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Instrumentação Básica
1
CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA

3
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CARLOS ROBERTO CHAVES
Equipe Petrobras
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
CURITIBA
2002

4
629.8 Chaves, Carlos Roberto.
C512 Curso de formação de operadores de refinaria: instrumentação básica /
Carlos Roberto Chaves. – Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.
98 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,
RECAP, SIX, REVAP.
1. Instrumentação. 2. Medição. 3. Controle automático. I. Título.

5
Apresentação
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-renciação
em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-nico-
práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-dem
ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.
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Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.

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Instrumentação Básica Sumário
1 TERMINOLOGIA ................................................................................... 7
1.1 Introdução à Instrumentação ........................................................... 7
1.2 Por que automatizar ......................................................................... 8
1.3 Terminologia e Simbologia ............................................................ 10
2 SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO........................................... 12
2.1 Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) ....................... 12
2.1.1 Tipos de conexões .............................................................. 12
2.1.2 Código de Identificação de Instrumentos ............................ 12
2.1.3 Simbologia de identificação de instrumentos
de Campo e Painel .............................................................. 15
2.1.4 Alguns Arranjos Típicos de Instrumentos ........................... 15
2.2 Simbologia Conforme Norma ISA
(Institute of Standard American) ................................................... 17
2.2.1 Finalidades .......................................................................... 17
2.2.2 Aplicação na Indústria ........................................................ 17
2.3 Aplicação nas atividades de trabalho ............................................ 17
2.4 Aplicação para Classes e Funções de Instrumentos ...................... 17
2.5 Conteúdo da Identificação da Função ........................................... 18
2.6 Conteúdo de Identificação da Malha ............................................. 18
2.7 Símbolos de Linha de Instrumentos ............................................... 19
2.7.1 Símbolos opcionais binários (ON – OFF) ........................... 19
2.8 Símbolos gerais de instrumentos ou de funções ............................ 20
3 ELEMENTOS DE UMA MALHA DE CONTROLE ........................... 22
3.1 Variáveis de processo .................................................................... 22
3.1.1 Variável controlada ............................................................. 22
3.1.2 Meio controlado .................................................................. 22
3.1.3 Variável manipulada ............................................................ 22
3.1.4 Agente de controle .............................................................. 22
3.2 Malha de controle .......................................................................... 23
3.2.1 Malha aberta ....................................................................... 23
3.2.2 Malha fechada .................................................................... 23
4 MEDIÇÃO DE PRESSÃO .................................................................... 25
4.1 Introdução ..................................................................................... 25
4.2 Peso Específico ............................................................................. 25
4.3 Gravidade Específica ..................................................................... 25
4.4 Princípios, leis e teoremas da física utilizados
na medição de pressão ................................................................... 25
4.4.1 Lei da Conservação de energia (Teorema de Bernoulli) ..... 25
4.4.2 Teorema de Stevin .............................................................. 25
4.4.3 Princípio de Pascal .............................................................. 26
4.4.4 Equação Manométrica ........................................................ 26
4.5 Definição de Pressão ..................................................................... 26
4.5.1 Pressão Estática .................................................................. 27
4.5.2 Pressão Dinâmica ............................................................... 27
4.5.3 Pressão total ........................................................................ 27
4.5.4 Tipos de Pressão Medidas .................................................. 27
4.5.5 Unidades de Pressão ........................................................... 28
4.6 Técnicas de medição de pressão ................................................... 28
4.6.1 Introdução ........................................................................... 28
4.6.2 Composição dos Medidores de Pressão ............................. 28
4.7 Principais Tipos de Medidores ...................................................... 28
4.7.1 Manômetros ........................................................................ 28
4.7.2 Manômetro de Líquido ....................................................... 29
4.8 Tipos de Manômetro Líquido ........................................................ 30
4.8.1 Manômetro tipo Coluna em “U” ......................................... 30
4.8.2 Manômetro tipo Coluna Reta Vertical ................................ 30
4.8.3 Manômetro tipo Coluna Inclinada ...................................... 31
4.8.4 Aplicação ............................................................................ 31
4.8.5 Manômetro Tubo Bourdon ................................................. 31
4.9 Manômetro Tipo Elástico .............................................................. 32
5 INSTRUMENTO DE TRANSMISSÃO DE SINAL ............................. 36
5.1 Tipos de transmissores de pressão ................................................ 36
5.1.1 Transmissores pneumáticos ................................................ 36
5.1.2 Transmissores eletrônicos analógicos ................................. 37
5.2 Instrumentos para alarme e inter-travamento ................................. 38
5.2.1 Pressostato .......................................................................... 38
5.3 Instrumentos conversores de sinais ............................................... 40
5.3.1 Conversores eletro-pneumáticos e pneumáticos-elétricos ... 40
6 MEDIÇÃO DE VAZÃO ........................................................................ 42
6.1 Introdução ..................................................................................... 42
6.1.1 Tipos de medidores de vazão .............................................. 42
6.2 Placa de orifício ............................................................................. 43
6.3 Tubo Venturi .................................................................................. 44
6.3.1 Bocal de Vazão ................................................................... 44
6.3.2 Tubo Pitot ........................................................................... 44
6.3.3 Medidor Tipo Annubar ....................................................... 45
6.3.4 Rotâmetros .......................................................................... 45
6.3.5 Princípio Básico .................................................................. 45
6.4 Medidores de vazão em canais abertos ......................................... 45
6.4.1 Vertedor .............................................................................. 45
6.4.2 Calha de Parshall ................................................................ 46
6.5 Medidores especiais de vazão ....................................................... 46
6.5.1 Medidor Eletromagnético de Vazão .................................... 46
6.5.2 Medidor Tipo Turbina ......................................................... 46
6.5.3 Medidor por Efeito Coriolis ................................................ 46
6.5.4 Medidor Vortex ................................................................... 47
6.5.5 Medidores Ultra-sônicos .................................................... 47
6.5.6 Medidores de efeito Doppler .............................................. 47
7 MEDIÇÃO DE NÍVEL .......................................................................... 49
7.1 Introdução ..................................................................................... 49
7.2 Métodos de medição de nível de líquido ....................................... 49
7.2.1 Medição direta .................................................................... 49
7.2.2 Medição indireta de nível ................................................... 49
7.2.3 Medição de Nível Descontínua ........................................... 53
7.2.4 Medição e Nível de Sólidos ................................................ 54
8 MEDIÇÃO DE TEMPERATURA ......................................................... 55
8.1 Introdução ..................................................................................... 55
8.2 Temperatura e calor ....................................................................... 55
8.2.1 Medição de temperatura com Termopar ............................. 56
8.3 Efeitos termoelétricos .................................................................... 57
8.3.1 Efeito termoelético de Seebeck ........................................... 57
8.3.2 Efeito termoelétrico de Peltier ............................................ 57
8.3.3 Efeito termoelétrico de Thomson ........................................ 57
8.3.4 Efeito termoelétrico de Volta .............................................. 58
8.4 Medição de temperatura por termo-resistência ............................. 58
8.4.1 Princípio de Funcionamento ................................................ 59
8.4.2 Características da termo-resistência de platina ................... 59
8.4.3 Radiômetro ou Pirômetro de radiação ................................ 60
9 ANALISADORES INDUSTRIAIS ....................................................... 61
9.1 Introdução ..................................................................................... 61
9.2 Instrumentos de análise ou analisador ........................................... 61
9.3 Sistema de amostragem ................................................................. 61
9.3.1 Captação ............................................................................. 61
9.4 Funções de um sistema de amostragem ......................................... 62
9.4.1 Captação de Amostra .......................................................... 63
9.5 Transporte de amostra ................................................................... 63
9.5.1 Temperatura ........................................................................ 63
9.5.2 Filtro de adsorção ............................................................... 65
10 INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA .................................................... 66
10.1 Analisadores de Gases Industriais ................................................. 66
10.2 Analisadores de Gases .................................................................. 66
10.2.1Analisadores de Gases por Condutibilidade Térmica ......... 66
10.3 Analisadores por absorção de raios infravermelhos ...................... 67
10.3.1Teoria de funcionamento ..................................................... 67
10.3.2Princípio de medição .......................................................... 68
10.3.3Fonte de infravermelho ....................................................... 69
10.3.4Célula .................................................................................. 69
10.3.5Tipos de analisadores .......................................................... 69
10.3.6Analisadores paramagnéticos .............................................. 71
10.4 Analisador de Oxi-Zircônia ........................................................... 74
10.4.1Introdução ........................................................................... 74
10.5 Analisador de Líquidos ................................................................. 75
10.5.1Medidor pH ........................................................................ 75
10.5.2Medição de pH através do eletrodo de vidro ...................... 75
10.5.3Solução padrão de pH ......................................................... 76
10.5.4Observações a serem feitas durante a medição ................... 77
10.6 Medidor de densidade específica .................................................. 77
10.6.1Medidor de densidade específica
pelo método flutuação ......................................................... 77
10.6.2Medidor de densidade específica
pelo método de pressão ...................................................... 78
10.6.3Medidor do grau de densidade
pelo método de comparação da cor .................................... 78
10.6.4Estrutura do equipamento ................................................... 78
11 VÁLVULAS DE CONTROLE .............................................................. 80
11.1 Introdução ..................................................................................... 80
11.2 Tipos de Corpos ............................................................................ 80
11.3 Válvulas de deslocamento Linear de Haste ................................... 81
11.3.1 Válvula de Controle Tipo Globo Convencional
(Série SIGMAF) ................................................................. 81
11.4 Válvulas de Controle – Definições Geral ...................................... 81
11.4.1 Válvulas de Controle .......................................................... 81
11.4.2 Componentes da válvula de controle .................................. 82
11.4.3 Tipos de válvulas de controle ............................................. 82
11.5 Válvula Globo ............................................................................... 83
11.5.1 Corpo da válvula ................................................................. 83
11.5.2 Internos (ou conjunto dos internos) .................................... 83
12 CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO ................................... 85
12.1 Sistemas de Controle ..................................................................... 85
12.2 Partes de um Sistema de Controle ................................................. 85
12.3 Estabilidade do Sistema de Controle ............................................. 86
12.4 Funcionamento de um Sistema de Controle Fechado .................... 86
12.5 Modos de Controle do Controlador .............................................. 86
12.5.1Controle biestável ............................................................... 87
12.5.2Controle proporcional ......................................................... 87
12.5.3Controle integral ................................................................. 87
12.5.4Controle proporcional-integral ............................................ 87
12.5.5Controle derivativo ............................................................. 88
12.5.6 Controle proporcional-derivativo ....................................... 88
12.5.7 Controle proporcional-integral-derivativo .......................... 88
12.6 Conclusões .................................................................................... 88

7
Terminologia 1
1.1 Introdução à Instrumentação
Curso Básico de Instrumentação e Controle
O presente material descreve, de forma
sucinta, a definição clássica da instrumenta-ção
envolvida no processo de transformação
da matéria-prima em produto ou sub-produto
e, em linhas gerais, aborda os conceitos que
serão base para uma compreensão lata sobre a
atividade. A intenção não é portanto, a de su-primir
lacunas nas cátedras de Física, Quími-ca
Geral ou Fenômeno dos Transportes, cujo
universo de teorias e conceitos envolvidos
transpõem os objetivos do curso.
Todo processo de transformação do esta-do
de determinadas substâncias (líquidas, ga-sosas,
sólidas) participes de uma cadeia de
processamento, para a composição de um pro-duto
final, envolve, em síntese, certas opera-ções,
que, em certos casos, necessitam serem
controladas a fim de manter as grandezas en-volvidas
(pressão, vazão, temperatura, etc),
dentro de valores preestabelecido.
A definição clássica de processo denota
toda a operação de transformação de matéria-prima
(no seu estado natural) em uma forma
útil. Todo processo químico é formado por “um
conjunto de operações unitárias interligadas
entre si de acordo com uma seqüência lógi-ca”.
Estabelecida no projeto básico de enge-nharia
Um processo apresenta variáveis a serem
controladas, que interferem direta ou indireta-mente
no resultado da qualidade do produto
ou subproduto. Os métodos de coleta de in-formações
sobre as condições do processo di-ferem
em muito dependendo do tipo de gran-deza
que se quer inferir. Algumas informações
(variáveis) podem ser coletadas através de
métodos direto ou indireto. Para este último,
em muitos casos, utilizamos a inferência.
A instrumentação pode, então, ser defini-da
como a ciência que aplica e desenvolve téc-nicas
para medidas e controles em equipamen-tos
e processos industriais.
Tomando-se como exemplo o sistema de
medição de energia elétrica encontrado em re-sidências,
um instrumento que mede e regis-tra
a energia elétrica consumida durante um
dado período de tempo. Realizam-se aqui, três
atividades distintas:
1. medição da energia elétrica consumi-da
em cada instante;
2. soma das energias consumidas durante
um certo período de tempo;
3. registro no totalizador do aparelho.
Trata-se aqui simplesmente de um proces-so
de medida, integração e registro de uma
entidade física, energia elétrica consumida na
residência.
Dado um eletrodoméstico, ligado à rede
pública através de um “regulador de tensão”.
Este instrumento pretende, na medida do pos-sível,
fornecer ao eletrodoméstico ligado a ele,
uma tensão constante, para a qual ele é regula-do,
conforme observado na ilustração a seguir.

