Como são classificados os instrumentos de medição usados em controle de processos?

A instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de medição e controle de processos na indústria.

A eficiência dos processos que envolvem a indústria que você atua dependem da qualidade da instrumentação, da confiabilidade dos equipamentos e do suporte dos melhores fornecedores.

A Instrumentação Industrial, quando utilizada de maneira criteriosa e planejada, reduz custos, aumenta a produtividade e contribui com a qualidade e a segurança da produção em que você trabalha.

No dia a dia, principalmente da Indústria de Transformação, o trabalho de um instrumentista é fundamental na Pirâmide de Automação Industrial.

Cada um dos instrumentos usados no processo industrial é importante. Seja na medição de nível, vazão, temperatura, pressão ou qualquer outra grandeza.

É por isso que achamos importante trazer até você um material completo sobre uma área tão importante como é a Instrumentação Industrial.

Tudo que você precisa saber para ser um especialista em Instrumentação Industrial está aqui.

Você também vai encontrar os principais conceitos da Instrumentação Industrial. Os termos, fórmulas e símbolos fundamentais para o completo entendimento do tema proposto.

Por que a Instrumentação Industrial é tão importante?

A indústria vem aumentado a demanda de controle de processos a cada dia. Fique atento. Manter um controle adequado dos processos tem se tornado cada vez mais importante não apenas para operadores de campo, mas também para a empresa como um todo, incluindo executivos e gerentes dos mais diversos setores.

Isso é resultado de dois fatores: redução dos custos de produção e aumento do foco em segurança do trabalho.

Eficiência e Redução de custos na Instrumentação Industrial

Um dos principais objetivos da Instrumentação Industrial é manter o controle do processo produtivo seja em volume, peso, densidade, vazão etc. Se a sua medição é eficiente, você terá como resultado um maior rendimento da produção, pois os processos serão feitos sem interrupções.

A medição adequada de uma grandeza é um elemento fundamental dentro de um sistema de calibração de tanques, por exemplo. Uma instrumentação precisa aumenta significativamente a eficiência da planta.

Por exemplo, levando em consideração a medição de nível, se um silo de grãos precisa estocar uma certa quantidade de material o tempo inteiro, mas não é preenchido em sua capacidade máxima por falhas na medição, a unidade de produção poderá precisar de silos adicionais, acarretando despesa de compra e manutenção desnecessárias.

Muitos processos necessitam de um fluxo contínuo, entrada e saída de materiais. É inviável obter um fornecimento consistente com taxas variáveis ou se houver incidentes na linha de abastecimento.

Segurança do trabalho na Instrumentação Industrial

A Instrumentação Industrial também é feita por razão de segurança. Imagine o transbordamento acidental de um tanque de ácido causado por uma medição imprecisa de um instrumento.

Pode gerar um resultado catastrófico!

Assim como falamos de um incidente envolvendo ácido, também poderíamos extrapolar para diversos outros tipos de materiais comuns na indústria, como inflamáveis, reagentes, dentre outros.

Prevenir transbordamentos, detectar vazamentos, evitar incêndios, dentre outras ocorrências também é importante para a indústria e seus processos de adequarem diante de todas as regulações ambientais.

Automação, Instrumentação e Controle de Processo

A automação de um modo geral vem trazendo ao longo do tempo uma série de benefícios nos mais diversos setores da indústria e da própria sociedade. É sinônimo de conforto e facilidade.

Nas indústrias, a urgência no aumento da produção a fim de responder à crescente demanda com custos cada vez mais baixos e à fabricação constante de novos produtos, acarretou no crescimento do número de processos completamente automatizados.

A Automação Industrial, mais precisamente a instrumentação industrial, quando utilizada com critério e de forma planejada, reduz custos, aumenta a produtividade e contribui com qualidade, controle e segurança na produção.

A principal melhoria alcançada pela automação envolve a mão de obra. Toda instrumentação faz com que os trabalhadores se livrem de atividades monótonas, repetitivas e, principalmente, perigosas. É uma melhoria tanto para o financeiro quanto para a segurança do trabalho no setor industrial.

Embora a tecnologia que implementa processos ou sistemas automatizados modernos exija diferentes graus de investimento, os resultados são definitivamente garantidos e extremamente recompensadores. Por essa razão é que as indústrias que ainda resistem a essa realidade estão condenadas ao total fracasso.

