Noções de Instrumentação.2.15 Noções de Metrologia. Pág. 2 2.16 Tipos de Instrumentos, terminologia, simbologia. Pág. 10 2.17 Transmissão e transmissores pneumáticos e eletrônicos analógicos. Pág. 27 2.18 Noções de Operações Unitárias. Pág. 43 2.19 Noções de Processos de Refino. Pág. 47 2.15 Noções de Metrologia. 1 - GENERALIDADES 1.1 - Introdução O conceito de medir, traz em si, uma idéia de comparação e como só se pode comparar " coisas" de uma mesma espécie, podemos definir medição como: " medir é comparar uma dada grandeza com outra de mesma espécie, tomada como unidade" . O homem precisa medir para definir seu espaço, sua atuação. Para isso, temos a metrologia como ferramenta de trabalho. A formação desta palavra é METRO = medir; LOGIA = estudo. 1.2 - Histórico Embora "soluções metrológicas" datem de 4800 a. C., período áureo egípcio, do qual a pirâmide de QUEOPS é o maior exemplo, os primeiros padrões de comprimento de que se tem registro são da civilização grega, que definiu o cúbito, 500 a. C.. Esse cúbito - distância do cotovelo até a ponta do indicador - foi subdividido em palmo, dígito e span, medindo cada um: - Cúbito = 523 mm - Span = 229 mm - Palmo = 76 mm - Dígito = 19 mm Com o domínio romano, o cúbito foi substituído pelo pé que era constituído de 12 polegadas, sendo esta igual ao cumprimento da segunda falange do polegar da mão do homem. A jarda que fora definida no século XII, provavelmente devido ao esporte de arco e flecha popular nessa época, como sendo a distância da ponta do nariz do Rei Henrique I até o polegar, só foi oficializada como unidade de comprimento em 1558 pela Rainha Elizabeth e materializada por uma barra de bronze. Nesta mesma época fixou-se o pé como unidade de comprimento, através de decreto real que versava: " Num certo domingo, ao saírem da igreja, dezesseis homens deverão alinhar-se tocando o pé esquerdo um no outro. a distância assim coberta será denominada vara e um dezesseis avos será o pé. A jarda, como é hoje conhecida, foi estabelecida em 1878 como sendo a distância entre os terminais de ouro de uma barra de bronze, medida a 62° F (18° C) . Nesse período, na Europa Continental, especificamente na França, procurou-se uma forma de definir um padrão de comprimento que não dependesse da estatura da família real. Assim, por volta de 1790, definiu-se o metro utilizando como referência o meridiano da terra - metro é 1:40.000.000 do comprimento do meridiano que passa por Dunquerque. Em 1837 foram refeitos os cálculos, obtendo-se, valores ligeiramente diferentes; por isso, a definição do
[email protected] 1
[email protected] 2 metro foi alterada e passou a ser : " o metro é a distância medida à temperatura do gelo fundente, entre dois traços gravados em uma barra de platina irradiada, depositada no Bureau Internacional des Poids et Mesures (BIPM), e considerado o protótipo do metro pela Primeira Conferência Geral de Pesos e Medidas, e 1889, esta barra estando à pressão normal é apoiada sobre roletes nos pontos de deflexão mínima". Em 1960 foi adotados por convenção internacional, o metro como sendo 1.670.763,73 comprimentos da onda da raia alaranjada da lâmpada de vapor de criptônio 86; conseguia-se, assim, reproduzir o metro com uma precisão de 1:10. Em 1984 o metro foi relacionado com a velocidade da luz no vácuo, definindo-o em função do tempo; isto é, um metro equivale a 1 / 299.792.458 s. 1.3 - Finalidade - Limpeza, etc. 2 - TIPOS DE MEDIDAS E MEDIÇÕES A partir da noção de que fundamentalmente medir é comparar, tem-se que uma medida pode ser obtida por dois métodos distintos: 2.1 - Medição por comparação DIRETA Compara-se o objeto da medida com uma escala conveniente, obtendo-se um resultado em valor absoluto e unidade coerente. Por exemplo: medição da distância entre dois traços utilizando-se uma régua graduada. 2.2 - Medição por comparação INDIRETA A metrologia é uma das funções básicas necessárias a todo Sistema de Garantia da Qualidade. Efetivar a qualidade depende fundamentalmente da quantificação das características do produto e do processo. Esta quantificação é conseguida através de: · definição das unidades padronizadas, conhecidas por unidade de medida, que permitem a conversão de abstrações como comprimento e massa em grandezas quantificáveis como metro, quilograma, etc; · instrumentos que são calibrados em termos destas unidades de medidas padronizadas; Compara-se o objeto da medida com um padrão de mesma natureza ou propriedade, inferindo sobre as características medidas/verificadas. Por exemplo, medições/controle de peças com calibradores passanão-passa; utilização de relógios comparadores. Na prática, normalmente, simplifica-se os termos acima definidos. Assim, encontramos usualmente "medida direta" e "medição por comparação" ou "medição indireta". 2.3 - Critérios de escolha · uso destes instrumentos para quantificar ou medir as "dimensões" do produto ou processo de análise. A passagem de medição direta para indireta pode, em geral, ser associada a dois fatos: A este item, inclui-se o OPERADOR, que é, talvez, o mais importante. É ele a parte inteligente na apreciação das medidas. De sua habilidade depende, em grande parte, a precisão conseguida. É necessário ao operador: - conhecer o instrumento; - adaptar-se as circunstâncias - escolher o método mais aconselhável para interpretar os resultados. Nota: Laboratório de Metrologia - Temperatura 20±1°C 2.5 - Medidas espaciais - Grau Higrométrico controlado (55%) Obs: o cloreto de cálcio industrial retira cerca de 15% da umidade - Ausência de vibrações e oscilações - Espaço suficiente - Boa iluminação -Retilineidade - Ortogonalidade - Posicionamento - Planeza - Tempo necessário para executar a medição; - Necessidade de resolução ou precisão incompatíveis com a dimensão a ser medida (com instrumentos de medição direta), por exemplo: 50 mm com 0,1 (um) de precisão 2.4 - Exatidão e precisão A exatidão é proporcional a diferença entre um valor observado e o valor de referência. Normalmente, o valor observado é a média de diversos valores individuais. A precisão é proporcional a diferença entre si dos valores observados para obter-se uma medida. Assim, quanto maior a concordância entre os valores individuais de um conjunto de medidas maior é a precisão.
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[email protected] 4 se justificável. resultando em uma relação de 5. A notação "As" é usada para furo e "as" para eixo. Pode ter valor positivo ou negativo. com um aparelho de resolução suficiente para controlar as medidas máxima e mínima. porém. tem-se as seguintes definições: · Dimensão nominal: é a dimensão usada na caracterização da medida.6.05mm seja controlada por micrômetro de precisão 0. 2. Assim é necessário que . normalmente é através da "dilatação". A preocupação da humanidade com o problema "medição" ficou clara com o histórico apresentado no item 1.Definições · o custo do sistema torna-se exagerado quando a relação é maior do que 10.PADRÕES apostiladigital@gmail. 3. e isto é feito .Introdução No caso e peças mais complexas. · Dimensão Máxima: é o valor máximo que se permite para a medida. 4 . e não suficiente.pelo INMETRO.1 .6. · Campo de Tolerância: é o conjunto dos valores compreendidos entre as dimensões máxima e mínima da medida. em um plano. · Afastamento Inferior: é a diferença entre a dimensão mínima e a dimensão nominal. Seu funcionamento básico.com 5
[email protected]ância das Medidas · a probabilidade de se cometer erro na medida. O segundo é feito através da manutenção de padrões de referência e de meios de dissiminação para os usuários. que O primeiro é conseguido através da existência. Pode ter valor positivo ou negativo. as providências possíveis para eliminação das fontes de erro.1 .INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA b)a homogeneidade dos processos de medida. no país usuário. · Menor intervalo de calibração. · Manovacuômetro: instrumento pra medir e indicar pressão maior ou menor do que a pressão ambiente. geralmente. É preciso garantir ainda: a) a utilização de tal sistema. mas é usual que uma dimensão tolerada. sendo considerada. · Linha de Base: na representação gráfica. Esta dimensão é. · Termômetro: instrumento para medir e indicar temperatura. é muito grande. é um valor positivo. é a linha que coincide com a dimensão nominal da medida.Principais Instrumentos de Pressão e Temperatura · Manômetro: instrumento para medir e indicar pressão maior do que a pressão ambiente. quando a relação é menor do que 4. podemos ter valores positivos ou negativos. 3 .Tolerância de Forma e Posição 4.à semelhança do National Bureau of Standards (NBS) nos EUA . como resultado. · Dimensões limites: são as dimensões máxima e mínima que a medida pode ter sem ser rejeitada. baseados em premissas diversas. um furo seja o mais circular possível e no espaço mais cilíndrico possível.2 .1 . · Tolerância: é a diferença entre os valores máximo e mínimos admissíveis para a medida. · Uso de procedimento de medição mais específico e detalhado. até único. e isto é feito no Brasil através do CONMETRO. · Dimensão Efetiva: é qualquer valor obtido para a medida. · Afastamento Superior: é a diferença entre a dimensão máxima e a dimensão nominal. · Vacuômetro: instrumento para medir e indicar pressão mentor do que a pressão ambiente. a existência de um sistema de medidas ou unidades é apenas necessário. Tais condições poderiam ser: · Uso de vários instrumentos. por exemplo. · Dimensão Mínima: é a dimensão mínima que se permite para a medida. dentro de 0. Em resumo. a média de suas leituras.com 6 . · Controle das condições ambientais · Uso do operador mais especializado e. Para efeito de uniformidade de linguagem. Qual a importância dessa regra? Foram desenvolvidos cálculos.01mm. A regra das "quatro a dez vezes" não é exigido por norma. É necessário.6 . no caso de medições simples. Um sistema deve considerar essa regra para ser seguida em cada caso e condições complementares nos casos em que uma relação maior ou igual a quatro não seja possível de ser observada. · Medida Tolerada: é o conjunto de medida nominal acompanhada dos afastamentos superior e inferior. 