8
O regulador de tensão recebe uma tensão
da rede, compara com a tensão para a qual foi
ajustado e atua sobre a tensão, conforme ne-cessário,
para fornecer ao eletrodoméstico a
tensão predeterminada. Tem-se, aqui, uma ati-vidade
de controle.
De uma maneira ampla, os dispositivos
que realizam as tarefas de medição, registro e
controle são chamados de instrumentos, e a
ciência que os estuda é chamada de instrumen-tação.
Em linhas gerais e conclusivas, a “instru-mentação”
é a ciência que aplica e desenvolve
técnicas para adequação de instrumentos de
medição, transmissão, indicação, registro e
controle de variáveis físicas em equipamen-tos
nos processos industriais.
Em indústrias, tais como siderúrgica, pe-troquímica,
alimentícia, papel, entre outras, a
instrumentação é responsável pelo rendimen-to
máximo de um processo, pois, faz com que
toda energia cedida seja transformada em tra-balho
na elaboração do produto desejado. No
processo, as principais grandezas que tradu-zem
transferências de energia, denominadas
variáveis de um processo, são: pressão, nível,
vazão, temperatura.
A seguir serão abordadas as várias técni-cas
de medição e tratamento destas grandezas.
1.2 Por que automatizar
A utilização de instrumentos para contro-le
automático de processo nos permite,
incrementar e controlar a qualidade do produ-to,
aumentar a produção e rendimento, obter e
fornecer dados seguros da matéria-prima e da
quantidade produzida, além de ter em mãos
dados relativos à economia dos processos.

9
Com o surgimento da máquina a vapor no
fim do século passado, o homem viu-se obri-gado
a desenvolver técnicas de medição. Des-ta
forma, surgem instrumentos para indicar a
variável em questão, a pressão. A grande de-manda
de indicadores de pressão surgiu na área
de fornos e caldeiras, resultando em uma gran-de
redução do número de acidentes e ocorrên-cias
de explosões nestes equipamentos.
No final dos anos trinta, começaram a sur-gir
os primeiros instrumentos de controle au-tomático.
Com o surgimento da eletrônica dos se-micondutores
no início dos anos 50, surgiram
os instrumentos eletrônicos analógicos, e
gradativamente, a partir desta data, os instru-mentos
pneumáticos foram substituídos pelos
eletrônicos, em processos onde não existia ris-co
de explosão.
Na atualidade, os industriais estão cada
vez mais optando por automatizar as suas uni-dades/
plantas, adquirindo sistemas eletrônicos
microprocessador, tais como transmissores
inteligentes controladores, Multi.Loop, contro-ladores
lógicos programáveis (CLP), Sistemas
Digitais de Controle Distribuído, Sistemas
Fieldbus.
Já são encontrados, no mercado nacional,
instrumentos com tecnologia consagrada (se-gurança
intrínseca) capaz de fornecer uma alta
performance operacional aliada à otimização
de processos industriais. A seguir pode-se per-ceber
este grau de integração.

10
1.3 Terminologia e Simbologia
As definições a seguir são conhecidas por
todos que intervêm, diretamente ou indireta-mente,
no campo da instrumentação industrial,
e têm como objetivo a promoção de uma mes-ma
linguagem técnica.
RANGE (Faixa de medida): Conjunto de
valores da variável analisada, compreendido
dentro do limite inferior e superior da capaci-dade
de medida ou de transmissão do instru-mento.
É expresso determinando-se os valo-res
extremos.
Exemplo:
100 ~ 500°C; 0 ~ 20 psi; –30 ~ 30 mmca.
SPAN (Alcance): É a diferença algébrica
entre o valor superior e inferior da faixa de
medida do instrumento. Exemplo:
Um instrumento com range de 100 a 250°C,
possui Span = 150°C
ERRO: Diferença entre o valor lido ou
transmitido pelo instrumento, em relação real
da variável medida. Se o processo ocorrer em
regime permanente (que não varia ao longo
do tempo), será chamado de Erro Estático, e
poderá ser positivo ou negativo, dependendo
da indicação do instrumento. Quando a variá-vel
altera-se, tem-se um atraso na transferên-cia
de energia do meio para o medidor, ou seja,
o valor medido estará geralmente atrasado em
relação ao valor real da variável. Esta diferen-ça
é chamada de Erro Dinâmico.
PRECISÃO: Definida como o maior va-lor
de erro estático que um instrumento possa
ter ao longo de sua faixa de trabalho. É possí-vel
expressá-la de diversas maneiras:
a) Em porcentagem do alcance (span).
Ex.: Um instrumento com range de 50
a 150°C está indicando 80°C e sua pre-cisão
é de ± 0,5% do span.
80°C ± (0,5 / 100) x 100°C = 80°C ± 0,5°C
Portanto, a temperatura estará entre 79,5
e 80,5°C.
b) Em unidade da variável.
Exemplo:
Precisão de ± 2°C
c) Em porcentagem do valor medido (para
maioria dos indicadores de campo).
Ex.: Um instrumento com range de 50
a 150°C está indicando 80°C e sua pre-cisão
é de ± 0,5% do valor medido.
80°C ± (0,5 / 100 x 80°C) = 80°C ± 0,4°C
Portanto, a temperatura estará entre 79,6
e 80,4°C.
Pode-se ter a precisão variando ao longo
da escala de um instrumento, indicada pelo fa-bricante,
então, em algumas faixas da escala
do instrumento.
Exemplo:
Um manômetro pode ter uma precisão de
±1% em todo seu range e ter na faixa cen-tral
uma precisão de ± 0,5% do span.
d) Em % do fundo de escala ou Span má-ximo:
80ºC ± (0,5 / 100) x 150ºC = 80ºC ± 0,75ºC
Observação: Quando o sistema de medi-ção
é composto de diversos equipamentos, ad-mite-
se que a precisão total da malha seja igual
à raiz quadrada da soma dos quadrados das
precisões de cada equipamento.
Exemplo: Uma malha de instrumentação
é constituída pelos seguintes instrumentos:
– Termopar, com precisão de ± 0,5% do
valor medido. Valor medido = 400°C
(± 2°C).
– Fio de Extensão, com precisão de ±1°C.
– Registrador, com escala de 0 a 800°C e
precisão de ± 0,25%, portanto ± 2°C.
Precisão total da malha =
22 + 12 + 22 = 9 = ± 3oC
Zona Morta – É o maior valor de varia-ção
que o parâmetro medido possa alcançar,
sem que provoque alteração na indicação ou
sinal de saída de um instrumento (pode ser apli-cado
para faixa de valores absolutos do “ran-ge”
do mesmo). Está relacionada a folgas en-tre
os elementos móveis do instrumento, como
engrenagens.
Exemplo: Um instrumento com “range”
de 0 a 200°C possui uma zona morta de ± 0,1%
do span.
± 0,1% = (0,1 / 100 x 200) = ± 0,2°C

11
Portanto, se a variável alterar em 0,2°C, o
instrumento não apresentará resposta nenhuma.
Sensibilidade: É a razão entre a variação
do valor indicado ou transmitido por um ins-trumento
e a da variável que o acionou, após
ter alcançado o estado de repouso. Denota a
capacidade de resolução do dispositivo.
Exemplo: Um termômetro de vidro com
“range” de 0 a 500°C, possui uma escala de
leitura de 50 cm.
Sensibilidade = (50 / 500 cm)/°C = 0,1cm/°C
Histerese: É a diferença máxima apresen-tada
por um instrumento, para um mesmo va-lor,
em qualquer ponto da faixa de trabalho,
quando a variável percorre toda a escala nos
sentidos ascendente e descendente ou é o des-vio
porcentual máximo com o qual, para uma
mesma variável (por exemplo vazão), uma in-dicação
do valor instantâneo afasta-se do ou-tro,
dependendo de ter sido alcançado a partir
de valores maiores ou menores.
Exemplo: Num instrumento com “range”
de 0 a 200°C mostrado na Figura seguinte, a
histerese é de 0,2%.
Conformidade: É o desvio percentual má-ximo
com o qual uma determinada variável se
afasta da sua curva característica.
Reprodutibilidade: É a máxima diferen-ça
encontrada ao se aplicar um valor conheci-do
diversas vezes, em um dispositivo eletrô-nico
pneumático ou mecânico.
Repetibilidade: É o desvio porcentual
máximo com o qual uma mesma medição é
indicada, tomando-se todas as condições como
exatamente reproduzidas de uma medida para
outra. Expressa-se em porcentagem do span.
Um instrumento com “range” de 0 a 1000 L/
min, ± 0,1% do span (o que corresponde a ± 1
L/min), se a vazão real na primeira passagem
ascendente for 750 L/min e o instrumento in-dicar
742 L/min, numa segunda passagem as-cendente
com vazão real de 750 L/min o ins-trumento
indicará 742 ± 1 L/min. Observar que
o termo Repetibilidade não inclui a Histerese.
Anotações

12
InstrumSentaçãio Bmásica bologia de 2
Instrumentação
Com o objetivo de simplificar e globalizar
o entendimento dos documentos utilizados
para representar as configurações das malhas
de instrumentação, normas foram criadas em
diversos países.
No Brasil a Associação Brasileira de Nor-mas
Técnicas (ABNT), através de sua norma
NBR 8190, apresenta e sugere o uso de sím-bolos
gráficos para representação dos diver-sos
instrumentos e suas funções ocupadas nas
malhas de instrumentação. No entanto, como
é dada a liberdade para cada empresa estabe-lecer/
escolher a norma a ser seguida na elabo-ração
dos seus diversos documentos de proje-to
de instrumentação, outras são utilizadas.
Assim, devido a sua maior abrangência e atuali-zação,
uma das normas mais utilizadas em pro-jetos
industrias no Brasil é a estabelecida pela
ISA (Instrument Society of America).
A seguir serão apresentadas, de forma re-sumida,
as normas ABNT e ISA que serão uti-lizadas
ao longo dos trabalhos de instrumen-tação.
2.1 Simbologia Conforme Norma ABNT
(NBR-8190)
2.1.1 Tipos de conexões
1. Conexão do processo, ligação mecâni-ca
ou suprimento ao instrumento.
2. Sinal pneumático ou sinal indefinido
para diagramas de processo.
3. Sinal elétrico.
4. Tubo capilar (sistema cheio).
5. Sinal hidráulico.
6. Sinal eletromagnético ou sônico (sem
fios).
2.1.2 Código de Identificação de Instrumentos
Cada instrumento deve ser identificado
com um sistema de letras que o classifique
funcionalmente (Ver Tabela 1 a seguir).
Como exemplo, uma identificação repre-sentativa
é a seguinte:
T RC
1ª letra Letras sucessivas
Identificação Funcional
2 A
Nº da cadeia Sufixo (normalmente não é utilizado)
Identificação da Cadeia
Observação:
Os números entre parênteses referem-se
às notas relativas dadas a seguir.
Notas Relativas
1. As letras “indefinidas” são próprias
para indicação de variáveis não listadas
que podem ser repetidas em um proje-to
particular. Se usada, a letra deverá
ter um significado como “primeira-le-tra”
e outro significado como “letra-subseqüente”.
O significado precisará
ser definido somente uma vez, em uma
legenda, para aquele respectivo projeto.
2. A letra “não-classificada”, X, é própria
para indicar variáveis que serão usadas
uma vez, ou de uso limitado.
3. Qualquer primeira-letra, se usada em
combinação com as letras modificado-ras
D (diferencial), F (razão) ou Q
(totalização ou integração), ou qualquer
combinação será tratada como uma
entidade “primeira letra”.