A automação é classificada de acordo com suas diversas áreas. Além da automação industrial, temos a automação bancária, comercial, agrícola, predial, de comunicações e de transportes.

Focaremos na Automação Industrial, principalmente no que diz respeito à Instrumentação Industrial. Mas para chegarmos lá é preciso entender os segmentos que a Automação Industrial percorre até chegarmos propriamente na Instrumentação Industrial e nas especificidade da medição de nível, pressão, vazão e temperatura.

A Automação de Processos Contínuos e de processos de manufatura são as duas vertentes da Automação Industrial.

É por esses dois segmentos que damos início ao nosso estudo.

Automação de Processos

Nos tópicos anteriores falamos bastante a respeito de processo, mas não definimos o conceito para o âmbito da automação industrial.

Processo é uma operação ou uma série de operações realizadas por um determinado conjunto de equipamentos, onde varia, pelo menos, uma característica física ou química de um material para obtenção de um produto final.

Ou seja, uma operação unitária, como são os casos da destilação, filtração ou aquecimento, é considerada um processo. Quando se trata de controle, uma tubulação por onde escoa um fluido, um reservatório que contém água, um aquecedor ou um equipamento qualquer é o que entendemos como processo.

Automação de processos contínuos

O processo contínuo é aquele que operam ininterruptamente grande quantidade de produtos e materiais nas mais diversas formas sem manipulação direta. São processos caracterizados por tubulações, tanques, trocadores de calor, misturadores, reatores, entre outros.

As indústrias química, petroquímica, alimentícia e de papel e celulose, são algumas áreas que os processos contínuos atuam.

Um processo pode ser controlado por meio da medição de variáveis que representam o estado desejado e pelo ajuste automático de outras variáveis, de maneira a se conseguir o valor que se deseja para a variável controlada. As condições ambientais devem sempre ser incluídas na relação de variáveis de processo.

As variáveis de processo são as grandezas físicas que afetam o desempenho de um processo e podem mudar de valor espontaneamente em virtude de condições internas ou externas. Por essa razão, essas variáveis típicas de processos contínuos necessitam de controle.

As principais variáveis medidas e controladas nos processos contínuos são: pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade e umidade.

Automação de processos de manufatura

A automação de processos de manufatura são aquelas em que o produto é manipulado direta ou indiretamente, ao contrário do ocorre nos processos contínuos.

Nos processos de manufatura identificamos máquinas e sistemas sequenciais característicos da indústria automobilística, eletroeletrônica, alimentícia, farmacêutica, etc.

O funcionamento básico de um processo de manufatura requer os seguintes componentes:

• Sensores: responsáveis pela medição de desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de algum de seus elementos. Exemplos: sensores de posição e óticos;
• Controle: a informação dos sensores é usada para controlar o sequenciamento de uma determinada operação. Os robôs são bons exemplos, pois o controle de suas posições é determinado por informações de sensores e por uma rotina de sequenciamento, acionando-se um conjunto de motores. Softwares de controle são conjuntos de instruções organizados de forma sequencial na execução de tarefas programadas;
• Acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É o caso dos motores elétricos, servoválvulas, pistões hidráulicos etc.

O que é Instrumentação Industrial?

A instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de medição e controle de processos na indústria. É empregada tanto em processos usuais como a medição de nível em indústrias sucroalcooleiras quanto em processos críticos como reatores nucleares.

A obtenção de medidas precisas e com o menor custo possível depende do instrumento empregado, da qualificação do usuário e do tratamento matemático que as medições sofrem.

Dessa forma, para o emprego de instrumentos e a interpretação correta dos seus resultados é fundamental que a pessoa encarregada dessa tarefa entenda os princípios de medição dos instrumentos para que possam ser feitas medições confiáveis dentro das faixas possíveis e características do instrumento.

É por isso que você está lendo esse material. Vai ser muito útil para você.

Como funciona um instrumento?

Instrumento é um dispositivo que transforma uma variável física de interesse em um formato passível de medição pela instrumentação industrial.

O sensor é o elemento de destaque para o processo de medição. A função do sensor é converter o sinal da variável física em um sinal da variável de saída apropriado.

Os sinais das variáveis devem ser escolhidos de modo que possam ser manipulados e transmitidos em circuitos elétricos elétricos, preferencialmente, para uma leitura direta ou para serem armazenados em computadores de uma forma histórica.