2. Devido a utilização de diferentes unidades e escalas de temperaturas. conhecida. não é suficiente apenas garantir que certas características básicas estejam dentro de limites pré estabelecidos. Para garantir o desempenho de uma peça é necessário que ela esteja geometricamente dentro de limites pré estabelecidos.2.demonstram que: 2. pois que se estabeleçam valores limites para a localização e para a posição relativa das superfícies. de um órgão que estabeleça o sistema compulsoriamente. 2 . · Seleção de Equipamento.Centro de Metrologia Científica e Industrial. · Serviços tecnológicos para paridade no comércio. A escolha do instrumento adequado é muito importante para o seu trabalho bem como sua melhor · Registros.Manutenção É o ato de manter um instrumento imperfeitas condições de uso.4 .com 7 apostiladigital@gmail. ou inversamente. cada um chega a uma referência comum. 4.2 . 5. · Condições Ambientais Adequadas.Ajuste É a operação designada para trazer um instrumento de medição para um estado de desempenho. Geralmente. e os valores correspondentes das grandezas estabelecidas por padrões. a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição. Para tanto o cedente e o adquirente querem ter garantia do que (qualidade) e de quanto (quantidade) está sendo transacionado. · Calibração e Ajuste. 5. A definição será abordada apenas intuitivamente. Para garantir isto. principalmente a nível de laboratórios de transferência. oferecer: · Serviços de medição para a ciência e tecnologia. · Procedimentos. Algumas dicas de como conservar seu instrumento.com 8 . 5. qualquer ajuste e/ou reparo necessário e as re-calibrações subsequentes. " A precisão e a qualidade de seus produtos está ligada ao perfeito desempenho e eficiência de seus instrumentos".4. Idealmente. A palavra rastreabilidade é uma corruptela de rastreamento e significa aquilo que é possível ser seguido até um origem qualquer. No Brasil. Os laboratórios constituintes deste esquema. tem como tarefas básicas.Conselho Nacional de Normatização. · Serviços de informação tecnológica.1 . seriam estabelecidos pelo INMETRO. através da conceituação da rastreabilidade. Metrologia e Qualidade Industrial. · Preservação. CEMCI . Metrologia e Qualidade Industrial.Calibração CONMETRO .Tipos de Padrões Para exemplificar o funcionamento do esquema.3 . sob condições especificadas. · Serviços tecnológicos para a segurança pública. SINMETRO . 5 .Requisitos ISO-9001/9002 · Ciência e tecnologia para a indústria e para o governo. ausente de tendências e adequado ao seu uso. É o conjunto de operações requeridas para garantir que um item de equipamento de medição encontra-se em um estado de conformidade com as especificações para seu uso pretendido. · Identificação da Situação. · Proteção (selo. a existência do CONMETRO e INMETRO permite assegurar o que em todos os ramos de nossas atividades é necessário ter: a REFERÊNCIA. pela seção de inseção de uma firma genérica. criado em 1901. A maioria das atividades do homem tem por finalidade transações técnicas e comerciais.3 . etc).Rastreabilidade O NBS. assim como qualquer selagem e rotulagem necessária.Normatização e Qualidade Industrial. para constituir uma rede nacional de metrologia. apostiladigital@gmail. inclui calibração. O equilíbrio de tal sistema organizacional é dinâmico e deve se suportado por atividades interlaboratoriais. através de análise dos resultados e da análise do processo de medida. É o que caracteriza a rastreabilidade. de acordo com normas préestabelecidas em função da utilização do mesmo.Instituto Nacional de Metrologia.Sistema Nacional de Normatização. considere-se o seguinte problema: garantir a medida efetuado com um micrômetro. através de credenciamento e constituiriam a Rede Nacional de Calibração. o sistema nacional deveria ter o esquema organizacional abaixo: 5. é necessário que ambos estejam baseados nas mesmas referências e que os processos de medição sejam homogêneos. INMETRO . ou valores representados por uma medida materializada ou um material de referência. lacre.CONFIRMAÇÃO / COMPROVAÇÃO METROLÓGICA Conjunto de operações que estabelece. Podemos classificá-la basicamente em: · Preventiva · Corretiva. campo. Isso evitará danos e acidentes. Micrômetros . deixe-a separada do desempeno de 2 a 20mm. 3. Traçadores de Altura . .Posicione corretamente os bicos principais na medição externa aproximando o máximo possível a peça da escala graduada. . retirando sujeiras e marcas deixadas pelos dedos no manuseio. líquido. aplique uma camada de óleo anti-ferrugem suavemente em todas as faces do instrumento. poeira. terminologia.Não exponha o instrumento diretamente ao sol. . Use um pano macio e seco.Nunca faça girar violentamente o micrômetro. com boa ventilação e livre de poeira. Nem outras pontas.componente que está em contato com a variável de processo e tem por função. .utilização.Proteja o relógio ao guardá-lo por longos períodos. limpe cuidadosamente. em instrumentos de painel. .Aplique uma camada de óleo anti-ferrugem em todas as faces do instrumento sempre que for guardá-lo por longos períodos.Não o exponha diretamente à luz do sol. mas sem dúvida os cuidados com os mesmos são essências para sua duração e melhor performance.Guarde o instrumento sempre sem a ponta se for necessário manter o traçador com a ponta montada. . transformá-la em uma grandeza mensurável por um mecanismo. Procure que as orelhas de medição nunca sejam utilizadas como compasso de traçagem. à prova de explosão. Usando um pano macio embebido em óleo antiferrugem. Paquímetros . aplique óleo anti-ferrugem suavemente em todas as faces do instrumento. . Existem também indicadores digitais que indicam a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas.Guarde-o em ambiente de baixa umidade.Após o uso limpe sujeiras e marcas deixadas pelos dedos no manuseio.2 a 2 mm. Combinações dessas classificações são efetuadas formando instrumentos conforme necessidades. .Ao guardar-lo por uma longo período.Não exponha o relógio diretamente à luz do sol.Deixe as faces de medição ligeiramente separadas de 0.Deixe as faces de medição ligeiramente separadas.Guarde-o sempre em seu estojo (ou saco plástico) 2. .1 a 1 mm. . .2 – Registrador Instrumento que registra a(s) variável(s) através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico. .16 Tipos de Instrumentos. de 0.1.Após seu uso.Evite danos nas pontas de medição. . Tipos Indicador Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável. Podemos classificar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação de acordo com a função que o mesmo desempenha no processo. . Essa prática poderá acarretar o desgaste prematuro como acidentes.
[email protected]ão deixe o fuso travado. Instrumentos Receptores São instrumentos que recebem sinais de um outro instrumento.Limpe cuidadosamente após o uso com um pano macio. Isso evitará erros por folga do cursor e o desgaste prematura das pontas onde a área de contato é menor.com 9
[email protected] 10 . simbologia. . Elemento Primário . .Não utilize o paquímetro em esforços excessivos. Tome providências para que o instrumento não sofra quedas ou seja usado no lugar do martelo. etc. Relógios Comparadores .Ao guardá-lo por um grande período. apostiladigital@gmail. e transmite para um outro instrumento a distância através de um sinal padronizado proporcional ao nível medido. Os transmissores. determinam o valor de uma variável no processo através de um elemento primário. A variável pode ser medida. através de um elemento primário.6 . Como é possível observar o elemento primário.2.Transmissor de temperatura Instrumento que mede temperatura.Conversor pressão-corrente Instrumento que recebe um sinal pneumático e converte para um sinal em corrente contínua de saída.Transmissor de pressão Instrumento que mede pressão e a transmite para um outro instrumento receptor instalado à distância através de um sinal padronizado proporcional a pressão medida.termo aplicado ao instrumento que não trabalha com sinal na entrada e saída padrão.4 . transmissor entre outros. 3. 3.1 .com 11
[email protected] corrente-pressão Instrumento que recebe um sinal em corrente contínua e converte para um sinal pneumático de saída. e transmite para um outro instrumento a distância através de um sinal padronizado proporcional à temperatura medida e a transmite para um outro instrumento a distância através de um sinal padronizado proporcional a temperatura medida. proporcional ao sinal de entrada. podem ser considerados um transdutor. recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas.com 12 . Conversores e Transmissores São instrumentos que recebem sinais correspondentes a variáveis de processos e fornecem um sinal de saída.2.2. 3.2 .2.Transmissor de vazão Instrumento que mede a vazão e a transmite para um outro instrumento receptor instalado à distância através de um sinal padronizado proporcional a vazão medida. tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo. através de um elemento primário. porém estes elementos possuem funções específicas com nomes específicos.5 . proporcional ao sinal de entrada. diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor. 3. 3.Controlador Instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. No caso dos conversores. Transdutor .2.3 .Transmissor de nível Instrumento que mede nível. modifica caso necessário as informações e fornece um sinal de saída resultante.2. 3. instrumentos e todo equipamento pertencente ao processo. torres.com 13
[email protected] – Anunciadores de alarme Os anunciadores de alarme são dispositivos de segurança destinados a identificar anormalidades em um processo e alertar o operador através de sons ou luzes intermitentes. temperatura e pressão de trabalho. dimensões principais.) com indicação das características básicas.As principais válvulas de bloqueio. ejetores.