13
Tabela 1 – Significado das letras de identificação
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
L
M
N(1)
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X (2)
Y
Z
Variável Medida ou inicial (3)
Analisador (4)
Chama de queimador
Condutividade elétrica
Densidade ou massa específica
Tensão elétrica
Vazão
Medida dimensional
Comando Manual
Corrente elétrica
Potência
Nível
Umidade
Indefinida
Indefinida (1)
Pressão ou vácuo
Quantidade ou evento
Radioatividade
Velocidade ou freqüência
Temperatura
Multivariável (5)
Viscosidade
Peso ou força
Não classificada
Indefinida (1)
Posição
Modificadora
–
–
Diferencial (3)
–
Razão (fração) (3)
–
–––
Varredura ou
Seletor (6)
Integrador ou
totalizador (3)
–
Segurança (7)
–
–
–
–
–
–
–
Função de informação
ou passiva
Alarme
Indefinida
–
–
Elemento primário
–
Visor (8)
–
Indicador (9)
–
Lâmpada
Piloto (10)
Indefinida (1)
Orifício de restrição
Ponto de teste
–
Registrador ou impressor
–
* Multifunção (11)
–
Poço
Não classificada
–
–
Função final
–
Indefinida (1)
Controlador (12)
–
–
–
–
–
–
–
Indefinida (1)
–
–
–
–
Chave (12)
Transmissor
Válvula (12)
––
Não classificada
Relé ou computação
(11, 13)
Elemento final de
controle não classificado
Modificadora
Indefinida (1)
–
–
–
–
Alto (6, 14, 15)
–
–
–
Baixo (6, 14, 15)
Médio ou intermediário
(6, 14)
Indefinida (1)
–
–
–
–
–
–
–
––
Não classificada
–
–
PRIMEIRA LETRA LETRAS SUBSEQUENTES

14
4. A “primeira-letra” A, para análise, co-bre
todas as análises não listadas no
diagrama e não cobertas pelas letras
“indefinidas”. Cada tipo de análise de-verá
ser definido fora do seu círculo de
indefinição no fluxograma. Símbolos
tradicionalmente conhecidos, como
pH, O2, e CO, têm sido usados opcio-nalmente
em lugar da “primeira-letra”
A. Esta prática pode causar confusão
particularmente quando as designações
são datilografadas por máquinas que
usam somente letras maiúsculas.
5. O uso da “primeira-letra” U para mul-tivariáveis
em lugar de uma combina-ção
de “primeira-letra” é opcional.
6. O uso dos termos modificadores alto,
baixo, médio ou intermediário e varre-dura
ou seleção é preferido, porém
opcional.
7. O termo “segurança” será aplicado so-mente
para elementos primários de pro-teção
de emergência e elementos finais
de controle de proteção de emergência.
Então, uma válvula auto-operada que
previne a operação de um sistema aci-ma
da pressão desejada, aliviando a
pressão do sistema, será uma PCV (vál-vula
controladora de pressão), mesmo
que a válvula não opere continuamen-te.
Entretanto esta válvula será uma
PSV (válvula de segurança de pressão)
se seu uso for para proteger o sistema
contra condições de emergência, isto é,
condições que colocam em risco o pes-soal
e o equipamento, ou ambos e que
não se esperam acontecer normalmen-te.
A designação PSV aplica-se para
todas as válvulas que são utilizadas para
proteger contra condições de emergên-cia
em termos de pressão, não impor-tando
se a construção e o modo de ope-ração
da válvula enquadram-se como
válvula de segurança, válvula de alívio
ou válvula de segurança e alívio.
8. A função passiva “visor” aplica-se a
instrumentos que dão uma visão direta
e não calibrada do processo.
9. O termo “indicador” é aplicável so-mente
quando houver medição de uma
variável e disponibilização da grande-za
para o operador.
10. Uma “lâmpada-piloto”, que é a parte
de uma malha de instrumentos, deve ser
designada por uma “primeira-letra”
seguida pela “letra subseqüente”. En-tretanto,
se é desejado identificar uma
“lâmpada-piloto” que não é parte de
uma malha de instrumentos, a “lâmpa-da-
piloto” pode ser designada da mes-ma
maneira ou alternadamente por uma
simples letra L. Por exemplo: a lâmpa-da
que indica a operação de um motor
elétrico pode ser designada com EL,
assumindo que a tensão é a variável
medida ou XL assumindo que a lâm-pada
é atuada por contatos elétricos
auxiliares do sistema de partida do
motor, ou ainda simplesmente L. A
ação de uma “lâmpada-piloto” pode ser
acompanhada por um sinal audível.
11. O uso da “letra-subseqüente” U para
“multifunção” em lugar de uma com-binação
de outras letras funcionais é
opcional.
12. Um dispositivo que conecta, desconec-ta
ou transfere um ou mais círculos
pode ser, dependendo das aplicações,
uma “chave”, um “relé”, um “contro-lador
de duas posições” ou uma “vál-vula
de controle”. Se o dispositivo
manipula uma corrente fluida de pro-cesso
e não é uma válvula de bloqueio
comum acionada manualmente, deve
ser designada como uma “válvula de
controle”. Para todas as outras aplica-ções,
o equipamento é designado como:
a) uma “chave”, quando é atuado
manualmente;
b) uma “chave” ou um “controlador de
duas posições”, se é automático e
se é acionado pela variável medida.
O termo “chave” é geralmente atri-buído
ao dispositivo que é usado para
ativar um circuito de alarme,
“lâmpada piloto”, seleção, inter-travamento
ou segurança. O termo
“controlador” é, geralmente, atri-buído
ao equipamento que é usado
para operação de controle normal;
c) um “relé”, quando automático, é
acionado pela variável medida, isto
é, por uma “chave” ou por um “con-trolador
de duas posições”.
13. Sempre que necessário, as funções as-sociadas
como o uso da “letra-subse-qüente”
Y devem ser definidas fora do
círculo de identificação. Não é neces-sário
este procedimento quando a função

15
é por si só evidente, tal como no caso
de uma válvula solenóide.
14. O uso dos termos modificadores “alto”,
“baixo”, “médio” ou “intermediário”
deve corresponder a valores das variá-veis
medidas e não dos sinais, a menos
que de outra maneira seja especifica-do.
Por exemplo: um alarme de nível
alto derivado de um transmissor de ní-vel
de ação reversa é um LAH (alarme
de nível alto), embora o alarme seja atua-do
quando o sinal alcança um determi-nado
valor baixo. Os termos podem ser
usados em combinações apropriadas.
15. Os termos “alto” e “baixo”, quando
aplicados para designar a posição de
válvulas, são definidos como:
alto
– denota que a válvula está em ou
aproxima-se da posição totalmente
aberta;
baixo
– denota que a válvula está em ou
aproxima-se da posição totalmente
fechada.
2.1.3 Simbologia de identificação de instrumentos
de Campo e Painel
Instrumentação de Vazão
Válvula de Controle
2.1.4 Alguns Arranjos Típicos de Instrumentos
Vazão
Pressão

16
Temperatura

17
2.2 Simbologia Conforme Norma ISA
(Institute of Standard American)
2.2.1 Finalidades
Informações Gerais
As necessidades de procedimentos de vá-rios
usuários são diferentes. A norma reconhe-ce
essas necessidades quando estão de acordo
com os objetivos e fornece métodos alternati-vos
de simbolismo. Vários exemplos são in-dicados
para adicionar informações ou simpli-ficar
o simbolismo.
Os símbolos dos equipamentos de proces-so
não fazem parte desta norma, porém são
incluídos apenas para ilustrar as aplicações dos
símbolos da instrumentação.
2.2.2 Aplicação na Indústria
A norma é adequada para uso em indús-trias
químicas, de petróleo, de geração de ener-gia,
refrigeração, mineração, refinação de me-tal,
papel e celulose, entre outras. Algumas
áreas, tais como astronomia, navegação e me-dicina
usam instrumentos tão especializados
que são diferentes dos convencionais. Não
houve esforços para que a norma atendesse às
necessidades destas áreas. Entretanto, espera-se
que a mesma seja flexível suficientemente
para resolver grande parte desse problema.
2.3 Aplicação nas atividades de trabalho
A norma é adequada quando refere-se a
um instrumento ou a uma função de um siste-ma
de controle, com o objetivo de simboliza-ção
de identificação.
Tais referências podem ser aplicadas, por
exemplo, para os seguintes fins:
– projetos;
– exemplos didáticos;
– material técnico – papéis, literatura e
discussões;
– diagramas de sistema de instrumenta-ção,
diagramas de malha, diagramas
lógicos;
– descrições funcionais;
– diagrama de fluxo: processo, mecâni-co,
engenharia, sistemas, tubulações e
desenhos/projetos de construção de ins-trumentação;
– especificações, ordens de compra, ma-nifestações
e outras listas;
– identificação de instrumentos (nomes)
e funções de controle;
– instalação, instruções de operação e
manutenção, desenhos e registros.
A norma destina-se a fornecer informações
suficientes a fim de permitir que qualquer pes-soa,
que possua um certo conhecimento do
assunto ao revisar qualquer documento sobre
medição e controle de processo, possa enten-der
as maneiras de medir e controlar o proces-so.
Não constitui pré-requisito para este en-tendimento
um conhecimento profundo/deta-lhado
de um especialista em instrumentação.
2.4 Aplicação para Classes e Funções de
Instrumentos
As simbologias e o método de identifica-ção
desta norma são aplicáveis para toda clas-se
de processo de medição e instrumentação
de controle. Podem ser utilizados, não somen-te
para identificar instrumentos discretos e suas
funções específicas, mas também para identi-ficar
funções analógicas de sistemas que são
denominados de várias formas como “Shared
Display”, “Shared Control”, “Distribuid
Control” e “Computer Control”.

