados). Esse registro pode ser na forma numérica ou gráfica e armazenado em uma memória, banco de dados ou em papel. Esses dados armazenados permitem a análise do processo monitorado por um intervalo de tempo que pode ser de horas, dias, meses ou anos, dependendo da necessidade do processo.
COM OS DADOS ARMAZENADOS É POSSÍVEL OBSERVAR AS VARIAÇÕES QUE OCORREM EM UM PROCESSO AO LONGO DO TEMPO. OS DADOS ARMAZENADOS TAMBÉM SÃO IMPORTANTES EM
INVESTIGAÇÕES DE ACIDENTES, TENDO EM VISTA QUE OS DADOS ARMAZENADOS PERMITEM OBTER INFORMAÇÕES SOBRE O PROCESSO ANTES E DEPOIS DO OCORRIDO.
CONTROLADORES O principal componente em uma malha de controle de processos é o controlador. Esse equipamento funciona como o “cérebro” do sistema. Ele recebe as informações que são mensuradas do processo (previamente processadas) e as compara com um sinal de referência (previamente ajustado). Os controladores podem ser do tipo “liga ou desliga” ( on-off ) ou do tipo PID (proporcional, integral e derivativo).
CONTROLADORES DO TIPO “LIGA OU DESLIGA” Essencialmente, tais controladores recebem as informações medidas do processo e realizam uma comparação simples. O resultado dessa comparação gera um comando simples de “ligar ou desligar”, “abrir ou fechar”, “acender ou apagar”, dependendo do que se está controlando no processo, uma bomba, uma válvula ou uma lâmpada. Um controlador do tipo “liga ou desliga” atua por meio de uma comparação simples entre a informação proveniente da instrumentação e a informação fornecida pelo operador do processo. A partir dessa comparação e dependendo da programação colocada na memória do controlador, determinada ação é efetuada. Como exemplo, imagine um controlador do tipo “liga ou desliga” que esteja recebendo a informação de nível de um tanque e seja capaz de ligar ou desligar uma bomba que abastece esse tanque com água, conforme a Figura 9.
Imagem: Paulo Godoy Figura 9 - Ilustração de um sistema de controle de nível de um tanque