[email protected] Finais de Controle Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle. ou números. reatores etc. ou bargraph. geralmente de acordo com as convenções da Sociedade de Instrumentos da América . realiza operações matemáticas.. tambores.As tubulações principais com indicação do fluido contido e do sentido do fluxo ...4 – Sistemas de alarme e segurança Os sistemas de alarme e segurança.Todos os vasos (tanques. engloba os anunciadores de alarme e elementos sensores instalados para detectar irregularidades nos processos.3 .) com indicação das características básicas. instrumentos etc. equipamentos.com 14 .instrumento que nos fornece o valor de uma variável de processo. pressão. de lógica ou de seleção de sinais e envia o resultado a um instrumento.Todos os instrumentos principais deverão estar indicados por sua simbologia e nomenclatura. alívio etc. Nos fluxogramas de processo deve estar contido o seguinte. 3. É utilizado para qualquer tipo de variável. . trocadores de calor etc.4. identificação e análise do funcionamento de seus componentes. segurança.instrumento que recebe um ou mais sinais de outros instrumentos.componente que está em contato com a variável de processo e tem por função. válvulas. compressores. Os fluxogramas são desenhos esquemáticos sem escala que mostram toda a rede de tubulações e os diversos vasos. bastando que se utilize um elemento sensor apropriado. na forma de um ponteiro e uma escala. .2 – Chaves São instrumentos que detectam a presença do meio controlado em um ponto pré ajustado e mudam o estado de um interruptor. TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA De um modo geral os elementos de controle são: ELEMENTO PRIMÁRIO. transformá-la em uma grandeza mensurável por um mecanismo. FLUXOGRAMAS DE PROCESSO Fluxogramas são as representações simbólicas do processo para fins de localização. eletrônico ou digital.3. . . possibilitando a energização ou desenergização de um circuito elétrico. filtros. como tipo. número de bandejas etc. regulagem. 3. bombas.ISA.4. como vazão. Para todos os tipos usuais de vasos. Relê De Computação . controle. etc. INDICADOR. existem convenções de desenho. carga térmica etc.Todos os equipamentos importantes (bombas. 3. temperatura. 5ºC. a um indicador. Precisão Podemos definir como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de trabalho. ao campo da instrumentação industrial.5%. sem que provoque variação na indicação ou sinal de saída de um instrumento ou em valores absolutos do range do mesmo. Ex. Podemos ter também a precisão dada diretamente em unidades da variável.instrumento que tem por função. são aceitas por todos os que intervêm. Ex.M.A. podemos ter somente o ERRO ESTÁTICO. modificando-a em resposta a um sinal de comando. TRANSMISSOR. CONVERSOR. Podemos ter a precisão variando ao longo da escala de um instrumento. o qual poderá estar indicando a mais ou a menos.1 TERMINOLOGIA As definições. Quando a variável estiver variando.A.REGISTRADOR. Em porcentagem do valor medido Ex. teremos um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. Ex. podendo o fabricante indicar seu valor em algumas faixas da escala do instrumento. com range de 50 a 150ºC e precisão de 1%. Expressa-se determinando os valores extremos. Como é possível observar o elemento primário.sabemos que a temperatura estará entre 79. manter o valor da variável de processo. Quando tivermos a variável variando. etc.É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do instrumento. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Erro: É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento.: Precisão de ± 2ºC.5ºC. Quando a variável não estiver variando. dependendo da indicação do instrumento. CONTROLADOR. Para 80ºC teremos uma margem de ± 0. A precisão será de ± 1.instrumento que mede uma determinada variável. Zona Morta É a máxima variação que a variável possa ter. com o objetivo de promover uma mesma linguagem.: Precisão de 1%. enviando um sinal de saída ao elemento final de controle.dispositivo que está em contato direto com a variável manipulada. registrador. controlador.: Em instrumento com range de 100 a 500ºC. Se tivermos o processo em regime permanente.Conjunto de valores da variável medida.instrumento que registra. teríamos uma tolerância de ± 0. em sua norma PMC 20.5% por exemplo.5ºC e 80.: Precisão de ± 1%.instrumento que recebe um ou mais sinais de outros instrumentos.500ºC 0 . Em porcentagem do valor máximo da escala do instrumento. RELÊ DE COMPUTAÇÃO. igual ao valor estabelecido em seu mecanismo.com 16 . e envia um sinal proporcional a distância. que poderá ser positivo ou negativo. EX.termo aplicado ao instrumento que não trabalha com sinal na entrada e saída padrão. Podemos expressá-la de diversas maneiras: Em porcentagem do alcance ( Span ) Um instrumento que possui um SPAN de 100ºC e está indicando 80ºC. de grandezas diferentes. a seguir adotadas.: Se o comprimento da escala de um instrumento fosse de 30cm. As definições e os termos empregados foram elaborados pela S. transmissor entre outros. o valor da variável de processo em uma carta gráfica. Ex. Ex. ( Scientific Apparatus Makers Association ). Em porcentagem do comprimento da escala. podem ser considerados um transdutor.: Um manômetro pode ter uma precisão de ± 1% em todo seu range e ter na faixa central de sua escala uma precisão de 0. de lógica ou de seleção de sinais e envia o resultado a um instrumento. sua precisão é de 0.20 PSI Alcance ( Span ) .instrumento que recebe e envia um sinal padrão em instrumentação. Range de 50 a 150ºC. Esta diferença entre o valor real e o valor medido é chamado de ERRO DINÂMICO. 3. Faixa de Medida ( Range ) : . Ex. poderemos ter o ERRO DINÂMICO e o ERRO ESTÁTICO. realiza operações matemáticas.: 100 .: Sensibilidade
[email protected] 15 apostiladigital@gmail. chamaremos de erro estático.3cm na escala do instrumento. direta ou indiretamente. por meio de um traço contínuo ou pontos. ELEMENTO FINAL DE CONTROLE.8ºC. porém estes elementos possuem funções específicas com nomes específicos. TRANSDUTOR. que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. em relação ao valor real da variável medida. 1 ( Instrumentation Symbols and Indentification ) da Instrument Society of America (ISA). em qualquer ponto da faixa de trabalho.com 18 . poderá ser acrescido um sufixo. cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras que classifica funcionalmente (Ver tabela. após ter alcançado o estado de repouso. no instrumento. Expressa-se em porcentagem do SPAN. que deverão ser utilizados nos diagramas de malhas de controle de projetos de instrumentação. Devemos destacar que o termo "zona morta" está incluído na histeresis.com 17 apostiladigital@gmail. Para facilitar o entendimento do texto deste trabalho. A figura mostra um exemplo de instrumento identificado de acordo com a norma em referência.) é um conjunto de algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou na função programada pertence. Ex. quando a variável percorra toda a escala nos sentidos ascendente e descendente. O termo repetibilidade não inclui a histeresis. adotando sempre o mesmo sentido de variação.: Num instrumento com range de . Repetibilidade É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável.5. para completar a identificação.1 As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificação para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas. o erro será de 0. Histeresis É o erro máximo apresentado por um instrumento.5. a essência da norma S. De acordo com esta norma. no instrumento.
[email protected]% de 150ºC = ± 0.45ºC. Eventualmente.50ºC a 100ºC e histeresis de ± 0. 3.É a razão entre a variação do valor indicado ou transmitido por um instrumento e a variação da variável que o acionou.2 IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS Normas S. para um mesmo valor. mostra-se a seguir. Expressa-se em porcentagem do SPAN. Pode ser dada em porcentagem do alcance de medida.3%. área de atividades.função passiva ou de informação: registrador. C .Ar de alimentação IA .com 20 . A . 210 .variável medida ou iniciadora: temperatura.Símbolos Típicos de Instrumentos As figuras abaixo mostram os símbolos gerais utilizados para representar instrumento ou função programada.Ar da planta Opcional ES . R . os símbolos e funções de processamento de sinais e os símbolos utilizados para representar linhas para Instrumento ou função programada.Exemplo de identificação de instrumento Onde: T . AS . onde o instrumento ou função programada atua.com 19
[email protected] 5.Alimentação de gás HS .Alimentação Hidráulica NS .Alimentação de vapor apostiladigital@gmail. * As abreviações seguintes são sugeridas para denotar o tipo de alimentação. de acordo com a norma em referência.função ativa ou de saída: controlador.Alimentação elétrica GS .número seqüencial da malha.Alimentação de Nitrogênio SS . Essas designações também podem ser aplicadas para alimentação de fluido de purga. 02 .Ar de instrumento PA .2 . *** Fenômeno eletromagnético inclui aquecimento. ondas de rádio.WS . ou AR ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA DE 24 VOLTS CONTÍNUA. este pode ser identificado por uma nota no símbolo do sinal ou de outra maneira. exemplo: AS-100 . apostiladigital@gmail. radiação nuclear e luz. ** O símbolo de sinal pneumático aplica-se para qualquer gás de médio sinal.com 22 .com 21 apostiladigital@gmail. Se um outro gás é usado.Alimentação de água O nível de alimentação pode ser adicionado na linha de alimentação do instrumento. compressores. reatores etc.As tubulações principais com indicação do fluido contido e do sentido do fluxo. 16 .Defina a localização dos equipamentos e tipos de sinais de transmissão de cada malha de controle. 6 . como vazão. .com 24 .Diga qual a função de cada um dos instrumentos.O que foi possível com a centralização das variáveis do processo.Defina o que é indicador. pressão. .Defina o que é registrador.Todos os instrumentos principais deverão estar indicados por sua simbologia e nomenclatura. Para todos os tipos usuais de vasos.Quais são as 3 partes necessárias para uma malha de controle fechada? 7 . equipamentos. trocadores de calor etc. temperatura. válvulas. bombas.Defina o que é transmissor.Como era o controle do processo no princípio da era industrial? 3 . a) WT b) FIC c) TI d) PIT e) LR f) TSL g) PSLL h) TJR i) TT j) PIC l) FR m) LT n) FSHH o) LSH p) FY 20 .O que estabelecem as normas de instrumentação? 19 . 8 ..As principais válvulas de bloqueio.Todos os equipamentos importantes (bombas. 14 .com 23
[email protected] o que é controlador.) com indicação das características básicas.ISA .) com indicação das características básicas. filtros.Quais são os objetivos dos instrumentos de medição e controle? 2 . 17 .Defina o sistema de controle. EXERCÍCIOS 1 .Defina o que é transdutor. carga térmica etc. . 11 . identificação e análise do funcionamento de seus componentes. 10 . existem convenções de desenho. torres. regulagem.