18
2.5 Conteúdo da Identificação da Função
A norma é composta de uma chave de fun-ções
de instrumentos para sua identificação e
simbolização. Detalhes adicionais dos instru-mentos
são melhor descritos em uma especi-ficação
apropriada, folha de dados, manual do
fabricante, etc.
2.6 Conteúdo de Identificação da Malha
A norma abrange a identificação de um ins-trumento
e todos outros instrumentos ou funções
de controle associados à presente malha. O uso é
livre para aplicação de identificações adicionais,
tais como número de serie, número da unidade,
número da área, ou outros significados.
Tabela 2 – Identification Letters
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
Measured or initiating variable
Analysis (5,19)
Burner, Combustion
User’s Choice (1)
User’s Choice (1)
Voltage
Flow Rate
User’s Choice (1)
Comando Manual
Corrent (Electrical)
Power
Time, Time Schedule
Level
User’s Choice (1)
User’s Choice (1)
User’s Choice (1)
Pressure, Vaccum
Quantity
Radiotion
Speed, Frequency
Temperature
Multivariable (6)
Vibration, Mechanical
Analysis (19)
Weight, Force
Unclassified (2)
Event, State or Presence (20)
Position, Dimension
Modifier
Diferential (4)
Ratio (Francion) (4)
Scan (7)
Time Rate of Change (4, 21)
Momentary (4)
Integrate, Totalize (4)
Safety (8)
X Axis
Y Axis
Z Axis
Readout or passive
funcition
Alarm
User’s Choice (1)
Sensor (Primary Element)
Glass, Viewing Device (9)
Indicate (10)
Light (11)
User’s Choice (1)
Orifice, Restriction
Point (Test)
Connecion
Recorder (17)
Multifunction (12)
Well
Unclassified (2)
Note: Numbers in parentheses refer to specific explanatory notes on pages 15 and 16.
Outiput function
User’s Choice (1)
Control (13)
Control Station (22)
User’s Choice (1)
Switch (13)
Transmit (18)
Multifunction (12)
Válve, Damper, Louver
(13)
Unclassified (2)
Relay, Compute, Convert
(13, 14, 18)
Driver, Actuator,
Unclassified Final
Control Element
Modifier
User’s Choice (1)
High (7, 15, 16)
Low (7, 15, 16)
Middle, Intermediate
(7, 15)
User’s Choice (1)
Multifunction (12)
Unclassified (2)
FIRST-LETTER (4) SECCENDING-LETTERS (3)

19
2.7 Símbolos de Linha de Instrumentos
Todas as linhas são apropriadas em rela-ção
às linhas do processo de tubulação:
(1) alimentação do instrumento * ou cone-xão
ao processo
(2) sinal indefinido
(3) sinal pneumático **
(4) sinal elétrico
(5) sinal hidráulico
(6) tubo capilar
(7) sinal sônico ou eletromagnético (guia-do)
***
(8) sinal sônico ou eletromagnético (não
guiado) ***
(9) conexão interna do sistema (“software”
ou “data link”)
(10) conexão mecânica
“OU” significa escolha do usuário. Recomenda-se coerência.
2.7.1 Símbolos opcionais binários (ON – OFF)
(11) sinal binário pneumático
opções
(12) sinal binário elétrico
* Sugerem-se as seguintes abreviaturas
para denotar os tipos de alimentação.
AS – suprimento de ar
IA – ar do instrumento
PA – ar da planta
ES – alimentação elétrica
GS – alimentação de gás
HS – suprimento hidráulico
NS – suprimento de nitrogênio
SS – suprimento de vapor
WS – suprimento de água
Estas designações podem ser também apli-cadas
para suprimento de fluidos.
O valor do suprimento pode ser adiciona-do
à linha de suprimento do instrumento;
exemplo: AS-100, suprimento de ar 100-psi;
ES-24DC; alimentação elétrica de 24VDC.
** O símbolo do sinal pneumático destina-se
à utilização de sinal, usando qualquer
gás.
*** Fenômeno eletromagnético inclui calor,
ondas de rádio, radiação nuclear e luz.
Anotações

20
2.8 Símbolos gerais de instrumentos ou de funções
* O tamanho do símbolo pode variar de
acordo com a necessidade do usuário e
do tipo do documento. Foi sugerido no
diagrama de malha um tamanho de qua-drado
e círculo para diafragmas grandes.
Recomenda-se coerência.
** As abreviaturas da escolha do usuário,
tais como IP1 (painel do instrumento
nº 1), IC2 (console do instrumento
nº 2), CC3 (console do computador
nº 3), podem ser usadas quando for ne-cessário
especificar a localização do ins-trumento
ou da função.
*** Normalmente, os dispositivos de funções
inacessíveis ou que se encontram na par-te
traseira do painel podem ser demons-trados
através dos mesmos símbolos po-rém,
com linhas horizontais usando-se os
pontilhados.

21
Exemplo:
**** Não é obrigado a mostrar um aloja-mento
comum.
***** O desenho (losango) apresenta meta-de
do tamanho de um losango grande.
****** Veja ANSI/ISA padrão S5.2 para sím-bolos
lógicos específicos.
Anotações

22
Instrumentação Básica Elementos de uma Malha de Controle
3
3.1 Variáveis de processo
Geralmente, existem várias condições in-ternas
e externas que afetam o desempenho de
um processo. Estas condições são denomina-das
de variáveis de processo são elas: tempe-ratura,
pressão, nível, vazão, volume, etc. O
processo pode ser controlado medindo-se a
variável que representa o estado desejado e
ajustando automaticamente as demais, de ma-neira
a se conseguir um valor desejado para a
variável controlada. As condições ambientes
devem sempre ser incluídas na relação de va-riáveis
do processo.
3.1.1 Variável controlada
É também denominada variável de pro-cesso
(PV). Indica mais diretamente a forma
ou o estado desejado do produto. Considere-se,
por exemplo, o sistema de aquecimento de
água mostrado na Figura a seguir. A finalida-de
do sistema é fornecer uma determinada va-zão
de água aquecida. A variável mais indica-tiva
deste objetivo é a temperatura da água de
saída do aquecedor, que deve ser então a variá-vel
controlada.
3.1.2 Meio controlado
É a energia ou material no qual a variável
é controlada. No processo anterior, o meio
controlado é água na saída do processo, e a
variável controlada, temperatura, representa
uma característica d'água.
PLC
3.1.3 Variável manipulada
É aquela sobre a qual o controlador atua,
no sentido de mantê-la no valor desejado. A
variável manipulada pode ser qualquer variá-vel
que cause uma variação rápida na variável
controlada do processo.
Processo industrial.
3.1.4 Agente de controle
É a energia ou material do processo, en-quanto
a variável manipulada corresponde a
uma condição ou característica. No processo
acima, o agente de controle é o vapor, pois a
variável manipulada é a vazão do vapor.
Conforme observado, na figura anterior,
as principais variáveis de processo são:

23
– variável controlada: temperatura da
água;
– meio controlado: água na saída do pro-cesso;
– variável manipulada: vazão de vapor;
– agente de controle: vapor.
3.2 Malha de controle
Quando se fala em regulação (ou contro-le),
deve-se necessariamente subentender uma
medição (de uma variável qualquer do proces-so),
isto é, a informação que o regulador rece-be.
Recebida esta informação, o sistema regu-lador
compara com um valor preestabelecido
(chamado SET POINT), verifica-se a diferen-ça
entre ambos, age-se de maneira a diminuir
a seqüência de operações: medir a variável –
atuar no sistema de modo a minimizar a dife-rença
entre a medida e o set point –, denomi-nando-
se malha de controle. Uma malha de
controle pode ser aberta ou fechada.
3.2.1 Malha aberta
Na malha aberta, a informação sobre a
variável controlada não é usada para ajustar
qualquer entrada do sistema.
Exemplo: A informação acerca da tempe-ratura
do líquido de saída, não afeta o controle
da entrada de vapor para o sistema, conforme
mostrado na Figura a seguir.
3.2.2 Malha fechada
Por outro lado, na malha fechada, a in-formação
sobre a variável controlada, com a
respectiva comparação com o valor desejado,
é usada para manipular uma ou mais variáveis
do processo.
Regulação do processo.
Na Figura anterior, a informação acerca
da temperatura do líquido de saída, vai acar-retar
uma regulação de uma variável do pro-cesso,
no caso, da entrada de vapor. Caso a
temperatura do líquido esteja baixa, abre-se
mais a válvula, deixando entrar mais vapor
para aquecer o líquido. E se, ao contrário, o
líquido estiver muito quente (temperatura aci-ma
do valor pré-fixado), a válvula é fechada
mais um pouco, impedindo a entrada de va-por,
esfriando o líquido.
Nos sistemas de malha fechada, o contro-le
de processo pode ser efetuado e compensa-do
antes e depois de afetar a variável controla-da.
Isto pode ser demonstrado supondo-se que
no exemplo anterior a variável controlada seja
a temperatura de saída do líquido. Caso a tem-peratura
do líquido seja controlada, como no
caso da figura anterior, após o sistema ter afe-tado
a variável, afirma-se que o controle é do
tipo FEED-BACK, ou realimentado.
Malha de controle.
De um modo geral, os elementos de con-trole
são divididos em dois grupos conforme
mostrado na próxima Figura.
Dispositivos de campo:
a) elementos primários: são dispositivos
com os quais são detectadas alterações
na variável de processo.
b) transmissor: instrumento que mede
uma determinada variável e a envia a
distância para um instrumento recep-tor,
normalmente localizado no painel.
O elemento primário pode ser ou não
parte integrante do transmissor.
c) elemento final de controle (E.F.C.):
dispositivo que atua e modifica direta-mente
o valor da variável manipulada
de uma malha de controle.
Localização dos instrumentos.

24
Distribuido: Descentralização dos da-dos,
do processamento e das decisões
(estações remotas). Além de oferecer
uma IHM (interface-homem-máquina)
de grande resolução, permite interfacea-mento
com CLP (Controlador Lógico
Programável), equipamentos inteligen-tes
(Comunicação Digital – HART) e
sistemas em rede.
Dispositivos de painel:
a) indicador: instrumento que nos forne-ce
uma indicação visual da situação das
variáveis no processo. Um indicador
pode-se apresentar na forma analógica
ou digital.
b) registrador: instrumento que registra
a variável através do traço contínuo,
pontos de um gráfico, etc.
c) conversor: instrumento que recebe
uma informação como um sinal elétri-co
ou pneumático, altera a forma deste
e o emite como um sinal de saída. O
conversor é também conhecido como
transdutor. Todavia, o transdutor é um
termo genérico cujo emprego específi-co
para a conversão de sinal não é re-comendado.
d) controlador: instrumento provido de
uma saída de sinal para o processo, com
o objetivo de manter a variável de pro-cesso
(pressão, temperatura, vazão, ní-vel,
etc.) dentro do set point.
Os controladores podem ser divididos em:
– analógico: possui construção de tecno-logia
pneumática ou eletrônica.
– digital: possui construção de tecnolo-gia
digital, podendo ser do tipo single-loop
ou multi-loop.
– single-loop: entende-se por single-loop
um controlador, coordenando apenas
uma malha de determinada variável
(pressão, temperatura, nível, vazão,
etc.).
– multi-loop: entende-se como um con-trolador,
que atua sobre diversas variá-veis.
Isto significa que com apenas um
controlador é possível controlar, simul-taneamente,
uma malha de pressão,
uma malha de temperatura, uma malha
de pH, etc.
e) SDCD (Sistema Digital de Controle
Distribuído):
Sistema: Conjunto integrado de dispo-sitivos
que se completam no cumpri-mento
das suas funções.
Digital: Utilizando técnicas de proces-samento
digital (discreto) em contra-posição
ao análogo (contínuo).
De Controle: Com vistas a manter o
comportamento de um dado processo
dentro do pré-estabelecido.
Anotações