Antes de iniciarmos nosso estudo sobre medição de nível, é essencial a apresentação de conceitos básicos de controle de processo, em que a medição das variáveis de processo é fundamental.

Controle de processos

A função fundamental do controle de processos é manter uma determinada variável em um valor desejado mesmo quando ela for submetida a perturbações externas.

Os controles de processo levam em consideração duas formas de funcionamento, uma mais inteligente, com controle automático; e outra mais tradicional, com controle manual do processo.

Ainda temos o controle de processo manual. É um sistema mais rudimentar, lento e trabalhoso. Basicamente consiste em uma pessoa observando o valor atual do nível e fazendo a comparação com o valor desejado.

Se o valor medido é maior, abre-se a válvula, aumentando a vazão de saída. Se o nível estiver menor que o valor desejado, fecha-se a válvula, reduzindo a vazão de saída, fazendo com que o nível atual observado seja elevado.

Essas operações são feitas repetidamente pelo responsável técnico para que o nível fique o mais próximo possível do valor desejado.

Tipos de controle

Quando se fala em controle, deve-se, necessariamente, subentender a medição de uma variável qualquer do processo e a sua atuação no sentido de mantê-la constante; isto é, a informação recebida pelo controlador é comparada com um valor preestabelecido (set point). Verifica-se a diferença entre ambos e age-se para diminuir ao máximo essa diferença.

Essa sequência de operações caracterizam a chamada malha de controle, dividida em controles de malha aberta e malha fechada.

Malha aberta

O controle com malha aberta tem a ação de controle independente da saída. Ou seja, a saída não tem efeito na ação de controle.

Nessa espécie de controle não existe elemento de realimentação, a saída nem ao menos é medida ou comparada com uma entrada para efetuar a ação de controle.

É o contrário do controle em malha fechada.

Malha fechada

Feedback ou controle em malha fechada é o controle no qual o processo pode ser realizado e compensado antes ou depois de afetar a variável controlada.

Trata-se da forma de controle usualmente mais empregada. Consiste na medição da variável de processo, passando pela aferição do set point (valor desejado) e ao fim alcançando um erro. O sinal de erro é transmitido a um controlador que faz a correção.

Etapas e conceitos fundamentais no controle de processos

Grande parte dos sistemas de controle realiza as seguintes etapas:

1. Medição de um estado ou condição de um processo;
2. Um controlador calcula uma ação com base em um valor medido de acordo com um valor desejado;
3. Um sinal de saída resultante dos cálculos do controlador é utilizado para manipular uma ação do processo na forma de um atuador;
4. O processo reage ao sinal aplicado, mudando o seu estado ou condição.

Termos específicos mais usados em controle de processo

Faixa de medida (range) é conjunto de valores da variável de medida compreendido dentro do limite superior e inferior ou de transmissão do instrumento.

Alcance (span) é diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do instrumento.

Variável de processo (PV) é a variável a ser controlada em um processo. Trata-se de uma condição do processo que pode alterar a produção de alguma maneira. Exemplos para variáveis de processo: pressão, vazão, nível, temperatura, densidade etc.

Variável manipulada (MV) é a grandeza modificada com o intuito de manter a variável de processo desejado (set point).

Set point (SP) é o valor a ser mantido para a variável de processo.

Carga é uma espécie de perturbação que acontece em decorrência da variação em variável secundária que altera a variável do processo.

Perturbações são alterações inerentes a qualquer processo. Existem dois tipos de perturbações: carga e set point.

Erro (offset) é a diferença existente entre a variável de processo e o set point, podendo ser positiva ou negativa. Vale ressaltar que a redução ou a extinção do erro é o propósito fundamental de um sistema de controle.

Exatidão é o maior valor de erro estático que um instrumento pode alcançar no período de sua faixa de trabalho. Consiste no grau de concordância entre o resultado de uma medição e o valor verdadeiro do mensurando.

Zona morta é a variação máxima que a variável pode ter sem provocar alterações na indicação ou no sinal de saída de um instrumento ou em valores absolutos do seu range.

Histerese é a diferença máxima apresentada por um instrumento para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala no sentido ascendente e descendente. É expressa em porcentagem do span.

Repetibilidade é a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em porcentagem do span.