[email protected] o que é instrumentação. número de bandejas etc. Nos fluxogramas de processo deve estar contido o seguinte. controle.Defina o que é elemento final de controle. instrumentos etc. .Defina o que é erro. . geralmente de acordo com as convenções da Sociedade de Instrumentos da América .Como são divididos os processos industriais? 5 . temperatura e pressão de trabalho. tambores.Defina o que é range. dimensões principais. alívio etc. abaixo de acordo com a sua identificação.Todos os vasos (tanques. 12 . Os fluxogramas são desenhos esquemáticos sem escala que mostram toda a rede de tubulações e os diversos vasos.e podem ser encontradas nas documentações distribuídas por esta sociedade.? 4 . 15 . ejetores.FLUXOGRAMAS DE PROCESSO Fluxogramas são as representações simbólicas do processo para fins de localização. 9 . segurança. como tipo.Defina o que é span. 13 .Defina o que é exatidão. além da sua função (equipamento). instrumentos e todo equipamento pertencente ao processo. 18 . A sigla C.M.j) 73% de 1 .Cite 2 tipos de sinais de transmissão eletrônica.100 Kpa = _______________________ f) 55% de 20 .A sigla M.T.K.Calcule o valor pedido: Exemplo: 9 PSI é quantos % da faixa de 3 à 15 PSI 21 .1 Kgf/cm2 = _______________________ e) 45% de 20 . define que tipo de sistema de medida? 28 .Cite 2 tipos de sinais de transmissão pneumática.S.2 .? 24 .20 mA = _______________________ i) 37% de 1 .4 Kgf/cm2 é quantos % da faixa de 0.O pôr que do “zero vivo”nos sinais de transmissão? 36 . 32 .5 V é quantos % da faixa de 1 à 5 V = ___________________ a) 70% de 3 . 31 .15 PSI = _______________________ c) 10% de 0.5 V = _______________________ 37 .5 V é quantos % da faixa de 1 à 5 V = ___________________ j) 4. define que tipo de sistema de medida? 26 .K.G. 35 .T. define que tipo de sistema de medida? 25 .Quais são as unidades fundamentais do sistema inglês prático? 30 .Calcule o valor pedido: Exemplo: 50% do sinal de 3 à 15 PSI a) 12 PSI é quantos % da faixa de 3 à 15 PSI = ___________________ b) 6 PSI é quantos % da faixa de 3 à 15 PSI = ___________________ c) 0.2 à 1 Kgf/cm2 = ___________________ d) 0.6 Kgf/ cm2 é quantos % da faixa de 0.F.Quais são os dois principais sistemas de medidas quanto à natureza das unidades? 22 .T.100 Kpa = _______________________ g) 65% de 4 .Cite 2 tipos de transmissores 33 .Quais são as unidades fundamentais do sistema L.2 .Cite 2 vantagens da telemetria.20 mA = _______________________ h) 75% de 4 .Quais são as unidades fundamentais do sistema L.gs.S.5 V = _______________________
[email protected] 25
[email protected] à 1 Kgf/cm2 = ___________________ e) 90 Kpa é quantos % da faixa de 20 à 100 Kpa = ___________________ f) 70 Kpa é quantos % da faixa de 20 à 100 Kpa = ___________________ g) 9 mA é quantos % da faixa de 4 à 20 mA = ___________________ h) 13 mA é quantos % da faixa de 4 à 20 mA = ___________________ i) 1. 34 .com 26 . define que tipo de sistema de medida? 27 .A sigla M.? 23 .S.Defina o que é telemetria.1 Kgf/cm2 = _______________________ d) 30% de 0.A sigla M.Quais são as unidades fundamentais do sistema inglês absoluto? 29 .15 PSI = _______________________ b) 80% de 3 . No único invólucro do transmissor há vários sensores para medir simultaneamente a variável principal (vazão) e as secundárias (pressão e temperatura do processo). Terminologia O transmissor é também chamado erradamente de transdutor e de conversor. o controlador era conectado diretamente ao processo. para um instrumento receptor remoto. de 15 a 60 MPa. Já existe disponível comercialmente transmissor multivariável. Justificativas do Transmissor Antes do aparecimento do transmissor pneumático. modifica a informação. as funções de medição e de controle estão freqüentemente associadas aos sinais dos transmissores. Porém. próximo ao processo.2.2. Fig. O transmissor oferece muitas vantagens em comparação com o uso do controlador ligado diretamente ao processo. conversor de corrente elétrica para pneumático e a válvula de controle são transdutores. corrosivos. O transmissor sente a variável através de um sensor no ponto onde ele está montado e envia um sinal padrão. relé. transdutor. a sua forma ou ambas e envia um sinal de saída resultante. também para fins de compensação. Sensor secundário é o sensor montado adjacente ao primário para medir o parâmetro físico que afeta de modo indesejável a característica básica do sensor primário (por exemplo. protegidos. 2. por exemplo. Introdução Rigorosamente o transmissor não é necessário. os efeitos da temperatura na medição de pressão). 2. proporcional ao valor medido. Fig. Transdutor é um termo genérico que designa um dispositivo que recebe informação na forma de uma ou mais quantidades físicas. Por exemplo: o transmissor eletrônico de pressão sente um sinal de pressão. Este termo é genérico e segundo este conceito. que depende essencialmente da variável medida. como ocorre com o transmissor de temperatura com o termopar ou com a resistência elétrica. ANSI/ISA S37. nem sob o ponto de vista de controle. 2. É desejável que a saída do transmissor seja linearmente proporcional à variável medida e nem sempre há esta linearidade. há uma padronização dos instrumentos receptores do painel. Elementos sensores de pressão Transmissor O transmissor é o instrumento que converte um sinal não-padrão em um sinal padrão de natureza igual ou distinta.1. Todo transmissor possui um elemento sensor. com a ausência de tubos capilares compridos. 2. Elemento sensor Elemento sensor é um dispositivo integrante de um instrumento que converte um sinal nãopadrão em outro sinal não-padrão. ele também pode ser montado na sala de controle.17 Transmissão e transmissores pneumáticos e eletrônicos analógicos. 3. Neste contexto. Transmissor montado em local hostil
[email protected]. num formato padronizado. Nem a pressão de entrada e nem o deslocamento do sensor são padronizados. Conceitos básicos 1. Por exemplo. conversor. Outro exemplo: o transmissor pneumático de pressão manométrica converte um sinal de Fig. as salas de controle tornam-se mais práticas. tais como a segurança. Há uma norma na instrumentação. tóxicos mal cheirosos e de alta pressão na sala de controle. O transmissor é geralmente montado no campo. os indicadores. tem-se: 1. circa 1930. 1. e o converte em um sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc e o transmite.com 28 . Transmissores para medição de nível 1. Sensor primário é o sensor que responde principalmente ao parâmetro físico a ser medido. por causa das grandes distâncias envolvidas.1-1978 (R1982) que estabelece uma nomenclatura uniforme e consistente entre si e para elemento sensor. a economia e a conveniência. o elemento primário. A transmissão serve somente como uma conveniência de operação para tornar disponíveis os dados do processo em uma sala de controle centralizada. Atualmente além do sensor da variável principal o transmissor inteligente possui outro sensor para medir a temperatura ambiente e fazer a compensação de suas variação sobre a variável principal. transmissor. compensados e com grande tempo de atraso. Na prática.1. os transmissores eliminam a presença de fluidos flamáveis. o bourdon C é um elemento sensor de pressão. 1.3. nem sob o ponto de vista de medição. 1. O controlador e o painel de controle deviam estar próximos ao processo. 2. os registradores e os controladores recebem o mesmo sinal padrão dos transmissores de campo.2. que converte a pressão em um pequeno movimento proporcional.com 27 apostiladigital@gmail. transmissor. 3 ou 4. 1. as faixas da pressão de entrada são não padrão mas as saídas dos transmissores eletrônico (4 a 20 mA) e pneumático (20 a 100 kPa) o são. Por exemplo. o conversor A/D e D/A está associado ao multiplexador. e. Sinal analógico e digital 1. em um sinal padrão pneumático de 20 a 100 kPa (3 a 15 psi) e o transmite.. Elemento transdutor tem o mesmo significado que elemento sensor ou elemento primário. o número de fios de transmissão. tem-se o conversor digital/analógico. Por exemplo: conversor analógico/digital: transforma sinais de natureza analógica (contínuo) em sinais digitais (pulso descontínuo). O transmissor inteligente. entre outras coisas. com largura de faixa de 4 V 2. a instalação elétrica apostiladigital@gmail. Fig. que converte uma entrada em várias saídas. Por consistência. no presente trabalho.4. que converte várias entradas em uma única saída e o demultiplexador. a impedância de carga deve estar entre 0 e um mínimo de 600 Ω. derivar o sinal de medição primário. superposta sobre o mesmo circuito que transporta o sinal de medição. já havia o termo inteligente e por isso. Nos dois exemplos. tem o mesmo significado prático. Fig. que é digital e possui a saída analógica de 4 a 20 mA deve possuir em sua saída um conversor D/A. Transdutor i/p. a faixa de 4 a 20 mA.1 . Transmissor sabido (smart) Transmissor sabido é um transmissor em que é usado um sistema microprocessador para corrigir os erros de não linearidade do sensor primário através da interpolação de dados de calibração mantidos na memória ou para compensar os efeitos de influência secundárias sobre o sensor primário incorporando um segundo sensor adjacente ao primário e interpolando dados de calibração armazenados dos sensores primário e secundário. com mais recursos que o anterior. de 60 a 100 MPa. que transforma sinal digital em analógico. O primeiro termo que apareceu foi smart (sabido). Transmissor eletrônico (Foxboro) Transmissor inteligente Transmissor inteligente é um transmissor em que as funções de um sistema microprocessador são compartilhadas entre 1. montado na válvula Conversor O conversor é o instrumento que transforma sinais de natureza elétrica para formas diferentes. Depois. Atualmente os dois termos.6. apareceu o transmissor intelligent.4. 3. Geralmente.g. smart e inteligente. traduziu-se smart por sabido e intelligent por inteligente. tem necessariamente em um conversor A/D em sua entrada. O transdutor corrente-para-pressão ou I/P. 2.pressão.5.com 29 apostiladigital@gmail. que foi traduzido como inteligente. com largura de faixa de 16 mA. seus dados de aplicação e sua localização e 3. Fisher Rosemount usa o termo smart e a Foxboro usa o termo intelligent para o transmissor com as mesmas características. o transmissor convencional não inteligente é burro (dumb). a comunicação sendo entre o transmissor e qualquer unidade de interface ligada em qualquer ponto de acesso na malha de medição ou na sala de controle. que corresponde a uma tensão de 1 a 5 V cc. Porém. 2. Fig. Transmissão do sinal O sinal de transmissão entre subsistemas ou dispositivos separados do sistema deve estar de conformidade com a norma ANSI/ISA SP 50. 4. O conjunto conversor A/D e D/A e multiplexador e demultiplexador é também chamado de Modem (MODulador DEModulador). 2. gerenciar um sistema de comunicação que possibilite uma comunicação de duas vias (transmissor para receptor e do receptor para o transmissor). Mutatis mutandis. corrente continua. armazenar a informação referente ao transmissor em si. O transdutor i/p compatibiliza o uso de um controlador eletrônico (saída 4 a 20 mA) com uma válvula com atuador pneumático (entrada 20 a 200 kPa). 