25
Medição 4
de Pressão
4.1 Introdução
O presente capítulo tem por objetivo, con-ceituar
pressão, uma das variáveis importan-tes
presentes na indústria, e compreender os
fenômenos relacionados a esta grandeza.
Na indústria, a variável pressão é uma das
grandezas físicas constantemente inferidas
como forma de monitorar ou controlar direta
ou indiretamente a forma ou estado de um pro-duto
ou material.
Partindo-se do pressuposto que: “não se
pode controlar o que não se mede”, com tom
óbvio, é possível extrair a verdade da base do
controle automático de processo.
Na atualidade, o mercado tem disponibi-lizado
diversas tecnologias na área de teleme-tria,
estas por sua vez oferecem uma maior
performance na medição, como precisão, exa-tidão
e resolução.
Pressão
A medição de pressão é o mais importante
padrão de medida, uma vez que as medidas
de vazão, nível e outras podem ser feitas uti-lizando-
se os mesmos princípios.
A pressão é definida como uma força atuan-do
em uma unidade de área.
4.2 Peso Específico
Relação entre o peso e o volume de uma
determinada substância. É representado pela
letra gama (γ) e apresentada como unidade usual
kgf/m3.
4.3 Gravidade Específica
Relação entre a massa de uma substância
e a massa de um mesmo volume de água,
ambas tomadas à mesma temperatura.
4.4 Princípios, leis e teoremas da física
utilizados na medição de pressão
4.4.1 Lei da Conservação de energia (Teorema
de Bernoulli)
Teorema estabelecido por Bernoulli em
1738. Relaciona as energias potenciais e ciné-ticas
de um fluido ideal, ou seja, sem viscosi-dade
e incompressível. Através deste teorema,
pode-se concluir que, para um fluido perfeito,
toda forma de energia pode ser transformada
em outra, permanecendo constante sua soma-tória
ao longo de uma linha de corrente. As-sim
sua equação representativa é:
1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 2 P + ρ . V + ρ . g . h = P + ρ . V + ρg . h = cte
Esta equação pode ser simplificada em
função das seguintes situações:
a) Se a corrente for constante na direção
horizontal, tem-se que:
1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 P + ρ . V = P + ρ . V = cte
b) Se a velocidade é nula e, assim, o flui-do
encontra-se em repouso, tem-se:
1 1 2 2 P + ρgh = P + ρgh = cte
4.4.2 Teorema de Stevin
Este teorema foi estabelecido por Stevin
e relaciona as pressões estáticas exercidas por
um fluido em repouso com a altura da coluna
do mesmo em um determinado reservatório.
Seu enunciado prevê que:
“A diferença de pressão entre dois pontos
de um fluido em repouso é igual ao produto
do peso específico do fluido pela diferença de
cota entre os dois pontos”.

26
P2 – P1 = ΔP = (h2 – h1) . γ
Observação:
1. Este teorema só é válido para fluidos em repouso.
2. A diferença de cotas entre dois pontos deve ser feita na vertical.
4.4.3 Princípio de Pascal
A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, transmite-se inte-gralmente
em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.
Devido aos fluidos serem praticamente incompressíveis, a força mecânica desenvolvida em
um fluido sob pressão pode ser transmitida.
Se uma força F1 = 10 kgf for aplicada so-bre
o pistão 1, o pistão 2 levantará um peso de
50 kgf devido ao fato do mesmo ter uma área
5 vezes maior que a área do pistão 1.
P F e P F
= 1 = 2
como P= P∴
1 2 1 2
A A
1 2
F =
F
A A
1 2
1 2
Outra relação:
O volume deslocado será o mesmo.
V1 = A1 x h1 V2 = A2 x h2 →
A1 x h1 = A2h2
Exemplo:
Sabendo-se que F1 = 20 kgf, A1 = 100 cm2
e A2 10 cm2, é possível calcular F2.
2
F F F F x A 20 x 10 kgf x cm
A A A 100cm
= ∴ = = ∴
1 2 2
2 1 2
1 2 1
F2 = 2 kgf
4.4.4 Equação Manométrica
Esta equação relaciona as pressões apli-cadas
nos ramos de uma coluna de medição e
a altura de coluna do líquido deslocado. A
equação apresenta-se como a expressão mate-mática
resultante dessa relação.
1 1 2 2 P + (h . γ) = P + (h . γ) ∴
1 2 2 1 P − P = γ . (h − h )
4.5 Definição de Pressão
Pode ser definida como a relação entre
uma força aplicada perpendicularmente (90°)
a uma área, conforme demonstrado na figura
seguinte, e é expressa pela equação:
P = F =
Força
A Área

27
Exemplo de aplicação de uma força em uma superfície
(10 kgf/cm2).
A pressão pode ser também expressa como
a somatória da pressão estática e pressão di-nâmica
e, assim, chamada de pressão total.
4.5.1 Pressão Estática
É a pressão exercida em um ponto, em flui-dos
estáticos, e transmitida integralmente em
todas as direções, de modo a produzir a mes-ma
força em áreas iguais.
4.5.2 Pressão Dinâmica
É a pressão exercida por um fluido em
movimento paralelo à sua corrente. A pressão
dinâmica é representada pela seguinte equação:
Pd = 1 . ρ
. V2 (N/m2 )
2
4.5.3 Pressão total
É a pressão resultante da somatória das
pressões estáticas e dinâmicas exercidas por
um fluido que se encontra em movimento.
4.5.4 Tipos de Pressão Medidas
A pressão medida pode ser representada
pela pressão absoluta, manométrica ou dife-rencial.
A escolha de uma destas três depende
do objetivo da medição. A seguir será defini-do
cada tipo, bem como suas inter-relações e
unidades utilizadas para representá-las.
Pressão absoluta
É a pressão positiva a partir do vácuo per-feito,
ou seja, a soma da pressão atmosférica
do local e a pressão manométrica. Geralmen-te,
coloca-se a letra A após a unidade. Quando
a pressão é representada abaixo da pressão
atmosférica por pressão absoluta, esta é deno-minada
grau de vácuo ou pressão barométrica.
Pressão manométrica
É a pressão medida em relação à pressão
atmosférica existente no local, podendo ser
positiva ou negativa. Geralmente, coloca-se a
letra “G” após a unidade para representá-la.
Quando se fala em uma pressão negativa em
relação à pressão atmosférica, esta é denomi-nada
pressão de vácuo.
Pressão diferencial
É o resultado da diferença de duas pres-sões
medidas. Em outras palavras, é a pressão
medida em qualquer ponto, exceto no ponto
zero de referência da pressão atmosférica.
Relação entre Tipos de Pressão Medida
A figura a seguir mostra graficamente a
relação entre os três tipos de pressão medida.
Relação entre dois tipos de pressão.

28
4.5.5 Unidades de Pressão
A pressão possui vários tipos de unidade.
Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacio-nal
e de coluna de líquido são utilizados tendo
como referência a pressão atmosférica e esco-lhidos,
dependendo da área de utilização, tipos
de medida de pressão, faixa de medição, etc.
Em geral, são utilizados para medição de
pressão as unidades Pa, N/m2, kgf/cm2, mmHg,
mmH2O, lbf/pol2, Atm e bar.
Tabela 1 - Conversão de Unidades de Pressão
A seleção da unidade é livre, mas, geral-mente,
deve-se escolher uma grandeza para
que o valor medido possa estar nas faixa de
0,1 a 1000. Assim, as sete unidades são livres,
porém, com freqüência, deve-se escolher uma
grandeza para que o valor medido possa es-tar
na faixa de pressão utilizada no campo da
instrumentação industrial. Suas relações po-dem
ser encontradas na tabela de conversão a
seguir.
Kgf/cm2 Ibf/pol2 BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O kpa
Kgf/cm2 1 14,233 0,9807 28,95 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665
lbf/pol2 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 6,895
BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100
Pol Hg 0,0345 0,4911 0,03386 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3,3863
Pol H2O 0,002537 0,03609 0,00249 0,07348 1 0,002456 1,8665 25,399 0,24884
ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,921 406,933 1 760,05 10335 101,325
mmHg 0,00135 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,013332
mmH2O 0,000099 0,00142 0,00098 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098
Kpa 0,010197 0,14504 0,01 0,29539 4,0158 0,009869 7,50062 101,998 1
H2O a 60°F
Hg a 32°F
Elemento de transferência
Aquele que amplia o deslocamento ou a
força do elemento de recepção ou que trans-forma
o mesmo em um sinal único de trans-missão
do tipo elétrica ou pneumática, envia-da
ao elemento de indicação (exemplo: links
mecânicos, relé piloto, amplificadores opera-cionais).
Elemento de indicação
Aquele que recebe o sinal do elemento de
transferência e indica ou registra a pressão
medida (exemplo: ponteiros, displays).
4.7 Principais Tipos de Medidores
4.7.1 Manômetros
São dispositivos utilizados para indicação
local de pressão e, em geral, estão divididos
em duas partes principais: o manômetro de lí-quidos,
que utiliza um líquido como meio para
se medir a pressão, e o manômetro tipo elásti-co,
que utiliza a deformação de um elemento
elástico como meio para se medir a pressão.
A tabela a seguir classifica os manôme-tros
de acordo com os elementos de recepção.
4.6 Técnicas de medição de pressão
4.6.1 Introdução
A medição de uma variável de processo é
feita, sempre, baseada em princípios físicos ou
químicos e nas modificações que sofrem as
matérias quando sujeitas às alterações impos-tas
por esta variável. A escolha dos princípios
está associada às condições da aplicação. Nes-se
tópico, serão abordadas as principais técni-cas
e princípios de sua medição com objetivo
de facilitar a análise e escolha do tipo mais
adequado para cada aplicação.
4.6.2 Composição dos Medidores de Pressão
Os medidores de pressão, de um modo
geral, divididos em três partes, são fabricados
pela associação destas partes ou mesmo incor-porados
a conversores e, por isso, recebem o
nome de transmissores de pressão. As três par-tes
de um medidor de pressão são:
Elemento de recepção
Aquele que recebe a pressão a ser medida
e a transforma em deslocamento ou força
(exemplo: bourdon, fole, diafragma).