Linearidade é a característica desejada na variável tanto em relação à entrada quando à saída de determinado instrumento.

Sensibilidade (ganho) é a medida da resposta do instrumento, expressa como variação na saída sobre variação na entrada. É o valor resultante do span de saída dividido pelo span de entrada.

Resolução é a menor diferença substancialmente percebida entre indicações de um dispositivo mostrador.

Ajuste é uma operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho compatível com a sua utilização.

Calibração é um conjunto de operações que estabelece, sob condições específicas, a relação entre os valores indicados por um instrumento, ou sistema de medição, ou valores representados por uma medida materializada, ou material de referência com os valores correspondentes às grandezas estabelecidas por padrões.

Incerteza de medição é um parâmetro que expressa o intervalo no qual estão os valores que poderão ser razoavelmente atribuídos ao mensurando dentro de uma probabilidade específica. A incerteza de medição também é caracterizada pela indicação quantitativa da qualidade dos resultados da medição, sem a qual estes não poderiam ser comparados com os valores de referência especificados ou com um padrão. Deve-se levar em consideração que o resultado de uma medição é somente uma estimativa do valor do mensurando. Dessa forma, a expressão que representará o valor de tal mensurando deverá incluir a incerteza de medição.

Padrão é a medida materializada, instrumento de medição, material de referência ou sistema de medição destinados a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza para servir como referência.

Erro combinado é o desvio máximo entre a reta de referência e a curva de medição, incluindo os efeitos de não linearidade, histerese e repetibilidade. É expresso em porcentagem do sinal de saída nominal.

Além de conhecer os conceitos básico da Instrumentação Industrial, o instrumentista precisa entender como funciona toda a simbologia aplicada aos equipamentos e processos.

Simbologia em instrumentação industrial

As etapas de um processo químico de transformação devem ser controladas para se obter o produto final desejado. Cada uma das etapas do processo é monitorada por instrumentos.

Diagramas de instrumentação podem ser utilizados em uma grande variedade de processos, desde petroquímicos, gás, alimentos, etc.

Os diagramas P&I (Piping and Instrumentation) são fundamentais em automação de processos, pois sua formulação é uma das etapas mais importantes no projeto de processos industriais. Esses diagramas são largamente utilizados para a descrição detalhada de projetos de malhas de controle. Eles descrevem os elementos de medida utilizados, tipos de controle, esquemas de controle e, principalmente, a sua interconexão com o processo propriamente dito.

Símbolos são utilizados no P&I para representar elementos individuais, como sensores e válvulas, ou a combinação de elementos, como malhas de controle.

Existem diversos padrões para a simbologia P&I, e também é possível que algumas companhias utilizem uma convenção própria para a descrição de seus processos. Para este estudo é utilizada a Norma ISA-S5.1, a mais aceita internacionalmente e frequentemente utilizada no dia a dia das indústrias.

Nos diagramas P&I, um círculo representa instrumentos de medida individuais, como transmissores e sensores.

Para indicar os mostradores e tipos de controladores é utilizado um quadrado com um círculo interno. Essa simbologia serve para representar instrumentos que, além de efetuarem medições, executam alguma tarefa de controle.

Quando o símbolo é um hexágono, a representação diz respeito às funções de controladores e tipos de CLPs.

Também temos os sinais empregados na simbologia P&I.

Identificação de instrumentação

As normas de instrumentação ISA S-5.1, 5.2, 5.3, 5.4, de 1992, estabelecem símbolos, gráficos e condições para a identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão ser utilizados nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação.

As letras de identificação na simbologia ISA determinam:

• A variável a ser medida
• A função do dispositivo
• Modificadores

Todo instrumento ou função programada deve ser identificado por um conjunto de letras (identificação funcional) e um conjunto de algarismos (malha ou função programada).
Às vezes é necessário completar a identificação do instrumento com um sufixo.

A identificação funcional é formada por um conjunto de letras, sendo elas responsáveis por identificar qual é o tipo de medição ou indicação que se está realizando. A primeira letra identifica a variável medida. Assim, um controle de temperatura se inicia com a letra T, o mesmo para pressão P.

Mas fique alerta:

a letra usada para o controle de nível é L, pois a classificação é a partir da língua inglesa na qual Nível é Level.