2. converte o sinal padrão de corrente de 4-20mA cc no sinal padrão pneumático de 20 a 100 kPa e o transmite.1982 (Compatibility of Analog Signals for Electronic Industrial Process Instruments) Esta norma estabelece. Transdutor O transdutor é o instrumento que converte um sinal padrão em outro sinal padrão de natureza distinta. por ser digital e receber um sinal analógico. Por exemplo: transdutor pressão-para-corrente ou P/I converte o sinal padrão pneumático de 20 a 100 kPa no sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc e o transmite. de 2. O transmissor híbrido.com 30 . A sua alimentação é a pressão típica de 140 kPa (20 psig). porque os circuitos eram pouco sensíveis e este nível de sinal não necessitava de apostiladigital@gmail. o primeiro sinal padrão de transmissão foi o de 10 a 50 mA cc. quando há problema no transmissor. em maio de 1975. Para funcionar o transmissor pneumático requer a alimentação de ar comprimido. Transmissor + Receptor + Fonte - (b) Tipo 3. Há dois princípios mecânicos básicos para o funcionamento do transmissor pneumático: 1. 4 a 20 mA cc e não 0 a 16 mA cc. Atualmente há uma tendência em padronizar sinais de baixo nível. Se a saída do transmissor fosse um sinal de 0 a 20 mA não haveria meios de identificar o sinal correspondente ao valor mínimo da faixa com o sinal relativo às falhas no sistema. Por exemplo.000 a 5. O mecanismo básico para a geração do sinal pneumático é o conjunto bico-palheta. também há dois tipos de transmissores: pneumático e eletrônico 2. Relação 5:1 Todos os sinais de transmissão. quando a medida é de 200 oC e 0 mA. Existe ainda o sinal de transmissão de 1 a 5 V cc. A sua saída vale: 4 mA.000 ± 0. Sinais padrão de transmissão Sinal pneumático O sinal padrão da transmissão pneumática no SI é 20 a 100 kPa (kilopascal) e os seus equivalentes em unidades não SI: 3 a 15 psig e 0. Circuito com 4 fios Fig. para que se possa usar a tensão de polarização de 5 V comum aos circuitos digitais. Consideração do tipo de transmissor 1.1. -2.0 kgf/cm2. 2. ou seja partindo de número diferente de zero é detectora de erro. que deve ser de (250. No inicio da instrumentação eletrônica. Praticamente não há outro sinal pneumático de transmissão. pode-se ter e se medir a tensão negativa e portanto pode-se usar uma faixa de 0 a 10 V cc detectora de erro. recomendado pela International Electromechanical Commission (IEC).com 32 . como falta de alimentação ou fio partido . falta de ar de suprimento no transmissor pneumático. dentro do instrumento. quebra do tubo.o conteúdo de ruído e ripple as características do resistor de conversão de corrente para tensão.25) Ω e coeficiente termal de α ≤ 0. 2. Circuito com 2 fios Esta proporcionalidade fixa facilita a conversão dos sinais padrão. de modo que a tensão convertida esteja entre (1. quando a medida é de 20 oC.00 ± 0. no valor típico de 140 kPa (22 psi). por questão de segurança. seja o transmissor eletrônico de temperatura com faixa de medição de 20 a 200 oC. Quando se manipula a tensão elétrica. Esta faixa possui o zero vivo.5 V cc. é comum o sinal de 40 a 200 kPa (6 a 30 psi). Zero vivo Todas as faixas de sinais padrão de transmissão começam com números diferentes de zero. no local. 5. Diz-se que uma faixa com supressão de zero.2 a 1. proporcional ao valor da medição. 20 mA. Isto significa que o 0 V se refere ao valor mínimo da faixa medida e quando há algum problema o sinal assume um valor negativo. balanço de forças e 2. ou seja + Fonte - 100 kPa 20 kPa = 20 mA 4 mA = 15 psi 3 psi = 5V 1V =5 (a) Tipo.5. Natureza do transmissor Como há dois sinais padrão na instrumentação.Fonte - (c) Tipo 4. Sinal eletrônico O sinal padrão de transmissão eletrônico é o de 4 a 20 mA cc. pneumático e eletrônicos. estabilizado pelo fole de realimentação. O regulador pode ser fixo (ajustável na oficina) ou regulável pelo operador. pelos transdutores. mantém a mesma proporcionalidade entre os valores máximo e mínimo da faixa de 5:1. como falta de alimentação ou fio partido no transmissor eletrônico ou entupimento do tubo. circa 1950.7. O transmissor é alimentado individualmente por um conjunto de filtro regulador. embora em hidrelétricas onde se tem válvulas enormes. por exemplo. ou seja os sinais padrão são 20 a 100 kPa e não 0 a 80 kPa.004) V 7.01%/oC. 6. Transmissor pneumático O transmissor pneumático mede a variável do processo e transmite o sinal padrão de 20 a 100 kPa (3 a 15 psig). 2.com 31 apostiladigital@gmail. Circuito com 3 fios + Receptor + . o resistor não deve se danificar quando a entrada for de 10 V ou de 40 mA. Usa-se a corrente na transmissão e a tensão para a manipulação e condicionamento do sinal localmente. porém ele não é adequado pois há atenuação na transmissão da tensão. balanço de movimentos. hoje ele é raramente utilizado. Transmissor + Receptor amplificador para acionar certos mecanismos. embora rigorosamente d/p cell seja uma marca registrada da Foxboro e se refira ao transmissor de pressão diferencial para medição de vazão e de nível. As suas desvantagens são: 1. praticamente sem movimento e desgaste das peças. Esquema de transmissor pneumático a balanço de movimentos (Foxboro) Fig. A variação na medição desequilibra o sistema. Fig. Este desequilíbrio provoca variações no sinal transmitido. linearmente proporcional à pressão medida. A barra de força funciona como a palheta em relação ao bico. opera com grande variedade de elementos primários. alterando a posição da barra.Fig. Através do mecanismo de transmissão pneumática (relé pneumático. pelo equilíbrio das forças aplicadas a uma barra. O diafragma sente a pressão do processo e através de um flexor. As suas desvantagens são: apostiladigital@gmail. a partir dele. Através do deslocamento do volante que serve como fulcro para o equilíbrio das forças e ajusta a largura de faixa de medição. Na realidade há um balanço de posições mas o sistema é referido como balanço de movimentos.9. 2. este sistema é chamado de balanço de forças. A variável do processo modula a distância entre o bico e a barra de forças. no local de transmissão 2.10.com 34 . não há indicação local da variável transmitida. 2. mola de ajuste de zero) obtém-se uma saída padrão e estável de 20 a 100 kPa (3 a 15 psi).8. a opção da supressão ou da elevação do zero. Transmissor pneumático a balanço de forças: (a) esquema e (b) vista externa As principais vantagens são: 1. foi projetado e construído o transmissor eletrônico. O transmissor pneumático a balanço de forças da Foxboro foi um dos mais bem sucedidos instrumentos da historia da instrumentação.com 33 apostiladigital@gmail. 2. fole de realimentação. também a balanço de forças. é naturalmente um transmissor-indicador. necessária medições de nível. mas apenas a indicação opcional do sinal de saída do transmissor. apresenta a indicação da medida. transmite uma força a barra de força. Balanço de movimento No sistema a balanço de movimentos. Como a posição da barra está relacionada com o equilíbrio ou balanço das forças atuando nesta barra. O transmissor pneumático era tão estável e repetitivo que.11. Transmissor a balanço de movimento As principais vantagens do transmissor a balanço de movimentos são: 1. 2. a velocidade da resposta é lenta Os transmissores a balanço de força são genericamente chamados de d/p cell®. 2. a medição é sentida pelo elo mecânico. Fig. O transmissor a balanço de movimento permite a indicação local da medição. a robustez e a precisão da operação. Esquema típico de um transmissor pneumático a balanço de forças (Foxboro) Balanço de forças O sistema é mantido estável. variando proporcionalmente o sinal transmitido e retornando o sistema à condição de equilíbrio. até haver novo equilíbrio. pois a força necessária para atualo é pequena (cerca de 2 gramas). 2. que desequilibra o sistema bico-palheta. A alimentação é feita pelo mesmo fio que porta o sinal transmitido de 4 a 20 mA. Tensão de alimentação e impedância da malha de transmissão eletrônica Transmissor indutivo No transmissor eletrônico a balanço de forças. Transmissor capacitivo No inicio dos anos 80. . Os conceitos de fonte de tensão e de fonte de corrente explicam porque se pode utilizar apenas um par de fios para transportar tanto o sinal de corrente como a alimentação de tensão. dentro de limites convenientes e depende principalmente do valor do sinal transmitido e do valor da resistência total da malha de controle. 2. manométrica (atmosférica) ou diferencial.2. A tensão de alimentação pode variar.14. como capacitivo. proporcional a pressão medida.08 kPa a 35 MPa (3 in H20 a 5000 psi). O fluido transmite a pressão de processo para o diafragma sensor no centro da célula de pressão diferencial. Este transmissor é chamado de indutivo.13. A capacitância diferencial entre o diafragma sensor e as placas do capacitor é então proporcional linearmente à pressão diferencial aplicada aos diafragma isolantes. Transmissor eletrônico O transmissor eletrônico mede a variável do processo e transmite o sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc proporcional ao valor da medição. ela pode ser inferida através da capacitância.10 mm. 2. o pequeno movimento provocado na barra de força é amplificado e posiciona o núcleo móvel de uma bobina. que também depende de um deslocamento. Transmissor a balanço de forças indutivo apostiladigital@gmail. O elemento elástico mais usado é um diafragma de aço inoxidável ou de Inconel. Ele requer a alimentação. Os diafragmas isolantes detectam e transmitem a pressão do processo para o fluido de enchimento (óleo de silicone). é proporcional à pressão diferencial. O deslocamento do diafragma sensor. a dois fios de 4 a 20 mA cc. pois se baseia na variação do núcleo de uma bobina detectora. que se tornou um dos tipos de instrumentos mais vendidos na instrumentação. podese medir pressão absoluta (vácuo). Através da variação da indutância um circuito condicionador gera o sinal padrão de 4 a 20 mA cc.com 36 Fig. a Rosemount lançou o transmissor eletrônico capacitivo. controlador ou registrador). Normalmente esta alimentação é feita da sala de controle.12.1 a 0. é dada simplificadamente por: Fig. As placas de capacitor em ambos os lados do diafragma sensor detectam a posição do diafragma sensor. A capacitância é detectada por um circuito ponte e é convertida e amplificada para o sinal padrão. com fio ressonante e sensor CI. Fig. Como a pressão pode provocar um deslocamento. ou Ni-Span C ou um elemento de quartzo revestido de metal exposto à pressão do processo de um lado e uma pressão de referência no outro. Célula δ capacitiva (Rosemount) O sensor capacitivo tem precisão típica de 0. variando a indutância. A capacitância de um capacitor de placas paralelas. onde C é a capacitância ε é a constante dielétrica do isolante entre as placas A é a área das placas d é a distância entre as placas. 2. por causa dos elos mecânicos e das partes moveis. pode medir faixas de 0. 1. A tensão de alimentação não pode ser afetada pelo valor da corrente gerada. A corrente só deve depender da variável medida e não deve depender da tensão de polarização. através do instrumento receptor (indicador. Dependendo da referência. este transmissor foi substituído por outros menores e melhores. Quando a pressão varia. 2. Atualmente. um movimento máximo de 0. onde está a fonte de alimentação. linear.não apresenta a opção de abaixamento e elevação de zero. 2. a barra de força se movimenta e altera a posição do núcleo da bobina.2% da largura de faixa e com a seleção de diafragmas. 35