29
Tipos de Manômetro Elementos de Recepção
Manômetros de líquidos
Manômetro Elástico
Tipo tubo em “U”
Tipo tubo reto
Tipo tubo inclinado
Tipo tubo de Boudon
Tipo diafragma
Tipo fole
Tipo cápsula
Tipo C
Tipo espiral
Tipo helicoidal
4.7.2 Manômetro de Líquido
Princípio de funcionamento e construção
É um instrumento de medição e indicação
local de pressão baseado na equação mano-métrica.
Sua construção é simples e de baixo
custo. Basicamente, é constituído por tubo de
vidro com área seccional uniforme, uma esca-la
graduada, um líquido de enchimento.
Líquidos de enchimento
A princípio, qualquer líquido com baixa
viscosidade, e não volátil nas condições de
medição, pode ser utilizado como líquido de
enchimento. Entretanto, na prática, a água des-tilada
e o mercúrio são os líquidos mais utili-zados
nesses manômetros.
Faixa de medição
Em função do peso específico do líquido
de enchimento e também da fragilidade do tubo
de vidro que limita seu tamanho, este instru-mento
é utilizado somente para medição de
baixas pressões.
Em termos práticos, a altura de coluna
máxima disponível no mercado é de 2 metros,
e, assim, a pressão máxima medida é de
2 mmH2O, caso se utilize água destilada, e
2 mmHg com utilização do mercúrio.
Condição de leitura (formação do menisco)
O mercúrio e a água são os líquidos mais
utilizados para os manômetros de líquidos e
têm diferentes formas de menisco (figura se-guinte).
No caso do mercúrio, a leitura eéfeita
na parte de cima do menisco, e para a água, na
parte de baixo do menisco. A formação do
menisco ocorre devido ao fenômeno de tubo
capilar, causado pela tensão superficial do lí-quido
e pela relação entre a adesão líquido-sólido
e a coesão do líquido.
Num líquido que molha o sólido (água)
tem-se uma adesão maior que a coesão. A ação
da tensão superficial, neste caso, obriga o lí-quido
a subir dentro de um pequeno tubo verti-cal.
Para líquidos que não molham o sólido
(mercúrio), a tensão superficial tende a rebai-xar
o menisco num pequeno tubo vertical. Não
há relação entre pressão e tensão superficial
dentro do tubo, precisando assim de compensação.
Forma de menisco.
O valor a ser compensado em relação ao
diâmetro interno do tubo “d” é aproximada-mente:
Mercúrio – somar 14
d
no valor da leitura
Água – somar 30
d
no valor da leitura
Observa-se que “d” é amplamente utiliza-do
na faixa de 6 ~ 10 mm. Na faixa de 6 mm,
o valor é muito grande, ou seja, 2,3 mm para
mercúrio e 5 mm para água. Assim, quando a
pressão de medição é zero, pode-se confirmar
a posição do menisco. Neste instante, mede-se
a altura em que a parte de cima ou a parte
de baixo mudam pela pressão. Neste caso, não
é preciso adicionar a compensação.
Quanto ao limite mínimo que se pode ler
em uma escala graduada a olho nu, este é de
aproximadamente 0,5 mm. Na prática, portan-to,
o valor mais utilizado para divisão de uma
escala é de 1mm para manômetro de líquido
de uso geral e de 0,1mm (com escala secundá-ria)
para manômetro padrão.
Influência da temperatura na leitura
Como a medição de pressão utilizando
manômetro de líquido depende do peso espe-cífico
do mesmo, a temperatura do ambiente
onde o instrumento está instalado irá influen-ciar
no resultado da leitura, sua variação, caso
ocorra, deve ser então, compensada. Isto é ne-cessário,
pois na construção da escala é leva-da
em consideração a massa específica do lí-quido
a uma temperatura de referência.

30
Se o líquido utilizado for o mercúrio, nor-malmente,
considera-se como temperatura de
referência 0°C, e, por conseguinte, sua massa
específica será 13.595,1 kg/m3.
Caso a água destilada seja o líquido utili-zado,
considera-se como temperatura de refe-rência
4°C, e, desta maneira, sua massa espe-cífica
será 1.000,0 kg/cm3.
Na prática, utiliza-se a temperatura de
20°C como referência e esta deve ser escrita
na escala de pressão.
Outra influência da temperatura na medi-ção
de pressão por este dispositivo é decor-rente
do comprimento da escala alterar-se em
função da variação de temperatura. Quando há
necessidade de leituras precisas, esta variação
deve ser compensada.
4.8 Tipos de Manômetro Líquido
4.8.1 Manômetro tipo Coluna em “U”
O tubo em “U” é um dos medidores de
pressão mais simples entre os medidores para
baixa pressão. É constituído por um tubo de
material transparente (geralmente vidro),
recurvado em forma de U e fixado sobre uma
escala graduada. A figura seguinte mostra três
formas básicas.
Manômetro tipo coluna “U”.
No tipo (a), o zero da escala está no mes-mo
plano horizontal que a superfície do líqui-do
quando as pressões P1 e P2 são iguais. Nes-te
caso, a superfície do líquido desce no lado
de alta pressão e, conseqüentemente, sobe no
lado de baixa pressão. A leitura é feita, soman-do-
se a quantidade deslocada a partir do zero
nos lados de alta e baixa pressão.
No tipo (b), o ajuste de zero é feito em
relação ao lado de alta pressão. Neste tipo, há
necessidade de se ajustar a escala a cada mu-dança
de pressão.
No tipo (c) a leitura é feita a partir do pon-to
mínimo da superfície do líquido no lado de
alta pressão, subtraída do ponto máximo do
lado de baixa pressão. A leitura pode ser feita,
simplesmente, medindo o deslocamento do
lado de baixa pressão a partir do mesmo nível
do lado de alta pressão, tomando como refe-rência
o zero da escala.
A faixa de medição é de aproximadamen-te
0 ~ 2000 mmH2O/mmHg.
4.8.2 Manômetro tipo Coluna Reta Vertical
O emprego deste manômetro é idêntico ao
do tubo em “U”.
As áreas dos ramos da coluna são diferen-tes,
pois a maior pressão é aplicada normal-mente
no lado de área maior e provoca um
pequeno deslocamento do líquido na mesma,
fazendo com que o deslocamento no outro
ramo seja bem maior, face ao volume deslo-cado
ser o mesmo e sua área bem menor. Cha-mando
as áreas do ramo reto e do ramo de
maior área de “a” e “A”, respectivamente, e
aplicando pressões P1 e P2 em suas extremida-des,
tem-se pela equação manométrica:
P1 – P2 = γ (h2 + h1)
Como o volume deslocado é o mesmo,
tem-se:
A . h1 = a . h2 ∴ h1 = a
A
. h2

31
Substituindo o valor de h1, na equação
manométrica, obtém-se:
P1 – P2 = γ . h2
1 a
   + A

Como “A” é muito maior que “a”, a equa-ção
anterior pode ser simplificada e reescrita.
Assim, a seguinte equação é utilizada para
cálculo da pressão.
P1 – P2 = γ . h2
Manômetro tipo coluna reta vertical.
4.8.3 Manômetro tipo Coluna Inclinada
Este Manômetro é utilizado para medir bai-xas
pressões na ordem de 50 mmH2O. Sua cons-trução
é feita inclinando um tubo reto de peque-no
diâmetro, de modo a medir, com boa preci-são,
pressões em função do deslocamento do lí-quido
dentro do tubo. A vantagem adicional é a
de expandir a escala de leitura o que é muitas
vezes conveniente para medições de pequenas
pressões com boa precisão (± 0,02 mmH2O).
A figura a seguir representa o croqui cons-trutivo
de um manômetro tipo coluna inclina-da,
onde “α” é o ângulo de inclinação, “a” e
“A” são áreas dos ramos.
P1 e P2 são as pressões aplicadas, saben-do-
se que, P1 > P2.
Como a quantidade deslocada, em volu-me,
é a mesma e os ramos apresentam áreas
diferentes, tem-se:
P1 – P2 = γ . l a sen
   + αA

pois h2 = l . sen α
Manômetro tipo tubo inclinado.
Conseqüentemente, a proporção da dife-rença
entre as alturas das duas superfícies do
líquido é:
1 1 1
h h h a 1 2
sen
A
= =
+ + α
O movimento da superfície do líquido é
aplicado de 1
a sen
A
α
vezes para cada tipo
de tubo reto.
Quanto menores forem a/A e α, maior será
a taxa de ampliação. Devido às influências do
fenômeno de tubo capilar e da uniformidade
do tubo, é recomendável utilizar o grau de in-clinação
de aproximadamente 1/10. A leitura,
neste tipo de manômetro, é feita com o menisco
na posição vertical em relação ao tubo reto. O
diâmetro interno do tubo reto é de 2 ~ 3 mm, a
faixa de utilização é de aproximadamente
10 ~ 50 mm H2O, e é utilizado como padrão
nas medidas de micropressão.
4.8.4 Aplicação
Os manômetros de líquido foram larga-mente
utilizados na medição de pressão, nível
e vazão nos primórdios da instrumentação.
Hoje, com o advento de outras tecnologias, que
permitem leituras remotas, a aplicação destes
instrumentos na área industrial limita-se a lo-cais
ou situações cujos valores medidos não
são cruciais no resultado final do processo, ou
a locais cuja distância da sala de controle in-viabiliza
a instalação de outro tipo de instru-mento.
É nos laboratórios de calibração que
ainda encontra-se, porém, sua grande utiliza-ção,
pois podem ser tratados como padrões.
4.8.5 Manômetro Tubo Bourdon
Construção e característica do tubo de Bourdon
Tubo de Bourdon consiste em um tubo
com seção oval, que, disposto em forma de
“C”, espiral ou helicoidal conforme Figura a
seguir, tem uma de suas extremidades fecha-da
e a outra aberta à pressão a ser medida.
Com pressão agindo em seu interior, o
tubo tende a tomar uma seção circular, resul-tando
em movimento em sua extremidade fe-chada.
Este movimento, através de engrena-gens,
é transmitido a um ponteiro, que irá in-dicar
uma medida de pressão em uma escala
graduada.

32
A construção básica, o mecanismo inter-no
e seção de tubo de Bourdon, são mostrados
nas figuras seguintes.
Construção básica do manômetro de Bourdon tipo “C”.
Mecanismo interno.
Seção de Bourdon.
4.9 Manômetro Tipo Elástico
Este tipo de instrumento de medição de
pressão baseia-se na lei de Hooke sobre elas-ticidade
dos materiais.
Em 1979, Robert Hooke estabeleceu esta
lei que relaciona a força aplicada em um cor-po
e a deformação por ele sofrida. De acordo
com seu enunciado: “o módulo da força apli-cada
em um corpo é proporcional à deforma-ção
provocada”.
Esta deformação pode ser dividida em
elástica (determinada pelo limite de elastici-dade),
e plástica ou permanente.
Os medidores de pressão do tipo elástico
são submetidos a valores de pressão sempre
abaixo do limite de elasticidade, pois, assim,
cessada a força a ele submetida, o medidor
retorna para sua posição inicial sem perder suas
características.
Esses medidores podem ser classificados
em dois tipos:
1. conversor da deformação do elemento
de recepção em sinal elétrico ou pneu-mático.
2. indicador/amplificador de deformação
do elemento de recepção através da con-versão
de deslocamento linear em ân-gulos
utilizando dispositivos mecânicos.
Funcionamento do medidor tipo elástico
O elemento de recepção de pressão tipo elás-tico
sofre maior deformação quanto maior for a
pressão aplicada. Esta deformação é medida por
dispositivos mecânicos, elétricos ou eletrônicos.
O elemento de recepção de pressão tipo
elástico, comumente chamado de manômetro,
é aquele que mede a deformação elástica so-frida
quando está submetido a uma força re-sultante
da pressão aplicada sobre uma área es-pecífica.
Esta deformação provoca um deslo-camento
específico linear, que é convertido, de
forma proporcional, à um deslocamento angu-lar
através de mecanismo específico. Ao deslo-camento
angular, é anexado um ponteiro, que
percorre uma escala linear, que representa a fai-xa
de medição do elemento de recepção.
Principais tipos de elementos de recepção
A tabela abaixo mostra os principais tipos
de elementos de recepção utilizados na medi-ção
de pressão baseada na deformação elásti-ca,
bem como sua aplicação e faixa recomen-dável
de trabalho.
Elemento Recepção
de Pressão Aplicação / Restrição
Tubo de Bourdon
b) Material de Bourdon
O tipo de material a ser utilizado na con-fecção
de Bourdon é determinado de acordo
com a faixa de pressão a ser medida e a com-patibilidade
com o fluido. A tabela a seguir
indica os materiais mais utilizados na confec-ção
do tubo de Bourdon.
Faixa de Pressão
(máx)
Não apropriado para
micropressão
~ 1000 kgf/cm2
Diafragma Baixa pressão ~ 3 kgf/cm2
Fole Baixa e média pressão ~ 10 kgf/cm2
Cápsula Micropressão ~ 300 mmH2O