Dessa maneira, a primeira letra da identificação funcional é selecionada de acordo com a variável medida e não com a variável manipulada. A variável manipulada é a variável controlada pela variável medida; logo, uma válvula de controle comandada por um controlador de nível, que altera a vazão para controlar o nível, é identificada com LV, e não como FV.

As letras subsequentes às das variáveis identificam as funções do instrumentos, sendo classificadas como:

• Funções passivas: elemento primário, orifício de restrição, poço
• Funções de informação: indicador, registrador, visor
• Funções ativas ou de saída: controlador, transmissor, chave e outros
• Funções modificadoras: alarmes ou indicação de instrumento multifunção

As letras subsequentes de funções modificadoras podem atuar ou complementar o significado da letra precedente. A letra modificadora altera a primeira ou uma das subsequentes. No caso de LILL, deve-se explicar que o instrumento em questão está indicando um nível muito baixo(LL). Por isso é usada uma quarta letra, um L de Low (“baixo” em inglês). Se o instrumento indicasse um alarme de nível alto ou extremamente alto as letras subsequentes seriam, respectivamente, H e HH, High.

Assim, temos que as letras subsequentes caracterizam as funções dos instrumentos na seguinte ordem:

• Letras que indicam funções passivas ou de informação
• Letras que indicam funções ativas ou saídas
• Letras que modificam a função do instrumento ou que funcionam como complemento de explicação de função

A identificação funcional deve ser composta por no máximo 3 letras. A quarta letra só será admitida em caso de extrema necessidade, como são os seguintes casos:

• Instrumentos mais complexos, permitindo ainda as letras serem divididas em subgrupos
• No caso de um instrumento com indicação e registro da mesma variável, a letra I pode ser omitida

Letras de identificação (ISA)

Agora vamos tratar de algo essencial para a Instrumentação Industrial, o controle das variáveis do processo.

Vamos falar da medição de nível, pressão, vazão e temperatura. São as 4 principais variáveis do processo industrial.

Você que trabalha na Instrumentação industrial sabe que o controle do processo é fundamental. Por exemplo, saber escolher qual a melhor tecnologia para medição de nível é imprescindível!

Sabemos que convencer o comitê de compras da instalação que você trabalha é difícil. Por isso que você precisa saber tudo sobre as variáveis que você controla. Só assim você vai conseguir convencer seu gestor a escolher a instrumentação adequada.

Chega de conversa e vamos aprender um pouco mais sobre medição de nível!

Medição de Nível

Nível é a medida em altura do conteúdo líquido ou sólido de um reservatório.

A medição de nível permite:

• A avaliação do estoque de tanques de armazenamento;
• O controle dos processos contínuos em que existam volumes líquidos ou sólidos, de acumulação temporária, amortecimento, mistura, resistência etc.

A medição de nível faz parte dos processos de automação e sua decorrente instrumentação industrial. Para entender melhor tudo que envolve a medição de nível é importante entender que ela está inserida no contexto da automação industrial e serve para o controle de processos.

Métodos de medição de nível de líquido e de sólidos

Basicamente, a medição de nível se divide em:

• Medição de Nível Direta
• Medição de Nível Descontínua
• Medição de Nível Indireta

Medição de Nível Direta

A Medição de Nível Direta é um tipo de medição de nível que adota como pontos de referência a posição superior da substância medida.

Principais formas de medição direta

• Observação visual direta por meio de uma escala graduada
• Posição do detector sobre a superfície do produto a ser medido (Ex: Boia)
• Eletrodo com a superfície livre do nível a ser medido
• Feixe de luz enviado para célula fotoelétrica, pela interposição entre o emissor e a célula do produto mensurado
• Reflexão de ondas de rádio ou sônicas na superfície livre do produto

Medição de Nível Descontínua

Os medidores de nível que utilizam o método de medição descontínua de nível são compostos por duas partes principais: um detector de nível e um circuito de saída, que pode estar energizado ou desenergizado.

O detector deste instrumento informa ao circuito de saída a presença ou ausência do produto em determinada posição; cabe ao circuito estabilizar o sinal de saída em função dessa informação.

Os medidores são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge os pontos fixos desejados. Assim sendo, esses medidores podem ligar uma bomba, acionar um alarme ou desencadear uma sequência de operações automáticas quando o nível atinge um ponto fixo cujo valor pode ser previamente ajustado.