[email protected] . O princípio de operação básico é a medição da capacitância resultante do movimento de um elemento elástico. O diafragma sensor funciona como um elemento de mola que deflete em resposta à pressão diferencial aplicada através dele. geralmente a tensão contínua. sua operação é mais delicada e sua calibração é mais difícil e menos estável. que é então digitalmente medida. sensitividade a vibração 5. o lado de baixa é coberto por uma capa e faz-se vácuo na cavidade da ordem de 0. Diafragmas de isolação de vários materiais resistentes a corrosão são soldados no lugar.Os transmissores capacitivos perdem em popularidade apenas para os com strain gauge e tem-se as seguintes vantagens 1. como usado nos sensores convencionais de strain gauge. pequena capacidade de resistir à sobrepressão O transmissor eletrônico capacitivo da Rosemount foi outro instrumento best seller da instrumentação. Circuito da ponte de Wheatstone A faixa de pressão de cada sensor de silício é determinada pela espessura do silício diretamente sob a ponte de Wheatstone. boa estabilidade baixa histerese alta resolução sinal de saída forte geração de um sinal digital. 4. Fig. O dano por sobrepressão é evitado pelos diafragmas sendo suportados por placas reservas. Conexões com fio de ouro completam o conjunto. excelente linearidade 4. que é juntado ao pacote completo do sensor. somente conseguidas em instrumentos de laboratório.com 38 . As pressões do processo são detectadas pelos diafragmas de alta e baixa pressão. alta precisão apostiladigital@gmail. 2. para acionar ponteiros e penas dos instrumentos de display do sistema SPEC 200. boa repetitividade 2. O chip acabado é então colada a uma placa de pyrex ou alumina com suporte e isolação do chip. fornecendo uma referência de pressão absoluta. Configurações semelhantes são usadas na medição de pressão absoluta e manométrica. eliminado a necessidade de métodos mecânicos de solda. faz-se um buraco através do pyrex para acessar a cavidade na parte traseira do chip. sensitividade à capacitância parasita 4. Quando usado para medir pressão absoluta. principalmente dos transmissores capacitivos mais antigos. Este processo resulta em sensores com altíssima repetitividade e estabilidade. A espessura do diafragma de silício é determinada ataque químico na parte traseira de cada chip sob a ponte para uma profundidade específica. com memória mecânica. um circuito oscilador faz um fio oscilar em sua freqüência de ressonância. Quando a pressão diferencial aumenta. nos lados direito e esquerdo do sensor.com 37 apostiladigital@gmail. a cavidade do chip é evacuada antes de colar a placa de pyrex. sensitividade à temperatura ambiente. 2. requerendo compensação embutida. o boro e o silício são unidos a um nível molecular. o fluido de enchimento transmite uma força correspondente ao fio. com um chip de silício piezo-resistivo difuso. sobre o chip sensor e as cavidades entre o chip são cheias sob vácuo com óleo silicone DC- Fig. enquanto a tensão do fio é variada como uma função da pressão do processo. Para a medição de pressão absoluta. pela Foxboro. excitado por um campo magnético. que gosta muito de fio. 5. resposta rápida 3 5. grande estabilidade 3. deslocamento volumétrico menor que 0. Transmissor com sensor a CI Os transmissores mais recentes utilizam o estado da arte da tecnologia eletrônica. com um sensor a circuito integrado. boro é difundido em uma estrutura de cristal de silício para formar uma ponte de Wheatstone totalmente ativa.004 mm Hg). sensitividade à temperatura 2. A variação na tensão do fio modifica a freqüência de ressonância do fio. alta impedância de saída 3. Transmissor fio ressonante O transmissor com sensor a fio ressonante foi lançado no fim da década de 1970. alta robustez e 2. são: 1.16.16 cm elimina a necessidade de câmaras de condensação e potes de nível Suas limitações. Neste projeto. pois já havia aplicado o fio Nitinol. sinal de saída não linear 3.52 Pa (0. 6. Para medição de pressão manométrica ou diferencial.15. Neste processo de difusão. 7. Sensor de pressão a fio ressonante (Foxboro) As vantagens deste transmissor são: 1. Isto fornece uma referência da pressão atmosférica para o sensor de pressão manométrica e uma passagem para o lado da baixa pressão do sistema de enchimento de fluido para o d/p cell. As limitações incluem: 1. 3. Na fabricação deste sensor. O chip é então montado em um extrato de cerâmica ou aço inoxidável selado a vidro. alguma sensitividade à vibração e choque. 2. 200 ou Fluorinert FC/B. necessidade de cabeamento especial entre sensor e circuito amplificador. processo um transmissor defeituoso. pois o transmissor tem somente uma única entrada e faixa fixa de calibração e não são convenientes para aplicações que requerem alterações freqüentes do processo. Transmissor de vazão tipo vortex (Foxboro) 3. O diafragma de isolação também fornece a proteção de sobrefaixa para o sensor de silício no d/p cell. Transmissor de temperatura descartável (Eckardt) As principais desvantagens e limitações são: 1. Facilidade de implementar técnica de proteção. 2. 2. A deformação produz uma força eletromotriz proporcional. analógico descartável 2.19. Fig. pelo usuário final. Transmissor analógico convencional O transmissor analógico convencional possui saída padrão de 4 a 20 mA cc e circuitos acessíveis para sua calibração e manutenção.17. transmissor convencional (Foxboro) apostiladigital@gmail. limitado à medição dinâmica 2. 3. Fig. Transmissor com sensor piezoelétrico O sensor é um cristal de quartzo ou turmalina que.2. 2. 2. há quatro tipos básicos de transmissores eletrônicos disponíveis atualmente: 1. o bloco terminal podendo se quebrar quando submetido a abuso. simplicidade e transmissão a dois fios. robustez 3. Geralmente são mais frágeis e menos resistentes a ambientes hostis.20. 4. analógico reparável 3. Como vantagens. A aplicação típica do sensor piezoelétrico é no medidor de vazão vortex.com 40 apostiladigital@gmail. levá-lo para a oficina. A precisão é pior do que a dos outros tipos. levá-lo de volta para o processo e reinstalá-lo.18. pequeno tamanho 2. com preços típicos entre US$50 a US$350. A substituição pré-configurada pode ser feita na primeira ida ao local do processo. Sua confiabilidade é expressa não em MTBF (tempo médio entre falhas) mas em MTFF (tempo médio para a primeira falha). 2.com 39 . repará-lo. Eles podem ser reparados e ter suas faixas de calibração alteradas no campo ou na oficina. Transmissor descartável de pressão (Dynisco) Fig. Transmissor e manutenção Quanto à manutenção e independente do princípio de funcionamento ou da variável medida. quando exposto a pressão ou força em torno do seu eixo. Baixo custo de aquisição. 3. Os seus preços variam de US$300 a US$500. alta velocidade de resposta 4. É piezoelétrico o sensor que detecta a freqüência criada pelos vórtices de De Karmann. 2. pois o encapsulamento favorece a conformidade com exigências de normas. tem-se: 1. Pequena flexibilidade. Pequeno tamanho. digital inteligente 3. Quando o transmissor se danifica (o que os fabricantes asseguram ser raro) é integralmente substituído por outro. pois são usados projetos e circuitos mais baratos para torná-los mais competitivos. como segurança intrínseca e não incenditivo. Transmissor analógico descartável O transmissor analógico descartável possui saída analógica de 4 a 20mA cc e um circuito encapsulado irrecuperável quando estragado. Este processo isola totalmente o sensor de silício do meio da pressão sem um link mecânico. 3. autogeração do sinal. As desvantagens são: 1. Menos confiável. sensitividade à temperatura 3.00. digital híbrido 4. As vantagens do transmissor com sensor piezoelétrico são: 1.1. Baixo custo de reposição. é elasticamente deformado. 4. pois o transmissor deve ter baixo custo. pois é mais barato substituir prontamente um transmissor do que mandar um instrumentista de manutenção a um local distante para retirar do Fig. O transmissor convencional pode ter sua faixa alterada dentro de grandes limites. Ele permite alterações imediatas de parâmetros. grande vibração mecânica.3. Porém. alterando-se posições de jumpers ou mudando chaves DIP.As suas principais vantagens são: 1. muitos usuários preferirão não usar o transmissor digital. Suas vantagens são: 1. de um computador digital ou de um terminal portátil proprietário. O transmissor analógico tem melhor tempo de resposta que o do transmissor digital e também se recupera mais rapidamente. Altíssima precisão: melhor do que qualquer outro transmissor. 3. Até que se chegue a um consenso acerca do protocolo de comunicação digital. Tipicamente as alterações de parâmetros são feitas mecanicamente no campo ou na oficina. apostiladigital@gmail. Menos estável e requer mais calibração do que o transmissor digital. suportando bem os rigores do processo. da ordem de 0. Ele não possui a saída padrão de 4 a 20 mA cc. 2. através da estação de operação. Recalibração remota: o transmissor digital pode ser recalibrado sobre o elo de dados digitais da sala de controle. O benefício é o menor tempo de malha parada.com 41 apostiladigital@gmail. Fig. Um único transmissor pode ser eletronicamente programado para substituir qualquer outro transmissor do sistema. O transmissor é robusto. 2. Não são adequados para aplicações com operação e comunicação digitais. Transmissor inteligente (Foxboro) As principais desvantagens do transmissor digital inteligente são: 1. sem perda de tempo e custo para mandar um técnico a cada ponto de medição para fazer uma alteração manual. A possibilidade de ser reparado torna o transmissor convencional mais seguro e menos caro para serviço em longo prazo. Tipicamente. o preço de aquisição do digital ainda é um pouco maior do que o do convencional 2. Como desvantagens. Segurança de comunicação: diferente do transmissor convencional que tem um par de fios para transportar o sinal seguro e a perigosa alimentação. O transmissor convencional é reparável. ajustando-se potenciômetros. Transmissor inteligente com tomada por flange e capilar. Foxcom. pois os ajustes mecânicos feitos através de potenciômetros de fio são pouco estáveis. apropriada para se comunicar com outros dispositivos digitais com o mesmo protocolo. 4. o sinal digital pode ser comunicado através de fibra óptica ou links de luz infravermelha.05 a 0. para a maioria das aplicações o alto custo da substituição dos transmissores analógicos convencionais por digitais não se justifica 3. como HART. Seus circuitos analógicos são simples e é fácil achar os defeitos e repará-los. Transmissor inteligente digital O transmissor inteligente digital tem um microprocessador embutido em seu circuito e possui saída digital. 5. depois de uma interrupção de alimentação.1% do fundo de escala. isso é útil somente em plantas envolvendo grandes distâncias e com variações freqüentes no processo. 2. 5. Mínimo de reserva: uma grande variedade de parâmetros de operação pode ser armazenadas na memória do microprocessador do transmissor digital. Facilidades com vários tipos de sensores e faixas de medição permitem um menor número de instrumentos reservas para reposição ou adição.com 42 . Atualmente ainda existem vários protocolos de comunicação digital proprietários. O transmissor de temperatura pode aceitar todos os tipos de termopares ou RTD de vários valores. porém. possuindo um invólucro que protege os circuitos e permitindo o seu acesso fácil e seguro aos circuitos. O pessoal de manutenção de instrumentos pode usar a informação fornecida pelas mensagens de erro enviadas do transmissor no campo para a sala de controle para preparar a substituição e reparo do instrumento. Fieldbus. que são seguros por natureza. Custo: embora os preços tendem a cair e se comparar aos do transmissor convencional. Não padronização do sinal digital: este é o maior obstáculo técnico para o uso extensivo do transmissor digital. 2. Fig.21. alto calor e atmosfera agressiva 3. 4. 