33
Material Composição
Bronze
Alumibras
Aço Inox
Bronze Fosforoso
Cobre berílio
Liga de Aço
Coeficiente de
Elasticidade
Cu 60 ~ 71 e Zn
Cu 76, Zn 22, Al 12
Ni 10 ~ 14, Cr 16 ~18 e Fe
Cu 92, Sn 8, P 0.03
Be 1 ~ 2, Co 0,35 e Cu
Cr 0.9 ~ 1.2, Mo 0.15 ~ 30 e Fe
1.1 x 108 kgf/cm2
1.1 x 104
1.8 x 104
1.4 x 104
1.3 x 104
2.1 x 104
Faixa de
Utilização
~ 50 kgf/cm2
~ 50
~ 700
~ 50
~ 700
~ 700
Classificação dos manômetros tipo Bourdon
Os manômetros tipo Bourdon podem ser
classificados quanto ao tipo de pressão medi-da
e quanto à classe de precisão.
Quanto ao tipo de pressão, pode ser ma-nométrica,
vácuo, ou pressão diferencial.
Quanto à classe de precisão, a classifica-ção
pode ser obtida através das tabelas de
Manômetro / vacuômetro e Manômetro com-posto,
a seguir.
A pressão indicada é resultante da diferen-ça
de pressão aplicada em cada Bourdon. Por
utilizar tubo de Bourdon, sua faixa de utiliza-
L H
Manômetros de pressão diferencial.
Manômetro duplo
São manômetros com dois Bourdons e mecanismos independentes, e utilizados para medir
duas pressões distintas, porém com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo está no fato
de utilizar uma única caixa e um único mostrador.
Manômetros tipo dos ponteiro.
ção é aproximadamente de 2 a
150 kgf/cm2. Sua aplicação ocor-re,
geralmente, em medição de
nível, vazão e perda de carga em
filtros.
Manômetro com selagem líquida
Em processos industriais que manipulam
fluidos corrosivos, tóxicos, sujeitos à alta tem-peratura
e/ou radioativos, a medição de pres-são
com manômetro tipo elástico torna-se im-praticável,
pois o Bourdon não é adequado para
esta aplicação, seja em função dos efeitos da
deformação proveniente da temperatura, seja
pela dificuldade de escoamento de fluidos vis-cosos
gerada pelo ataque químico de fluidos
corrosivos. Nesse caso, a solução é recorrer à
utilização de algum tipo de isolação para im-pedir
o contato direto do fluido do processo
com o Bourdon. Existem, basicamente, dois
tipos de isolação, tecnicamente chamada de se-lagem.
Um com selagem líquida, utilizando

34
Pote de Selagem.
Manômetro com selo de diafragma.
Acessórios para manômetro tipo Bourdon
Amortecedores de pulsação
Os amortecedores de pulsação têm por fi-nalidade
restringir a passagem do fluido do
processo até um ponto ideal em que a freqüên-cia
de pulsação torne-se nula ou quase nula.
B C D
Amortecedores de pulsação.
A – Amortecedor de pulsação ajustável,
dotado de disco interno com perfu-ração
de diâmetro variável. Através
da seleção dos orifícios do disco in-terno,
escolhe-se o que apresenta
melhor desempenho.
B – Amortecedor de pulsação não ajustá-vel,
dotado de capilar interno de inox.
C – Amortecedor de golpes de ariete,
com corpo de latão e esfera bloquea-dora
de aço.
D – Válvula de agulha, supressora de pul-sação
com regulagem externa. Para
encontrar o ponto de melhor desem-penho,
abre-se a válvula quase total-mente,
em seguida, fecha-se gradati-vamente,
até que o ponteiro do instru-mento
estabilize.
Sifões
Os sifões são utilizados para “isolar” o
calor das linhas de vapor d'água ou líquidos
muito quentes, cuja temperatura supera o li-mite
previsto para o instrumento de pressão.
O líquido que fica retido na curva do tubo-sifão
esfria, e é essa porção de líquido que irá
ter contato com o sensor elástico do instrumen-to,
de forma a não permitir que a alta tempera-tura
do processo atinja diretamente o mesmo.
A – Cachimbo B – Rabo de
Tipos de Sifão.
Porco
C – Bobina D – Alta Pressão
A
um fluido líquido inerte em contato com o
Bourdon e que não se mistura com o fluido do
processo. Nesse caso é usado um pote de sela-gem
conforme Figura abaixo.
Este acessório é instalado em conjunto
com o manômetro, a fim de estabilizar ou di-minuir
as oscilações do ponteiro em função
do sinal pulsante. A estabilização do ponteiro
possibilita a leitura da pressão e também au-menta
a vida útil do instrumento.
Os amortecedores de pulsação podem ser
adquiridos com restrição fixa ou ajustáveis. A
figura a seguir mostra alguns tipos de amorte-cedores
de pulsação encontrados no mercado.
O outro tipo, também com selagem líqui-da,
utiliza, porém, um diafragma como selo.
O fluido de selagem mais utilizado, nesse caso,
é a glicerina, por ser inerte a quase todos os
fluidos. Este método é o mais utilizado e já é
fornecido pelos fabricantes, quando solicita-do.
Um exemplo desse tipo é mostrado na Fi-gura
abaixo.

35
Supressor de pressão
Este acessório tem por finalidade prote-ger
os manômetros de pressões que ultrapas-sem,
ocasionalmente, as condições normais de
operação. É recomendável, nesses casos, para
evitar ruptura do elemento de pressão. Seu blo-queio
está relacionado com a velocidade do
incremento de pressão. O ponto de ajuste deve
Supressor de Pressão.
Manômetro tipo Diafragma
Este tipo de medidor utiliza o diafragma
para medir determinada pressão, bem como,
para separar o fluido medido do mecanismo
interno. Foi mostrado anteriormente o manô-metro
tipo de Bourdon que utiliza selagem lí-quida.
Neste item será abordado o medidor que
utiliza um diafragma elástico.
A Figura anterior mostra este tipo de me-didor.
A área de recepção de pressão do diafrag-ma,
muda de acordo com a quantidade de des-locamento.
Para se obter linearidade, em fun-ção
de grande deslocamento, deve-se fazer o
diâmetro com dimensões maiores. A área efe-tiva
do diafragma é calculada pela seguinte
equação.
Ae =
π (a2 + b2) (cm2)
8
Onde:
a = diâmetro livre do diafragma
b = diâmetro de chapa reforçada
E ainda, a quantidade de deslocamento é
calculada pela seguinte equação.
S = Ae .P . Cd
ser atingido de modo que, com incremento len-to
de pressão, o bloqueio ocorra entre 80 a
120% do valor da escala. Nesta condição,
haverá o bloqueio em qualquer valor inferior
a 80%, no caso de incrementos rápidos de
pressão. Para manômetros com escala infe-rior
a 3 kgf/cm2, seu bloqueio poderá situar-se
em até 130% do valor da escala.
Anotações

36
Instrumentação Básica Instrumento de Transmissão de sinal
5
Os instrumentos de transmissão de sinal
de pressão têm a função de enviar informa-ções
à distância das condições atuais de pro-cesso
desta variável. Tais informações são en-viadas
de forma padronizada, através de di-versos
tipos de sinais e utilizando sempre um
dos elementos sensores já estudado anterior-mente
(fole, diafragma, cápsula, etc.), associa-dos
a conversores, cuja finalidade principal é
transformar as variações de pressão detecta-das
pelos elementos sensores em sinais padrões
de transmissão.
5.1 Tipos de transmissores de pressão
5.1.1 Transmissores pneumáticos
Pioneiros na instrumentação, estes trans-missores
possuem um elemento de transferên-cia
que converte o sinal detectado pelo elemen-to
receptor de pressão em um sinal de trans-missão
pneumático. A faixa padrão de trans-missão
(pelo sistema internacional) é de 20 a
100 kPa, porém, na prática, são usados outros
padrões equivalentes de transmissão tais como
3 ~ 15 psi, 0,2 a 1,0 kgf/cm2 e 0,2 a 1,0 bar.
A alimentação do instrumento, denomi-nada
de suprimento de ar, é normalmente de
1,4 kgf/cm2. Em instrumentos industriais, o ar
de suprimento vindo da fonte (compressor)
deve ser limpo e constante, contribuindo, com
isto, para aumentar a vida do instrumento, bem
como proporcionar seu bom funcionamento.
Por isso, faz-se necessário controlar o ambien-te
ao redor do compressor, para obter satisfa-toriamente
o ar de suprimento.
Os transmissores pneumáticos são fabri-cados
a partir de dois métodos de conversão
de sinal. São eles:
a) Método de equilíbrio.
b) Método de equilíbrio de movimento
(conforme Figuras ao lado)
Em ambos os casos, um mecanismo cons-tituído
por uma lâmina metálica, denominada
de palheta, e por um orifício específico de
exaustão de ar, denominado de bico, chamado
sistema bico-palheta, é utilizado como elemen-to
de conversão. Este sistema é interligado a
um dispositivo amplificador de sinais pneu-máticos
de 0,2 a 1,0 kgf/cm2. Completa este
instrumento, um fole de realimentação, cuja
função é garantir as condições de equilíbrio
do instrumento.
A diferença básica entre estes dois méto-dos
está somente na forma com que o sinal
detectado é convertido. No método de equilí-brio
de força, o bico mantém-se fixo e somen-te
a palheta afasta-se ou aproxima-se do mes-mo
para ganhar uma contrapressão, proporcio-nal
à detectada, que será amplificada pelo relé
piloto.
No método de equilíbrio de movimento,
tanto o bico quanto a palheta movimentam-se
para obter a contrapressão correspondente à
pressão detectada.
Método de equilíbrio de movimento ou posição.
Método de equilíbrio de força (equilíbrio de vetor).

37
Resistência elétrica para medição de pressão.
5.1.2 Transmissores eletrônicos analógicos
Estes transmissores, sucessores dos pneu-máticos,
possuem elementos de detecção si-milares
aos pneumáticos, porém utilizam ele-mentos
de transferência que convertem o si-nal
de pressão detectado em sinal elétrico pa-dronizado
de 4 a 20 mAdc. Existem vários
princípios físicos relacionados a variações de
pressão que podem ser utilizados como ele-mentos
de transferência. Os mais utilizados,
nos transmissores mais recentes, são:
Fita Extensiométrica (Strain Gauge)
É um dispositivo que mede a deformação
elástica sofrida pelos sólidos quando estes são
submetidos ao esforço de tração ou compres-são.
São, na realidade, fitas metálicas fixadas
adequadamente nas faces de um corpo a ser
submetido ao esforço de tração ou compres-são
e que têm sua seção transversal e seu com-primento
alterados devido ao esforço imposto
ao corpo. Estas fitas são interligadas em um
circuito tipo ponte de WHEATSTONE ajusta-da
e balanceada para condição inicial. Ao ter
os valores de resistência da fita mudada com a
pressão, esta sofre desbalanceamento propor-cional
à variação desta pressão. São utilizadas
na confecção destas fitas extensiométricas,
metais que possuem baixo coeficiente de tem-peratura
para que exista uma relação linear
entre resistência e tensão numa faixa mais
ampla. Vários são os metais utilizados na con-fecção
da fita extensiométrica. Como referên-cia,
a tabela a seguir mostra alguns destes.
Denominação Constituição (Liga)
Constantan
Karma
479 Pt
Nichrome V
Faixa de
Temperatura
Cobre – Níquel
Cobre – Níquel Aditivado
Platina – Tungstênio
Níquel – Cromo
+ 10 ~ 204oC
Até 427oC
Até 649oC
Até 649oC
Material para fabricação de Strain-gange.
O elemento de resistência que mede pres-são
é utilizado como um lado de uma ponte
conforme mostra a Figura seguinte para indi-car
a variação de resistência. Este tipo é uti-lizado
como padrão para pressão maior que
3000 kgf/cm2. Por ter pouca histerese e não
possuir atraso de indicação é apropriado para
medições de pressão variável.
Fixação Strain-gange.
Sensor Piezoelétrico
A medição de pressão utilizando este tipo
de sensor baseia-se no fato dos cristais assi-métricos,
ao sofrerem uma deformação elásti-ca
ao longo do seu eixo axial, produzirem inter-namente
um potencial elétrico causando um flu-xo
de carga elétrica em um circuito externo.
A quantidade elétrica produzida é propor-cional
à pressão aplicada, ou seja esta relação
é linear o que facilita sua utilização. Outro fa-tor
importante para sua utilização está no fato
de se utilizar o efeito piezoelétrico de semi-condutores,
reduzindo assim o tamanho e peso
do transmissor, sem perda de precisão.
Cristais de turmalina, cerâmica Policris-talina
Sintética, quartzo e quartzo cultivado po-dem
ser utilizados na sua fabricação, porém o
quartzo cultivado é o mais empregado por
apresentar características ideais de elasticida-de
e linearidade.
A figura seguinte mostra o diafragma sim-plificado
da construção do sensor piezoelétrico.
Construção Sensor Piezoelétrico.