Medição de Nível Indireta

A Medição de Nível Indireta é um tipo de medição que utiliza propriedades físicas ao nível para fazer suas mensurações.

Levando em consideração as propriedades físicas e os instrumentos utilizados no processo, a medição de nível indireta ocorre por:

• Medição de Nível por Pressão
• Medição de Nível com Borbulhador
• Medição de Nível por Empuxo
• Medição de Nível com Interface
• Medição de Nível por Capacitância
• Medição de Nível por Ultrassom
• Medição de Nível com Raios Gama

Métodos de medição de nível de sólidos

Medir o nível dos sólidos também é possível. Geralmente os sólidos medidos se apresentam na forma de pó ou grãos.

É possível medir o nível de sólidos por:

• Medição Eletromecânica
• Medição por pás rotativas ou lâminas vibratórias

Medição de Pressão

A Medição de Pressão é uma das variáveis de medida mais importantes da Instrumentação Industrial porque atua no Controle de Processos e o seu princípio fundamental pode ser utilizado em outros tipos de medida além da pressão. Medidas de nível, vazão e densidade podem ser realizadas com o mesmo princípio da Medição de Pressão.

A pressão pode ocorrer pela expansão de gases e vapores ou pela elevação de colunas líquidas. Dessa forma, temos que:

A Pressão é o resultado de uma força (F) sobre uma superfície (A).

Levando em consideração que P é pressão; F é força; e A corresponde a área; o cálculo da pressão se dá pela seguinte expressão:

Unidades de Pressão

Já descobrimos como encontrar o valor da pressão através de uma fórmula simples. Agora o desafio é entender como o resultado dessa expressão é apresentado.

De acordo com o Sistema Internacional, a unidade de medida que representa a força é o Newton (N); a unidade de área é o m2; e, finalmente, a pressão é medida pela unidade Pascal (Pa). Portanto, 1Pa equivale à força de 1N aplicada sobre uma superfície com área 1 m2.

A pressão também pode ser medida por bar, que equivale à força aplicada de 106 dinas sobre um superfície de 1 cm2:

Para ficar mais claro, a relação das unidades bar e Pa é a seguinte:

Medição por coluna de líquido

Outra forma de medir a pressão é pela altura de uma coluna de líquido necessária para equilibrar a pressão aplicada. Assim, a medição de pressão utiliza as seguintes unidades:

• mmHg (milímetros de mercúrio);
• cmHg (centímetros de mercúrio);
• inHg (polegadas de mercúrio);
• péHg (pés de mercúrio);
• mmca (milímetros de coluna de água);
• mca (metros de coluna de água);
• inca (polegadas de coluna de água);

Escalas de Pressão

A variável física pressão pode apresentar escalas caracterizadas como atmosférica, relativa e absoluta.

Pressão Atmosférica

Pressão atmosférica é a pressão exercida pela atmosfera terrestre em decorrência do peso da camada de gases que envolvem o planeta levando em consideração uma altitude de até 50 km.

Pressão Relativa

Pressão relativa é a pressão que tem como unidade de referência de sua medição a pressão atmosférica. A pressão relativa pode ser positiva (pressão efetiva) ou negativa (vácuo).

Pressão Absoluta

Pressão absoluta é a pressão medida a partir do vácuo absoluto. É uma soma da pressão relativa mais a pressão atmosférica.

Tipos de Pressão

Pressão Estática

Pressão estática é a pressão exercida por um fluido em repouso ou em movimento, desde que a tomada de pressão seja perpendicular ao escoamento.

Pressão Cinética

Pressão cinética é a pressão exercida por um fluido em movimento. Esse tipo de pressão é medido pela tomada de impulso de forma que receba o impacto do fluxo.

Pressão Diferencial

Pressão diferencial é a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo ΔP (delta P). Esse tipo de pressão é utilizado principalmente para a medição de vazão, nível, densidade e também pressão.

Medição de Vazão

Determinar o controle e o balanço de materiais é importantíssimo para diversas operações na indústria. Por isso que a Medição de Vazão é valorizada pela Instrumentação Industrial. As principais variáveis encontradas em processos contínuos são medidas a partir de sua vazão.

A medição da vazão inclui no seu sentido mais amplo a determinação da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por um determinado local na unidade de tempo. Podem também ser incluídos os instrumentos que indicam a quantidade total movimentada em um intervalo de tempo.