2. tem-se: 1. Autodiagnose: a maioria dos transmissores digitais possui um programa de autodiagnose em sua memória interna que automaticamente identifica falhas do sensor e do transmissor. Possui precisão melhor do que a do transmissor descartável e pior do que a do digital.22. digital O transmissor é simultaneamente analógico e digital e o usuário experiente pode tirar proveito das vantagens isoladas de cada tipo. os mesmos componentes. por exemplo. A separação dos constituintes está baseada nas diferenças de volatilidades entre diferentes constituintes químicos. facilidade de recalibração e alteração de parâmetros da parte digital do transmissor. O transmissor híbrido pode substituir tanto um transmissor analógico como um digital existente sem necessidade de qualquer componente adicional. é feita com uma ampola de decantação ou um funil separador. A separação entre o extrato. As principais operações unitárias preliminares são: • Limpeza • Seleção • Classificação • Eliminação • Branqueamento 2. As técnicas de projeto de operações unitárias são baseadas em princípios teóricos ou empíricos de Transferência de Massa. miscíveis entre si. a apostiladigital@gmail. podendo esse ser sólido. NOÇÕES DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS As Operações Unitárias são as etapas individuais que constituem todos processos que transformam uma matéria-prima em produto final. líquido em movimento sobre uma placa. Extração líquido-líquido A extração líquido-líquido é um processo de separação que se utiliza da propriedade de miscibilidade de líquidos. Transferência de Calor. Transferência de Quantidade de Movimento. Em muitas situações é conveniente realizar a destilação em equipamentos multiestágios. o tempo total para ocorrer uma dada reação química em um leito reativo e a operação de filtragem utilizando membranas. A e C. O planejamento correto da aquisição de transmissores híbridos pode economizar investimentos quando se implanta uma instrumentação digital do sistema global. os processos podem ser estudados de forma simples e unificada. Na destilação ocorre o contato de uma fase vapor com a fase líquida. e o rafinado.18 Noções de Operações Unitárias. muitos transmissores digitais possuem simultaneamente os dois sinais de transmissão: 1. A e B. alguns transmissores inteligentes tem grande tempo de recuperação após a perda da alimentação. As operações unitárias podem ser classificadas de acordo com critérios variados. Por Exemplo: Transferência de calor é a mesma operação em um processo petroquímico ou em uma indústria de alimentos. á diferença de concentrações entre dois locais num dado sistema. Este transferência entre as fases ocorre até que o estado de equilíbrio seja atingido. durante o que os transmissores excedem a faixa por cima ou por baixo. aqui elas foram divididas em quatro grupos de acordo com sua finalidade dentro do processo produtivo :
[email protected] 43 Operações envolvendo a transferência de massa Quando se colocam em contato duas fases de composições diferentes. Em todos os exemplos. Cada Operação Unitária é sempre a mesma operação. Extração Sólido-Líquido Quando preparamos um chá. O efeito final é a concentração maior do constituinte mais volátil no vapor e o menos. e há a transferência de massa da fase líquida para o vapor e deste para aquele. como as vantagens de padronização e resposta rápida da transmissão analógica e as vantagens de autodiagnose. ou mesmo um chimarrão. Termodinâmica. líquido ou gasoso. independente da natureza química dos componentes envolvidos. Alguns exemplos de aplicação deste fenômeno são o endurecimento de aços. como já diz o próprio nome. C. em geral. Transferência de massa Transferência de massa é o processo de transporte onde existe a migração de uma ou mais espécies químicas em um dado meio. O líquido e o vapor contêm. e queremos separar A de B.Tempo de resposta: o transmissor de campo operando em baixa potência tem dificuldade de operar rapidamente a comunicação digital. A resposta demorada é inerente para começar e completar uma transação de comunicação digital. 3. mas em quantidades relativas diferentes. são normalmente realizadas antes de qualquer outra operação. A e B. no líquido.4. O transporte das espécies químicas pode ser feito por dois mecanismos: difusão e/ou convecção. Suas funções estão associadas a uma preparação do produto para o posterior processamento ou uma melhoria das condições sanitárias da matéria-prima. Além disso. Desta forma. em uma situação onde temos dois líquidos. A difusão deve-se à diferença de potenciais químicos das espécies. que seja mais miscível com A do que com B (veja figura). estamos fazendo uma extração sólido-líquido. 3. A recuperação de A a partir do extrato é geralmente feita por destilação. • Operações preliminares • Operações de conservação • Operações de transformação • Operações de separação As operações unitárias preliminares. podemos usar um terceiro líquido. pode ocorrer a transferência de componentes de uma fase a outra e vice-versa. quando de sua integração no sistema. Também é necessário pouco treinamento de operadores e instrumentistas. Biotecnologia e Cinética Química. Por exemplo. Transmissor híbrido analógico digital Como ainda hoje a maioria das aplicações envolve o sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc e também por causa da ausência de uma padronização do sinal digital. Nestes casos. Dentre as principais operações de transferência de massa destacam-se: Destilação É o processo de separação mais amplamente utilizado nas indústrias químicas. acionando erradamente alarmes e causando problemas para outros instrumentos no sistema. analógico de 4 a 20 mA cc e 2. um café. A convecção deve-se às condições de escoamento de um sistema.com 44 . componentes que estavam na fase sólida (no pó de café ou nas ervas) passam para a fase líquida (água). ou seja. A transferência de calor pode se efetuar de quatro maneiras principais: • pela mistura dos fluidos. sendo também o veículo no transporte do vapor úmido literalmente do alimento.com 45 apostiladigital@gmail. provocando evaporação da água. • pelo contato entre os fluidos. umidade e corrente de ar cuidadosamente controladas. A Absorção e a fixação de um gás por um sólido ou um líquido. Entretanto. fluidizados. Esta operação é utilizada para purificação de gases e para recuperação de solutos. fornos. Quando o processo de fabricação leva a uma solução. a transferência de massa ou a transferência de calor e massa simultaneamente são descritas pelos fundamentos de Fenômenos de Transporte. Esta operação está limitada as restrições termodinâmicas assim como a destilação. uma molécula transfere momentum entre essas camadas. O mesmo conduz calor. etc). Porém. químicas e biológicas do produto e da matéria prima. isto é possível porque a solubilidade dos componentes extraídos em água é grande. Entre os equipamentos há o evaporador de simples efeito e o de múltiplos efeitos. assim vamos definir um trocador de calor como um dispositivo que efetua a transferência de calor de um fluido para outro. de forma mais conveniente. é a operação de remoção de água. etc. portanto o conhecimento em termodinâmica é imprescindível para se projetar ou operar uma coluna de Absorção. Os equipamentos mais comuns são o cristalizador de tabuleiros. para uma fase gasosa insaturada através de um mecanismo de vaporização térmica. numa temperatura inferior à de ebulição. Secagem A desidratação ou secagem de um sólido ou líquido. econômicas. volume de produção. Para apresentar a explicação da causa microscópica da força de viscosidade. com velocidade média de arraste coincidindo com a velocidade do fluido. nos casos onde a solubilidade do soluto é pequena. seja para colocá-lo em movimento.) e de técnicas de secagem (secagem solar. Por ser uma das operações unitárias mais antigas de que se tem conhecimento existe uma infinidade de equipamentos (leitos fixos. Para produzir cloreto de sódio (Sal) a partir da água do mar.Tipo de construção: segundo a construção os trocadores podem ser de tubos coaxiais. etc. as moléculas de um fluido em movimento terão preferência de orientar suas velocidades no sentido do fluxo. spray dryer. da pressão e da área da superfície . Esta é uma operação com denominação muito genérica. por hipótese. o grau de adsorção depende da temperatura. Transferência de Quantidade de Movimento Viscosidade de um fluido A viscosidade desempenha nos fluidos o mesmo papel que o atrito nos sólidos. Transferência de Calor OPERAÇÕES COM TRANSFERÊNCIA DE CALOR E DE MASSA As operações envolvendo a transferência de calor. correntes cruzadas e multipasse.A disposição das correntes dos fluidos: correntes paralelas. A transferência de momentum ocorre devido à colisão da molécula transferida com uma molécula da camada de chegada e sua conseqüente captura por esta apostiladigital@gmail. casco e tubos e compactos. verticais. não exercem forças umas nas outras exceto nas colisões elásticas. têm-se o evaporador de tubos horizontais. Enquanto as moléculas de um fluido em repouso movem-se em todas as direções com igual probabilidade. utiliza-se a técnica da evaporação. Equipamentos industriais para evaporação nada mais são do que recipientes que concentram uma solução pela evaporação do solvente. Um exemplo desta operação é a eliminação do odor de geladeira com o uso de carvão ativado (o odor se fixa nas superfícies livres nos poros do carvão. e • através de um parede que separa os fluidos quente e frio. A substância absorvida se infiltra na substância que absorve. ou a fixação de um líquido por um sólido. Aplicações de Trocadores de Calor • Torres de Refrigeração • Condensadores • Evaporadores • Leito Fluidizado • Condicionadores de ar • Aquecedores • Alambique • Radiador Automotivo Evaporação É usada quando há interesse somente na fase sólida. pois sai de uma camada que tem uma certa velocidade de arraste e chega a outra com velocidade de arraste diferente. Esta desidratação é realizada através de calor produzido artificialmente em condições de temperatura. por radiação. tipo de pós-processamento. Aquecimento e resfriamento de fluidos Os equipamentos industriais utilizados para troca térmica tanto no aquecimento quanto no resfriamento são normalmente chamados de trocadores de calor. Entre os equipamentos. Este conceito é encontrado em problemas de escoamento de fluidos e tratado como uma medida da resitência que um fluido oferece a uma força de cisalhamento aplicada. ou de qualquer outro líquido na forma de vapor. Fenomenologicamente ocorre então a transferência simultânea de calor e massa. Cristalização Às vezes o produto de interesse deve estar na forma de partículas sólidas.com 46 . deveríamos esperar que uma força de cisalhamento exercida sobre uma camada superficial de fluido. liofilizadores. O ar é o mais usado meio de secagem. ao passar de uma para outra camada do fluido. • com armazenagem intermediária. Como conseqüência. As forças que atraem o adsorvato podem ser químicas ou físicas. de estufas. entre outros. Adsorção e Absorção A adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente). convectiva. A técnica mais conveniente de secagem deve ser escolhida em função das características físicas. ou quando quisermos maximizar a extração do soluto. por microondas. etc. pela concentração de uma solução até a sua saturação e conseqüente formação de cristais. o sólido pode ser obtido. . secadores convectivos.os sólidos porosos como o carvão são ótimos adsorventes. de jorro. microondas. Os trocadores de calor podem ser classificados de acordo com: . Num fluido ideal as moléculas são consideradas esferas rígidas e. utiliza-se a técnica da extração contínua. seja pela presença de um meio sólido em torno do qual escorre. consideramos um fluido em movimento. não pudesse ser transmitida para as suas camadas mais internas. sendo liquida então desprezada. cristalizadores descontínuos com agitação.extração é descontínua. contracorrente. gasolina. que é extraído do fundo da torre. A massa resultante é decantada ou filtrada para retirar a água e o sal contidos no óleo. ao longo da coluna principal. óleo combustível. que possuem. dessalinização. onde recebem mais calor. • Nas refinarias. segundo a formação geológica do terreno de onde ele é extraído. transformando-as em produtos vendáveis. chamado resíduo atmosférico. alguns pretos e outros. processá-las e industrializá-las. DESSULFURIZAÇÃO Processo utilizado para retirar compostos de enxofre do óleo cru. gasolina. Também há conversão de moléculas pequenas de hidrocarbonetos em moléculas mais longas. um para cada fração desejada. uma série de pratos perfurados em várias alturas. Petróleos mais leves dão maior quantidade de gasolina. O petróleo é pré-aquecido na retorta e introduzido na metade da torre de fracionamento. enquanto no catalítico o processo é realizado com a utilização de um produto chamado catalisador. As frações retiradas nas várias alturas da coluna ainda precisam de novos processamentos para ser transformadas em produtos ou servir de carga para derivados mais nobres. GLP e naftas. mercaptanas. lubrificantes. PROCESSOS DE REFINO Os processos normalmente empregados nas refinarias modernas para o processamento do petróleo (óleo cru) são: destilação. Mais complexo. Os catalisadores mais usados são: platina.camada. A gasolina obtida por meio da alquilação geralmente apresenta um alto teor de octanagem. Há tipos leves e claros. 