38
Sensor Capacitivo (Célula Capacitiva)
É o sensor mais utilizado em transmisso-res
de pressão. Nele, um diafragma de medi-ção
move-se entre dois diafragmas fixos. En-tre
os diafragmas fixos e o móvel, existe um
líquido de enchimento que funciona como um
dielétrico. Como um capacitor de placas para-lelas,
é constituído por estas, separadas por um
meio dielétrico. Ao sofrer o esforço de pres-são,
o diafragma móvel (que vem a ser uma
das placas do capacitor) tem sua distância em
relação ao diafragma modificada. Isto provo-ca
modificação na capacitância de um círculo
de medição e, tem-se, então, a medição de pressão.
Para que ocorra a medição, o circuito ele-trônico
é alimentado por um sinal AC através
de um oscilador e, então, a freqüência ou a
amplitude do sinal é modulada em função da
variação de pressão para se ter a saída em cor-rente
ou digital. Como líquido de enchimento,
utiliza-se, normalmente, glicerina, ou “fluor-oil”.
5.2 Instrumentos para alarme e inter-travamento
A variável pressão quando aplicada em um
processo industrial qualquer, submete os equi-pamentos
a esforços de deformação que de-vem
estar sempre abaixo de limites de segu-rança,
para que não ocorra ruptura e conseqüen-temente
acidentes. A garantia da permanência dos
valores de pressão sempre abaixo dos limites
de segurança deve ser feita de forma automá-tica
através de instrumentos de proteção. No
caso da pressão, um dos instrumentos de prote-ção
com grande aplicação é o pressostato, so-bre
o qual serão feitas abordagens neste tópico.
5.2.1 Pressostato
É um instrumento de medição de pressão
utilizado como componente do sistema de pro-teção
de equipamento. Sua função básica é de
proteger a integridade de equipamentos con-tra
sobrepressão ou subpressão aplicada aos
mesmos durante seu funcionamento.
É constituído, em geral, por um sensor, um
mecanismo de ajuste de set-point uma chave de
duas posições (aberto ou fechado). Como ele-mento
sensor, pode-se utilizar qualquer um dos
tipos já estudados, dentre os quais o mais utili-zado
nas diversas aplicações é o diafragma.
Como mecanismo de ajuste de set-point
utiliza-se, na maioria das aplicações, de uma
mola com faixa de ajuste selecionada confor-me
pressão de trabalho.
O mecanismo de mudança de estado mais
utilizado é o microinterruptor, entretanto tam-bém
pode ser empregada uma ampola de vi-dro
com mercúrio acionando uma chave in-terruptora.
Tipos de Pressostatos
Diferencial fixo ou ajustável
Quanto ao intervalo entre atuação e de-sarme,
os pressostatos podem ser fornecidos
com diferencial fixo e diferencial ajustável.
O pressostato diferencial fixo só oferece
um ponto de ajuste, o de set-point.
O tipo ajustável permite ajuste de set-point
e também alteração do intervalo entre o ponto
de atuação e desarme do pressostato.
Contato SPDT e DPDT (Contato duplo)
Quanto ao contato disponível no microin-terruptor,
pode-se selecionar o do tipo SPDT,
que é composto basicamente por um terminal
comum, um contato normal aberto (NA) e um
contato normal fechado (NF); ou selecionar o
tipo DPDT, constituído de duplo contato, ou
seja, dois comuns, dois NA e dois NF sendo
um reserva do outro.
Como selecionar corretamente um pressostato
1. Vida útil do pressostato
A primeira consideração a ser feita na se-leção
de um pressostato é seu tempo de vida

39
a) Pressostato de um contato – atua sob
uma única variação de pressão, abrin-do
ou fechando um único circuito elé-trico,
por meio da ação reversível do
micro-interruptor.
b) Pressostato diferencial – atua em con-dições
de variação entre duas pressões
numa mesma linha controlada pelo
mesmo instrumento.
c) Pressostato de dois contatos – atua, in-dependentemente,
sobre dois limites de
uma mesma fonte de pressão, abrindo
ou fechando dois circuitos elétricos in-dependentes
por meio da ação reversí-vel
de dois interruptores.
4. Tipos de caixas disponíveis
a) Pressostato com caixa à prova de tem-po
IP65 – Podem ser fornecidos tam-bém
com um bloco de terminais inter-no
para conexões elétricas, evitando a
instalação de um bloco de terminais
externo para a ligação dos cabos.
b) À prova de explosão – construídos de
acordo com rígidos padrões de segu-rança,
isolando os contatos e cabos de
atmosferas explosivas.
c) Desprovidos de caixa. Adequados às
necessidades dos fabricantes de equi-pamento,
que prevêm proteção especial
para instrumento, pelo usuário.
5. Seleção da faixa ajustável
O termo “faixa de trabalho” define a faixa
de pressão, normalmente chamada de faixa
ajustável,na qual o pressostato irá operar em
condições normais de trabalho.
Para maior precisão, o ponto de atuação
deve situar-se acima de 65% da faixa ajustável.
Para maior durabilidade, o ponto de atua-ção
deve situar-se abaixo de 65% da mesma
(ver gráfico a seguir). A melhor combinação
de precisão e durabilidade situa-se nos 30%
centrais da faixa ajustável. Essa regra geral
aplica-se a ambos os modelos, diafragma e
bourdon.
1. Para precisão e durabilidade selecionar
zona A.
2. Para durabilidade selecionar zona C.
útil, independentemente da pressão ou da
sensibilidade desejada. Se o número de ciclos
que o pressostato deve operar (vida útil), for
de um milhão de vezes ou menos, o uso dos
tipos diafragma ou bourdon é recomendável.
Caso este número seja ultrapassado, deve-se
usar o tipo pistão. Uma exceção a esta regra
pode ser feita quando a variação de pressão no
sistema for muito pequena (20% ou menos da
faixa ajustável). Sob tais condições, os tipos
diafragma ou bourdon podem ser usados até
2,5 milhões de ciclos, antes que ocorra a fadi-ga
do elemento sensor.
Uma segunda consideração na escolha de
um pressostato é a velocidade de ciclagem,
independente de sua vida útil. Caso haja ne-cessidade
de uma ciclagem de mais de uma
vez a cada três segundos, o tipo pistão deve
ser especificado. O elemento sensor de qual-quer
pressostato dos tipos diafragma ou bour-don
age como uma mola que irá aquecer e so-frer
fadiga em operações de ciclagem extre-mamente
rápidas, diminuindo, assim, a vida
útil do pressostato.
2. Pressostato de Teste
A escolha do tipo de pressostato a ser usa-do
– diafragma, pistão ou bourdon – deve tam-bém
ser regida pela pressão de teste a que po-derão
ser submetidos (pressão de teste é o
maior impulso – pico – de pressão que pode
ocorrer em um sistema). Deve ser lembrado
que, embora o manômetro registre uma pres-são
de operação constante, podem haver im-pulsos
através do sistema para os quais o
manômetro não possui sensibilidade (Zona
morta). Os tipos diafragma e bourdon são ex-tremamente
sensíveis e podem ser afetados por
esses impulsos. Os pressostatos tipo diafrag-ma
são disponíveis numa faixa ajustável des-de
vácuo até 20 bar, com pressões de teste de
até 70 bar. O tipo bourdon pode operar até
1.240 bar, com pressões de teste de até 1.655
bar. Os tipos pistão compreendem uma faixa
ajustável que vai até 25 bar, com pressões de
teste de até 1.380 bar.
3. Função do Pressostato
A função do pressostato é outro fator
determinante na seleção. Três tipos de pres-sostatos,
baseados em sua função, são descri-tos
a seguir:

40
6. Grau de Proteção
Especifica a proteção quanto à entrada de
corpos sólidos e penetração de água nos orifí-cios
existentes no motor, responsáveis pela
refrigeração do mesmo.
O grau de proteção segundo a ABNT, é
indicado pelas letras IP seguidas de dois alga-rismos.
a) Primeiro algarismo
0 - sem proteção;
1 - corpos sólidos com dimensões
acima de 50 mm;
acima de 12 mm;
acima de 2,5 mm;
acima de 1,0 mm
5 - proteção contra o acúmulo de
poeira;
6 - proteção contra penetração de
poeira.
b) Segundo algarismo
0 - sem proteção;
1 - pingos de água na vertical;
2 - pingos de água até inclinação de
15° com a vertical;
3 - água de chuva até a inclinação de
60° com a vertical;
4 - respingos em todas as direções;
5 - jatos de água em toas as direções.
5.3 Instrumentos conversores de sinais
Os componentes têm como função básica
modificar a natureza ou amplitude de um si-nal
para permitir a interligação de instrumen-tos
que trabalham com sinais diferentes.
Existem diversas situações para justificar
sua aplicação, dentre elas as conversões de si-nas
de termopares para corrente ou tensão cujo
padrão de transmissão corresponde a 4 a 20 mA
ou 1 a 5 vdc, respectivamente. Todas as con-versões
são de igual importância, entretanto,
como as mais comuns são as que permitem a
comunicação entre sinais elétricos e pneumá-ticos,
estas serão enfocadas a seguir.
5.3.1 Conversores eletro-pneumáticos e pneumáticos-elétricos
Também conhecidos como I/P e P/I, têm
como função interfacear a instrumentação
pneumática com a elétrica, bem como permi-tir
a utilização de atuadores pneumáticos na
instrumentação eletrônica analógica ou digital.
Conversores eletro-pneumáticos (I/P)
Este instrumento recebe um sinal de 4 a
20 mA dc, aplicado a uma unidade magnética
(bobina), criando um campo magnético pro-porcional
à intensidade de corrente que a ex-citou.
Esse campo proporciona deflexão em
uma barra fletora que atua como anteparo em
relação a um bico de passagem de ar para
exaustão. A aproximação desta barra, conhe-cida
como palheta, ao bico cria uma contra-pressão
que é amplificada, através de uma uni-dade
denominada relé piloto, para um sinal

41
pneumático proporcional à entrada. A pressão de saída é realimentada através do fole para per-mitir
o equilíbrio do sistema.
Necessitam, basicamente, de ajuste de zero, obtido pela variação de carga de uma mola, e
ajuste de largura de faixa (span) conseguido mudando-se a relação do momento de força. Como
exemplo, observe o esquemático de um conversor na figura a seguir.
Anotações

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