A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (litros, mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos), ou em unidades de massa (g, Kg, toneladas, libras), e a vazão instantânea, por uma das unidades anteriormente citadas dividida por unidade de tempo (litros/min, m3/hora, galões/min).

Comparativo de Unidades de Vazão

1m3 = 1.000 litros
1 libra = 0,4536 kg
1 pé cúbico = 0,0283168 m3
1 galão (americano) = 3,785 litros

Quando se mede a vazão em unidades de volume, devem ser especificadas as condições base consideradas. Assim, no caso de líquidos, é importante indicar que a vazão se considera nas condições de operação, ou a 0 °C, 20 °C, ou a outra temperatura qualquer.

Na medição de gases é comum indicar a vazão em kg/h (Quilogramas por hora), Nm3/h (metros cúbicos normais por hora) ou SCFM (pés cúbicos standard por minuto).

Tipos de Vazão

Vazão volumétrica (Q) é o volume de líquido que passa em um determinado ponto em uma determinada quantidade de tempo.

Vazão mássica (Qm) é a quantidade de massa de um fluido que atravessa a seção transversal de uma tubulação por unidade de tempo.

Métodos de Medição de Vazão

A Instrumentação Industrial possibilita uma enorme variedade de medidores de vazão. A especificação e a seleção correta do medidor de vazão não é uma tarefa muito simples, pois exigem conhecimentos e informações precisas sobre o fluido, características de operação e instalação.

A enorme oferta de medidores e técnicas de medição é outro fator decisivo nesse processo de escolha, pois devem ser considerados, além de critérios econômicos, inúmeros critérios técnicos, como:

• Vazão operacional
• Diâmetro da tubulação
• Precisão
• Rangeabilidade
• Características do fluido
• Características de operação
• Tipo de instalação
• Perda de carga

Os 8 Principais Métodos de Medição de Vazão

1. Medição por Pressão Diferencial (elementos deprimogênios)

• Placa de orifício
• Tubo Venturi
• Bocal de vazão
• Tubo Pilot
• Tubo Annubar

2. Medição por Área Variável (rotêmetro)

3. Medição por Frequência (pulsos)

• Vortex
• Turbina

4. Medição por Tensão Induzida (medidor magnético)

5. Medição Mássica

• Efeito Coriolis
• Térmicos

6. Medição por Ultrassom

• Efeito Doppler
• Por tempo de trânsito

7. Medição por Deslocamento Positivom

• Disco nutante
• Pistão oscilante
• Medidor rotativo oval

8. Medição em Canais Abertos

• Calha Parshall
• Vertedores

Agora o assunto vai esquentar! Vamos falar sobre a parte da instrumentação que cuida da medição de temperatura dos processos industriais.

Medição de Temperatura

Temperatura é a propriedade da matéria que reflete a média da energia cinética dos átomos.

O conceito de temperatura está relacionado ao movimento de vibração e/ou deslocamento dos átomos de um corpo. Todas as substâncias são constituídas de átomos que, por sua vez, se compõem de um núcleo e um elétrons. Usualmente, estes átomos possuem certa energia cinética que se traduz na forma de vibração ou no mesmo deslocamento, como no caso de líquidos e gases.

A energia cinética de cada átomo em um corpo não é igual nem constante, pois continuamente altera seu valor durante um processo de intercâmbio de energia interna própria.

Na prática, a temperatura é representada em uma escala numérica, onde, quanto maior o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão.

A temperatura é uma das variáveis mais importantes na indústria de processamento. Praticamente todas as características físico-químicas de qualquer substância alteram-se de forma bem-definida com a temperatura. Isso acontece nos seguintes casos:

• Dimensões (comprimento, volume)
• Estado físico (sólido, líquido, gás)
• Densidade
• Viscosidade
• Radiação térmica
• Reatividade química
• Condutividade
• pH
• Resistência mecânica
• Maleabilidade, ductibilidade

A Medição de Temperatura ou Termometria vai da criometria a pirometria.

Criometria é a medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura.

Pirometria é a medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.

Mercado de Trabalho em Automação e Instrumentação Industrial

As grandes corporações tem encontrado dificuldade na hora de preencher o seu quadro de vagas e têm buscado cada vez mais por profissionais capacitados em automação e instrumentação industrial. A Confederação Nacional das Indústrias (CNI) fez um estudo em 2012 e constatou que até o ano de 2015 o Brasil vai precisar de mais de 7 milhões de trabalhadores técnicos. A instituição também constatou que mais de 1 milhão dessas oportunidades serão para jovens que ainda nunca trabalharam.

