em uma janela com a temperatura externa mais fria.
Em uma dada temperatura, o ar é chamado de saturado quando contem a máxima
quantidade de vapor d'água que pode ser retida, nesta temperatura. Uma poça d'água cercada de ar saturado nunca irá secar. O ar atmosférico é usualmente não saturado, pois ele contem uma quantidade de água menor que a máxima para uma dada temperatura.
Umidade relativa (RH - relative humidity) é a relação da quantidade real de vapor presente (por metro cúbico de ar) e a máxima
quantidade de vapor que existiria se o ar fosse saturado. A umidade relativa é expressa em percentagem e pode variar de zero (ar seco) até 100% (ar saturado). A umidade relativa é normalmente o que o repórter da TV fala de umidade. É a umidade relativa, e não a
absoluta, que nos faz sentir confortável ou não. Os fabricantes de instrumentos eletrônicos garantem que eles funcionam normalmente com umidade na faixa de 5 a 95% de umidade relativa, quando não há condensação. Uma atmosfera úmida dentro de um instrumento pode causar condensação e molhar os componentes, estragando-os ou provocando curtos-circuitos ou curto com o terra. Porém, um instrumento elétrico que esteja sempre energizado em operação normal recebe calor de seus componentes; o calor abaixa a umidade relativa do ar interno. Embora isso não abaixe a umidade absoluta, reduz a possibilidade de condensação.
Uma atmosfera úmida também promove corrosão e deterioração de materiais susceptíveis. Alguns instrumentos que são projetados para uso em áreas úmidas (entre os trópicos de Câncer e de Capricórnio) são tropicalizados. Tropicalizar um circuito elétrico é envolve projeto e tratamento especiais para protegê-lo contra o ambiente, geralmente revestindo-o com um esmalte especial, de modo que fique insensível à umidade e não crie fungos e mofo.
Da explosão
Certos vapores ou gases (como acetileno, hidrogênio, benzeno ou metano), ou pós de sólidos (como metais, carvão e agrícolas) ou fibras podem entrar em combustão ou explodir, quando misturados com ar e em contato com uma fonte de energia elétrica ou termal. As misturas de destes produtos com o ar são chamadas de flamáveis ou combustíveis, embora na prática elas sejam chamadas ilogicamente de inflamáveis.
Para um vapor ou gás flamável queimar com o ar, deve haver uma mistura queimável. A queima é uma reação química. A explosão é
uma queima extremamente rápida. A concentração de cada substância flamável deve estar dentro de uma faixa específica para manter a queima. Os limites da faixa são somente aproximados por que eles dependem da temperatura, pressão, umidade e outros componentes da mistura. Existem tabelas mostrando os limites mínimo e máximo de flamabilidade de gases e pós.
Para uma explosão começar em uma mistura, deve haver simultaneamente:
1. uma substância flamável
2. uma substância oxidante, como ar 3. mistura dentro da faixa flamável 4. fonte de ignição, elétrica ou termal. Uma das vantagens da instrumentação pneumática em áreas potencialmente
explosivas é que os instrumentos não contem uma fonte de ignição, a não ser contenham dispositivos elétricos, como chaves ou motores de acionamento de gráfico. Certos
instrumentos, como analisadores químicos, são inevitavelmente elétricos por projeto. Mas, mesmo quando inevitável, o perigo potencial de explosão não necessariamente descarta o uso de instrumento elétrico. O instrumento elétrico pode ser colocado dentro de invólucros à prova de explosão ou podem ser pressurizados com gás inerte ou pode ser tornado seguro, através de projeto e construção especiais.
Os métodos de proteção contra possíveis perigos em uma planta que manipula
substâncias flamáveis incluem os seguintes: 1. Uso de equipamento de processo projetado,
construído e mantido especialmente com o objetivo de evitar o início do problema. 2. Uso de analisadores automáticos contínuos
para detectar a substância perigosa na atmosfera, avisando logo a presença da substância, em caso de vazamento. O operador pode tomar ações protetoras antes que o limite mínimo de flamabilidade seja atingido. Obviamente, para confiar no analisador, ele deve ser mantido em bom estado de funcionamento.
3. Usa de instrumento pneumático, que elimina a presença da fonte de ignição na área perigosa.
4. Uso de instrumentos dentro de invólucros à prova de explosão ou à prova de chama. O invólucro à prova de explosão não impede a entrada da mistura flamável no seu interior e nem evita a faísca elétrica. Porém, quando há uma combustão ou explosão dentro do invólucro, a situação continua segura, por duas razões:
a) a estrutura é suficientemente robusta para suportar a explosão, sem se
Influencias Externas
arrebentar e por isso a explosão não se propaga para a área externa,
b) há aberturas cientificamente calculadas que resfriam os gases da combustão que vão para o exterior em vazões pequenas e por isso a combustão não se propaga para a área externa. 5. Evitar que a mistura explosiva entre em
contato com a fonte de ignição, através de chaves ou peças elétricas hermeticamente selados (encapsulamento) ou através de uma pressão positiva com gás inerte (pressurização) ou uma pequena vazão de gás inerte (purga).