2. gasolina e outros. As parcelas dos derivados produzidos variam de acordo com o tipo de petróleo processado. o sistema segue o mesmo processo dos pratos que recolhem as frações menos pesadas. é separar as frações desejadas. Em ambos os tipos de craqueamento a utilização de temperaturas relativamente altas é essencial. parafinas. pois são variáveis a constituição e o aspecto do petróleo bruto. polimerização. os hidrocarbonetos gasosos sobem e se condensam ao passarem pelos pratos. que não foram separadas na primeira destilação. amarelos. bentanina ou sílica. O petróleo é aquecido e fracionado em uma torre que possui pratos perfurados em várias alturas. nafta e querosene. ainda. naftas. é recolhido novo resíduo. Por meio dele o óleo é aquecido e recebe um catalisador. verde-escuros.19 Noções de Processos de Refino. outros marrons. GLP. como diesel e querosene. solventes. substância que favorece a reação química. porém em condições de pressão mais reduzidas. Como a parte de baixo da torre é mais quente. gasolina. querosenes de aviação e de iluminação. O objetivo do processo é produzir gasolina com alto teor de octano (hidrocarboneto com oito carbonos). Ela se realiza em torres de dimensões variadas. sem entrar como componente do produto. alquilação. o petróleo é submetido a diversos processos pelos quais se obtém grande diversidade de derivados: gás liquefeito de petróleo (GLP) ou gás de cozinha. principalmente. CRAQUEAMENTO Este processo quebra as moléculas de hidrocarbonetos pesados. Ele servirá como matéria-prima para produção de gases combustíveis. convertendo-as em gasolina e outros destilados com maior valor comercial. gases combustíveis. altíssimas para a quebra das moléculas. asfalto. Este processo melhora a qualidade desejada para o produto final. transformando-as em moléculas menores e mais leves. solventes e querosenes. • A primeira etapa do refino é a destilação atmosférica. cracking ou craqueamento. Nessa etapa. coque de petróleo e resíduos. os hidrocarbonetos gasosos tendem a subir e se condensar ao passarem pelos pratos. O craqueamento térmico exige pressões e temperaturas apostiladigital@gmail. gasóleos. POLIMERIZAÇÃO Por meio deste processo ocorre a combinação entre moléculas de hidrocarbonetos mais leves do que a gasolina com moléculas de hidrocarboneto de densidades semelhante. que possui elevado valor comercial. óleo diesel e um óleo pesado. • As frações mais pesadas do petróleo. onde o seu fracionamento ocorrerá a uma pressão abaixo da atmosfera. O térmico utiliza calor e altas pressões para efetuar a conversão de moléculas grandes em outras menores e o catalítico utiliza um catalisador que é uma substância que facilita essa conversão. O resultado final da passagem ao acaso das moléculas entre as camadas do fluido é diminuir a velocidade média das moléculas da camada que se move mais rapidamente e aumentar a da camada que se move mais lentamente. Já os petróleos pesados resultam em maiores volumes de óleos combustíveis e asfaltos. O resíduo de fundo da destilação a vácuo é recolhido na parte inferior da torre e será destinado à produção de asfalto ou será usado como óleo combustível pesado. que são produtos leves. Uma série de outras unidades de processo transforma frações pesadas do petróleo em produtos mais leves e coloca as frações destiladas nas especificações adequadas para consumo. por ordem crescente de densidade. O refino do petróleo constitui-se da série de beneficiamentos pelos quais ele passa para a obtenção de produtos. portanto. são recolhidos como derivados da primeira destilação. alumina. óleo diesel. Confira: • O objetivo inicial das operações na refinaria consiste em conhecer a composição do petróleo a destilar. que será usado para produção de asfalto ou como óleo combustível pesado. sulfetos e dissulfetos. agora sob vácuo. sendo de grande importância na produção de gasolina para aviação. verdes.com 47 apostiladigital@gmail. DESSALINIZAÇÃO E DESIDRATAÇÃO O objetivo destes processos é remover sal e água do óleo cru. GLP. Nessa etapa são extraídos. nafta. porém difere da polimerização porque neste processo pode haver combinação de moléculas diferentes entre si. dessulfurização. gás. descem para o fundo da torre e vão constituir o resíduo ou a carga para uma segunda destilação. Na parte de baixo. tais como: gás sulfídrico.com 48 . DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA E DESTILAÇÃO A VÁCUO A primeira etapa do processo de refino é a destilação atmosférica. pela qual passa todo o petróleo a ser beneficiado. Nesta torre será extraída mais uma parcela de óleo diesel e um produto chamado genericamente de Gasóleo. ALQUILAÇÃO É um processo semelhante ao da polimerização. desidratação e hidrogenação. Como a parte inferior da torre é mais quente. O princípio desses processos é o mesmo e se baseia na quebra de moléculas longas e pesadas dos hidrocarbonetos. Os dois principais tipos são o craqueamento térmico e o catalítico. Refinar petróleo. que pode ser térmico ou catalítico. No meio da cadeia estão os derivados médios. que não constitui um produto pronto. como óleo diesel e óleo combustível. • A terceira etapa do refino consiste no craqueamento. Esse resíduo é então reaquecido e levado para uma outra torre. Abaixo. Além de tais hidrocarbonetos. pois um petróleo leve tem maior rendimento de produtos leves (GLP. com propriedades físico-químicas diferentes. nafta. mais de 80 produtos diferentes. querosene. é uma mistura de hidrocarbonetos. produzindo diversos derivados de petróleo. etc. os hidrocarbonetos são separados. diesel. Conhecer a qualidade do petróleo a destilar. Por isso.com 49 apostiladigital@gmail. coque. Na indústria de refino como um todo o principal objetivo é obter do petróleo processado o máximo possível de derivados de maior valor de mercado. por deter o monopólio do refino no País.com 50 Refinaria . como lubrificantes. A relação entre o tipo do petróleo e os rendimentos dos derivados obtidos é direta. as frações do petróleo são submetidas a altas pressões de hidrogênio e temperaturas elevadas. coque. GLP. que dão elevado rendimento em nafta e óleo diesel. nafta. asfalto. No processo de refino. e as apostiladigital@gmail. nafta. hidrocraqueamento. pode atenuar essa diferença em rendimentos. sendo que o conhecimento prévio destas características facilita a operação do refino. o petróleo contém. uma listagem básica de tais produtos. petróleos pesados. com a sua utilização principal. tem. GLP. A PETROBRÁS. Quais os principais produtos obtidos do petróleo? A PETROBRÁS produz. com propriedades físico-químicas diferentes. querosene. é fundamental para as operações de refinação. em proporções bem menores. o objetivo de atender o mercado nacional de derivados em qualquer circunstância. A refinaria é o nome usual para referir-se as destilarias de petróleo que realizam o processo químico de limpeza e refino do óleo cru extraído dos poços e minas de óleo bruto. segundo a formação geológica do terreno de onde foi extraído e a natureza da matéria orgânica que lhe deu origem. pois a sua composição e o seu aspecto variam em larga faixa. por destilação. Assim. há petróleos leves. A instalação de unidades de conversão. conhecidos como contaminantes.HIDROGENIZAÇÃO Processo desenvolvido por técnicos alemães para a transformação de carvão em gasolina. O petróleo bruto (não processado) é composto de diversos hidrocarbonetos. PETRÓLEO Todo petróleo. como lubrificantes. compostos oxigenados. Por meio deste processo. óleo diesel) e menos rendimento de produtos pesados (óleos combustíveis e asfalto) do que um petróleo pesado. onde ocorre o inverso. a PETROBRÁS tem sempre procurado instalar unidades de conversão (craqueamento catalítico. gasolina. Ao longo do tempo. tem pouca utilidade prática ou uso. produzindo diversos derivados de petróleo. diesel. em presença de catalisadores. petróleos com alto ou baixo teor de enxofre e outros contaminantes. coqueamento retardado. etc. querosene de aviação e outros. em suas refinarias. gasolina. asfalto. Por isso. A refinaria é o nome usual para referir-se as destilarias de petróleo que realizam o processo químico de limpeza e refino do óleo cru extraído dos poços e minas de óleo bruto. aguarrás.) em suas refinarias. que transformam frações pesadas em frações mais leves. nitrogenados. adicionalmente. tem pouca utilidade prática ou uso. O petróleo bruto (não processado) é composto de diversos hidrocarbonetos. com a finalidade de diminuir a influência da natureza do petróleo nos rendimentos dos produtos obtidos. o que eqüivale a reduzir ao mínimo a produção de óleo combustível. que são compostos formados por átomos de carbono e de hidrogênio.. que têm alto rendimento em óleo combustível. mas não consegue eliminá-la. querosene de aviação e outros. aguarrás. em estado natural. portanto. sulfurados e metais pesados. Refino Principais produtos • Asfalto • Diesel / óleo diesel • Nafta • Óleo combustível • Gasolina • Querosene e querosene de aviação • Gás liqüefeito de petróleo • Óleos lubrificantes • Ceras de parafinas • Coque • petroleo Processos comumente encontrados em uma refinaria • Dessaltação : proceesso de remoção de sais do óleo bruto. • Tratamento Merox • Craqueamento/cracking retardado/térmico: proceesso em que moléculas grandes (de menor valor comecial) são "quebradas" em moléculas menores (de maior valor comercial) pela ação de temperaturas elevadas. • Hidrotratamento • Reforma catalítica • Craqueamento/cracking catalítico: processo em que moléculas grandes (de menor valor comercial) são "quebradas" em moléculas menores (de maior valor comercial) através de um catalisador.impurezas removidas. • Alquilação / alcoilação apostiladigital@gmail. • Destilação à vácuo: processo em que o resíduo da destilação atmosférica é separado em diversas frações sob pressão reduzida.com 51 . • Destilação atmosférica: processo em que o óleo bruto é separado em diversas frações sob pressão atmosférica.