O que faz um Técnico em Automação e Instrumentação Industrial?

As atribuições de um técnico na área de automação e instrumentação industrial consiste na elaboração de desenhos técnicos e diagramas lógicos à calibração de máquinas em campo. Trata-se um profissional importantíssimo em diversas áreas de plantas industriais, cuidando do planejamento técnico de seu setor, da execução de projetos e das manutenções preventivas e preditivas.

10 atividades do técnico em automação e instrumentação industrial

• Elaboração de diagramas lógicos e arquitetura de sistemas;
• Preparação de listas de I/O
• Elaboração de telas em IHM (Interfaces Homem Máquina) e supervisórios;
• Especificação de hardwares de Controladores Lógico-Programáveis (CLPs) e programar neles;
• Configuração de redes, comissionamento de máquinas e realização dos start-ups na planta;
• Trabalho de campo (painéis elétricos, partidas de motores);
• Instalação e manutenção de painéis elétricos e de redes industriais (como a Ethernet);
• Parametrização de inversores de frequência, soft-starters, transmissores, relés, multimedidores etc.
• Manutenção corretiva elétrica, preditiva e programada;
• Teste de funcionalidade e elaboração de relatórios técnicos.

Salários de um Técnico em Automação Industrial

Os ganhos iniciais ficam entre R$ 1.300,00 e 1.500,00. Entretanto, com a experiência em decorrência dos anos de atuação na profissão, ou seja, cerca de 5 e 7 anos, a média salarial pode ir até 4.300,00, incluindo um adicional de 30%.

Instrumentistas podem ganhar salários de R$ 1.300 a R$2.200 (níveis de 1 a 3), com adicional de periculosidade de 30%. Já os técnicos de instrumentação, de R$ 3.500,00 a 4.500,00 mais os 30%. A disponibilidade para viagens é um diferencial tanto para a contratação como para a remuneração.

Em todos os casos, a carga de trabalho é, na maioria das vezes, bastante dinâmica. Mais do que isso, a responsabilidade é enorme, pois além de as ações do técnico estarem diretamente relacionadas com a funcionalidade e operacionalidade de processos industriais, a lucratividade do negócio está em jogo também.

Perfil do profissional formado em Automação Industrial

Um bom profissional da área de Automação Industrial deve gostar muito de tecnologia e ter afinidade com Ciências Exatas.

O desenvolvimento de sistemas automatizados requer muito estudo, concentração e capacidade de resolver problemas.

Outra característica importante para este profissional é a capacidade de trabalhar em equipe, já que os projetos de modernização dos processos industriais costumam envolver um time com profissionais de diferentes áreas.

Quando as empresas buscam automatizar seus processos, elas desejam aumentar sua competitividade no mercado utilizando as tecnologias mais modernas que existem. Por esta razão, o tecnólogo em Automação Industrial deve estar sempre atento às tendências tecnológicas de sua área.

Queremos ter ajudado você a entender mais sobre Instrumentação Industrial!

Esperamos que a partir de agora você tenha segurança para tratar sobre a importância do instrumentação industrial para o setor.

Falamos sobre suas principais tarefas da instrumentação no dia a dia de uma indústria. O controle da medição de Nível é uma atividade que está no cotidiano do instrumentação.

Preparamos um eBook especial sobre isso. Além disso, temos uma postagem com tudo que você precisa saber sobre Medição de Nível e um ebook completo para você saber qual é a tecnologia ideal para os processos mais desafiadores:

Para finalizar, ainda ressaltamos o contexto da Automação Industrial, área que a instrumentação industrial desempenha função primordial, ocupando a base da Pirâmide.

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Obrigado pela leitura de todo esse material e até a próxima!

FONTES

• Mais de 35 anos de experiência em automação e controle de processos.
• Mais de 13 mil horas de engenharia de aplicação on-site
• Mais de 5000 soluções de instrumentação desenvolvidas
• SENAI. Automação: Fundamentos de Instrumentação
• FRANCHI, C. L. Instrumentação de Processos Industriais: Princípios e Aplicações
• SENAI. Programa de Certificação Pessoal de Instrumentação Básica