6. Uso de sistema intrinsecamente seguro, baseado no fato que uma mistura flamável deve ser aquecida até sua temperatura de ignição antes que a mistura possa explodir ou entrar em combustão. Qualquer mistura perigosa requer uma energia mínima para entrar em combustão; abaixo deste valor a fonte é inofensiva. No sistema com
segurança intrínseca, colocam-se barreiras de energia elétrica que limitam a energia entregue pela área segura à área perigosa. É a técnica de proteção mais segura e econômica que existe, porém só se aplica a equipamentos que naturalmente manipulem baixos níveis de energia; ela não se aplica a equipamentos de potência (motores,
geradores) ou que funcionem com grande energia (analisadores químicos,
cromatógrafos).
O NEC (National Electrical Code)
estabelece categorias de locais perigosos, que são definidos como locais em que gás, vapor, pó ou fibra combustível pode estar presente em proporções explosivas e flamáveis. As
classificações são:
1. Classe I - gases, Classe II - pós e Classe III - fibras.
2. Grupos A até D para gases e Grupos E até G para pós, baseados nos tipos específicos de substância perigosa que possa ser encontrada.
3. Divisão 1 e 2 baseada na probabilidade da presença das concentrações estarem presentes, em condições normais ou anormais.
Dos contaminantes
Há vários tipos de contaminantes que podem afetar os instrumentos através de efeitos químicos, mecânicos, termais ou elétricos. Eles são os seguintes:
Líquido
Os líquidos podem ser levados para o instrumento e suas conexões através da chuva, neve, orvalho ou lavagens da planta.
Vapor
Vapores d'água, solventes, lubrificantes e outros produtos químicos podem migrar através da atmosfera. Os vapores podem condensar dentro do instrumento em gotas ou poças.
Aerosol
Aerosol é a suspensão de pequenas gotas de líquido que forma uma nuvem contendo sais ou outras partículas sólidas. O aerosol pode ser criado em volta de torres de resfriamento, pela ação de ondas ou vento.
Sólidos
O pó é um contaminante universal do ar ambiente e outros gases. O pó pode se originar de várias fontes, como fibras têxteis, cinza de fornalha, plásticos, fumaça de fumo, resíduo de combustão. Alguns processos de fabricação eletrônica requerem salas com ar isento de pó. O trabalho é executado em sala limpa, que requer projeto especial e cuidados contínuos para se manter limpa. As peças de
instrumentos e equipamentos que estejam em contato direto com oxigênio e outros oxidantes (cloro) também devem ser manipuladas de modo especial para ficar isentar de pó e de óleo.
Gás
Os poluentes químicos se originam de automóveis, ônibus, plantas, árvores e da casa, tais como produtos de cloro, compostos
orgânicos, gases de combustão, amônia e álcoois.
Biológicos
Os fatores biológicos incluem
1. passarinhos e insetos que constróem ninhos dentro das linhas de vent 2. ratos e insetos que roem ou comem
isoladores elétricos
3. insetos mortos, fungos e mofo que modificam a isolação elétrica. Logo depois da Segunda Guerra Mundial, um computador elétrico que usava relés e válvulas falhou e se descobriu que a falha foi provocada por um besouro (bug) morto que impediu o contato de relé. O circuito tinha um besouro dentro (bug in). Quando se removeu o besouro
(debugging), o equipamento ficou normal. Os termos bug e debbug, relacionados com o defeito e a sua correção se tornaram universais e hoje fazem parte da linguagem eletrônica. Ter bug é ter problema em equipamento ou programa e debbug é eliminar o problema.
Influencias Externas
Os poluentes, sozinhos ou misturados com a umidade do ar, podem afetar o desempenho dos instrumentos e mesmo interromper seu funcionamento. Os efeitos dos poluentes incluem os seguintes tipos:
1. Químico, enfraquecendo a resistência mecânica de peças ou interrompendo trilhas de circuitos elétricos.
2. Mecânico, acelerando as partes móveis gastas, aumentando o atrito e
interferindo com a detecção. 3. Termal, diminuindo a eficiência de
transmissão de calor e muitas vezes entupindo os tubos de trocador de calor. 4. Elétrico, curto circuitando, aterrando ou
interrompendo contatos elétricos. Para proteger os instrumentos contra os ataques da atmosfera e para garantir que o instrumento sobreviva e funcione no local onde ele está montado, estabeleceu-se classificação mecânica do invólucro, aplicável a instrumentos elétricos e não elétricos. Há basicamente duas normas: americana NEMA (National Electric Manufacturers Association) e a internacional IEC IP (International Electrical Commission - Ingress Protection).
A norma NEMA 1S 1.1-1975 estabeleceu classificações para invólucros, iniciando com o NEMA tipo 1, que é de uso geral e é para uso interno em uma atmosfera normalmente limpa. Os tipos 2 até 13 são para invólucros vedado a pó (dust-tight), à prova de respingo (drip proof), vedado a chuva (rain-tight), à prova de chuva (rain-proof), resistente a granizo (sleet- resistant), à prova de granizo (sleet-proof), vedado a água (watertight), submersível, resistente a corrosão, imerso em óleo, vedado a óleo e para serviço inflamável.
Da radioatividade
Radioatividade é a emissão de partículas nucleares. Ela é originada de substâncias radioativas da Terra, do Sol, que é uma grande fornalha nuclear e do espaço. Existe
radioatividade de todos os corpos. Dependendo da intensidade e duração da dose, ela pode ser útil ou nociva à saúde das pessoas.
Em instrumentação, a radioatividade é usada para medição de nível, vazão, espessura de material, qualidade de solda, densidade. Quando usada corretamente, ela não apresenta nenhum perigo adicional. Deve existir sinalização do uso de fontes radioativas.
Os instrumentos usados na indústria de energia nuclear são de projeto e materiais especiais. Por exemplo, alumínio, mercúrio e zinco não são aceitos; aço inoxidável e aço carbono são aceitos, plástico de polipropileno é aceito, teflon não é aceito.
Da vibração
Os instrumentos são montados em suportes: pedestais, tubos de 50 mm (2"), painéis, paredes e equipamentos. Máquinas e motores vibram e causam vibração nas estruturas próximas e em tudo que esteja montado nestas estruturas. Uma tubulação pode vibrar quando o líquido no seu interior entrar em cavitação, que é a passagem da fase líquida para gasosa e depois, da gasosa para líquida, por causa da baixa pressão ou alta temperatura.
Qualquer que seja a fonte de vibração, os instrumentos vibram em algum grau. A vibração desgasta mecanicamente as partes móveis do instrumento. A vibração pode causar fadiga, que resulta da tensão repetida e prolongada e que pode causar a quebra de peças.
Para evitar o estrago do instrumento provocado por vibrações mecânicas e por terremotos, muitos instrumentos são projetados e construídos para suportar grandes choques e vibrações sem se danificar, usando-se
absorvedores de choque.
Os tubos pneumáticos, fios elétricos, bandejas e suportes devem agüentar as vibrações normais da planta.
A habilidade de um sistema de instrumentos se manter funcionando depois de um terremoto é muito importante para plantas nucleares, por causa da segurança nuclear.
Do raio
Instrumentos montados no campo podem requerer proteção contra o impacto e estrago provocados pelo raio. Todos os equipamentos elétricos, especialmente os externos, devem ter proteção contra estrago interno provocado por picos de voltagem causados pelo raio.
10.2. Efeitos na Exatidão
Da temperaturaA temperatura ambiente pode afetar as propriedades das peças mecânicas, como foles ou peças eletrônicas, resultando em diminuição da precisão e exatidão do instrumento.
Geralmente, os fabricantes especificam a precisão e a temperatura associada; por exemplo:
1. ±0,25% do valor medido por variação de 30 oC baseado na temperatura de
referência de 25 oC
2. ±0,25% da largura de faixa por variação de 30 oC.
Os transmissores d/p cell e de pressão podem ser usados com linhas com líquido de
Influencias Externas
selagem. Estas linhas estão sujeitas às
variações da temperatura ambiente diárias (dia e noite) e sazonais (verão e inverno) e portanto variam a densidade do líquido e a pressão sentida. Mesmo se o instrumento é mantido à temperatura constante ou protegido, o efeito na linha externa de selagem pode causar erros de medição.
Variações na temperatura ambiente também provocam erros na medição de temperatura com sensor de enchimento termal e a solução é usar sistema de compensação automática.
Todos os erros induzidos pela temperatura são reversíveis e tendem a desaparecer quando a temperatura ambiente está no seu valor de referência.
Da umidade
A umidade ambiente pode causar
vazamentos elétricos que não necessariamente interrompem o funcionamento do instrumento eletrônico mas que pode provocar erros de medição.
Da pressão
A pressão ambiente afeta a precisão da manômetros.
Dos contaminantes
Os contaminantes do ar ambiente podem afetar a precisão do instrumento, causando vazamento de sinais elétricos, aumentando o atrito de peças mecânicas, interferindo com chaves elétricas, entupindo pequenos tubos e tornando a resposta dinâmica mais lenta.
Do raio e de outros fenômenos elétricos
O raio da tormenta atmosférica pode causar picos ou perdas momentâneas da voltagem nos circuitos elétricos. Estes efeitos podem apagar memórias de circuito ou uma alteração na informação armazenada. A proteção contra raio inclui supressores de pico e fontes de alimentação reserva separadas.
Os sistemas eletrônicos podem também ser afetadas pelo ruído elétrico próximo, também chamado de interferência de rádio freqüência (IRF) ou interferência eletromagnética (IEM). A interferência pode ser causada por cabos de potência, flutuações da linha ou ligamento- desligamento de máquinas, radiotelefones, walkie-talkies, operação de disjuntores e ferramentas portáteis. A proteção contra estes efeitos pode ser obtida através de filtros de sinais, prática correta de fiação (separação de sinal e de potência), blindagem, aterramento, separação e barreiras.
Da gravidade
Certas medições, como de pressão e força, podem ter grande erro (típico de ±0,5% do valor medido) por causa das diferenças da gravidade. Isto ocorre quando o sensor é usado em local cuja aceleração da gravidade é muito diferente do local onde ele foi calibrado e se usam unidades de pressão que depende do local (kgf/cm2, psi). Isto pode ser evitado
simplesmente usando pascal (Pa) como unidade de pressão. Quando se calibram instrumentos e usam-se padrões muito precisos, deve-se conhecer com grande precisão o valor da aceleração da gravidade do ponto de calibração (às vezes, é insuficiente o valor da aceleração da cidade ou do
laboratório) e finalmente, faz-se a correção.
10.3. Fontes de Alimentação
As fontes de alimentação, elétrica,
pneumática ou hidráulica, são necessárias para fazer os instrumentos funcionar. A fonte
fornece a energia necessária para o
instrumento manipular corretamente os sinais. Para o instrumento funcionar corretamente, com o desempenho nominal, a fonte deve satisfazer os limites especificados pelos fabricantes.
Fonte elétrica
Os valores típicos de alimentação elétricas para voltagem e freqüência são:
1. 120 V +10 a -15%, ca e 50/60 ±2 Hz 2. 125 V, +15 a -20 V cc
3. 24 ±2 V cc
Fonte pneumática
A especificação típica do fabricante de instrumento para alimentar a instrumentação pneumática é:
1. Normal: 33 kPa (5 psi) acima da máxima pressão do sinal manipulado
2. Mínima: 20 kPa (3 psi) acima da máxima pressão do sinal manipulado
3. Máxima: 330 kPa (50 psi). A pureza do ar de instrumentos é fundamental, especialmente porque o instrumento possui passagens de ar muito pequenas (bico do conjunto bico-palheta, relé aspirador). O ar comprimido vem de um compressor cuja descarga é relativamente úmida e às vezes carrega pequenas gotículas de óleo de lubrificação do compressor; este ar é o chamado ar de serviço ou ar da planta. As gotículas e pós podem coalescer ou se aglomerar, causando grandes problemas na
Influencias Externas
instrumentação pneumática, com entupimentos.
A prática normal de instrumentação é ter um sistema de purificação do ar. Isto é necessário mesmo que a planta tenha instrumentação eletrônica, pois sempre haverá válvulas com atuação pneumática e alguns instrumentos pneumáticos montados no campo. A saída do sistema de purificação do ar é um ar seco e limpo, ou o ar de instrumento. O ar de
instrumento deve ser suficientemente seco de modo a não haver condensação da umidade no mesmo na mais baixa temperatura da planta em que o ar está exposto.
O sistema de purificação de ar possui filtros para remover mecanicamente líquidos e sólidos em suspensão e secadores para remover a água e outros vapores.
Outra filosofia é ter um compressor para o ar de instrumentação separado do compressor de serviço. O compressor é menor e sem usar óleo de lubrificação. Mesmo assim, é
necessário se ter um sistema de filtros e secadores, porém o ar manipulado tem muito melhor qualidade que o de serviço.
A norma ISA S7.3-1975 (1981), Quality
Standard for Instrument Air, estabelece os
limites permissíveis para umidade, tamanho das partículas em suspensão, concentração de óleo e outros contaminantes.
Há situações práticas onde o ar pode ser substituído por outros gases, como nitrogênio, que é quimicamente inerte e pode ser fornecido através de garrafas ou cilindros. Em locais distantes de produção de gás natural é também possível usar o gás no lugar do ar comprimido. O gás também deve ser filtrado e mesmo assim provoca muitos problemas de entupimento, porém é uma solução econômica e prática, quando não se tem ar comprimido disponível no local.
Fonte hidráulica
Um sistema hidráulico usa um líquido hidráulico que deve ser mantido limpo e à pressão de operação especificada pelo fornecedor do sistema hidráulico.