Documentação Sobre Instrumentação, Notas de estudo de Automação

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Documentação de

Instrumentação

Aplicação de Símbolos e Identificação

2 a^ edição

Marco Antônio Ribeiro

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A

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A

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Documentação de

Instrumentação

Aplicação de Símbolos e Identificação

2 a^ edição

Marco Antônio Ribeiro

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se

claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e

pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão

ou então, que tem razão para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg)

© 1998, 2003, Tek Treinamento & Consultoria Ltda. Salvador, BA

Prefácio

A Instrumentação é um assunto que interessa e é tratada por pessoas com

interesses e formações técnicas muito diferentes. O especialista de instrumentação

é chamado indistintamente de Engenheiro de Sistema de Controle , Engenheiro de

Instrumentação e Controle , Engenheiro de Instrumento e mais recentemente,

Engenheiro de Automação.

Não apenas o engenheiro e técnico de instrumentação estão interessados neste

assunto, mas também projetistas, operadores, pessoal de compra, almoxarife e

especialista em informática. Quando todas estas pessoas querem ou precisam se

comunicar entre si para discutir instrumentação e controle é necessário haver um

meio de comunicação que seja entendido por todos. No exercício de suas várias e

variadas funções eles utilizam símbolos e códigos de identificação como meio de

comunicação. Para haver um entendimento completo, sem ambigüidade, lacunas e

discordâncias, todos devem usar as mesmas ferramentas gráficas, que embora

simplificadas consigam conceituar as idéias iniciais de engenharia. Estas

ferramentas são essenciais ao processo criativo, ao desenvolvimento lógico dos

conceitos de medição, controle e automação e para a comunicação destes conceitos

entre todos os envolvidos.

O objetivo deste trabalho é o de apresentar o simbolismo e a identificação da

instrumentação e dos equipamentos associados e especialistas e leigos do assunto.

Espera-se que seja usado para ajudar qualquer pessoa interessada a encontrar as

ferramentas necessárias para a execução de seu trabalho relacionado com a

instrumentação.

Este livro é o resultado de um curso ministrado pelo autor na Petrobrás, Fafen-

BA.

Sugestões e críticas destrutivas são benvidas, no endereço: Rua Carmem

Miranda 52, A 903, CEP 41820-230, Fone (071) 359-3195 e Fax (071) 359-3058 e

no e-mail : [email protected]

Marco Antônio Ribeiro Salvador, Verão 2003

Autor

Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em

Engenharia de Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em

Salvador, BA, período da implantação do polo petroquímico de

Camaçari blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá.

Fez vários cursos no exterior e possui dezenas de artigos

publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo,

Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição

blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda.

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blablablá, firma que presta serviços nas áreas de Instrumentação e

Controle de Processo.

1

Ferramentas de Comunicação

Introdução

Este capítulo mostra as bases prática e filosófica para o simbolismo e para os métodos de identificação. Nenhum exemplo gráfico é dado – deliberadamente. O entendimento completo, por necessidade, precede a aplicação racional.

Símbolos e Identificação

Na engenharia de controle de processo, símbolos e identificadores são usados como representações gráficas de conceitos, idéias acerca de coisas (equipamentos) ou funções (ações executadas pelos equipamentos). Os símbolos e identificadores são usados com dois objetivos:

1. conceituar o processo
2. comunicar a informação Além de serem ferramentas de comunicação direta, os símbolos e identificadores ajudam na conceituação e registro da informação acerca dos sistemas de instrumentos.

Audiência

Estas ferramentas de comunicação são de interesse de uma grande variedade de pessoas tecnicamente orientadas, tais como

1. Engenheiros de processo
2. Engenheiros e projetistas de sistemas de controle
3. Engenheiros mecânicos, eletricistas e de tubulação
4. Pessoal de inspeção de equipamento
5. Compradores
6. Vendedores
7. Fabricantes de equipamentos
   8. Pessoal do almoxarifado
   9. Instaladores
   10. Engenheiros e técnicos de montagem
   11. Pessoal de manutenção
   12. Engenheiros de segurança
   13. Programadores de computador
   14. Pessoal de calibração e teste O usuário final para quem se quer colocar as representações gráficas de conceitos deve ser claramente definido, para que a comunicação tenha sucesso. Conceitos, não imagens, são o assunto do processo de comunicação. Conceitos, não imagens, são a base para as normas bem sucedidas (bem aceitas). A simplicidade ajuda. É necessário saber o que se quer comunicar e para quem. A escolha do documento, o grau de detalhe, o simbolismo e a identificação padrão a ser usada devem ser claramente definidos.

Simbolismo, identificação e

documentação

Símbolos e identificadores podem representar tanto um equipamento como as funções de um equipamento. O grau de detalhes usado para representar o equipamento e suas funções depende do objetivo do comunicador e das necessidades da audiência pretendida. Como os símbolos e identificadores são ferramentas gráficas, sempre serão encontrados em uma superfície que é capaz de suportar uma imagem gráfica. Esta superfície por ser papel, madeira, plástico. Atualmente, é cada vez mais freqüente a mídia eletrônica, por exemplo, em monitores de vídeo. Em um sentido amplo, todos estes meios podem ser

Ferramentas de Comunicação

considerados como documentos, desde que todos são usados para expressar informação.

Continuidade de conceito

Em projeto e em engenharia é comum proceder do geral para o especifico: um conceito geral, esquemas, diagramas mais detalhados, especificações narrativas, folhas de dados individuais. Deve haver uma continuidade de conceito através de todos os vários estágios do processo de projeto. Esta continuidade é evidente em graus de detalhe: o mesmo conceito, o mesmo equipamento, a mesma função, mas em níveis diferentes de detalhes e enfoques. Estes diferentes níveis de detalhe são geralmente representados por diferentes documentos: Diagrama de Fluxo de Processo, Diagrama de Fluxo de Engenharia, diagramas de tubulação e instrumentos, diagramas de malhas, folhas de especificação de instrumento, detalhes de instalação. Quando se vai de documento para outro não se deve alterar o símbolo do mesmo conceito radicalmente, pois isso provoca mal entendidos e atrapalha a comunicação. Por exemplo, alterar um símbolo circular para um símbolo quadrado para o mesmo equipamento ou função em dois documentos com enfoques diferentes é uma transição abrupta que deve ser evitada. A escolha da documentação acompanha e pode variar muito, desde esquemas conceituais simples até diagramas de sistemas com detalhes minuciosos (número de terminais de uma borneira, por exemplo). Quando se move de um tipo de documento para outro, nesta escada de detalhes, implica em pequena modificação de símbolos e identificadores usados e não uma mudança radical deles.

Linguagem comum

As fontes dos símbolos e dos métodos de identificação aplicados são usualmente alguma forma de normas: da companhia, institucional, nacional ou internacional. Desde que o principal uso de símbolos e identificadores é para a comunicação com outros, são necessárias normas comuns.

As normas ISA, em geral, são as mais usadas, conhecidas e por isso são a principal fonte de métodos de simbolismo e identificação. As principais normas sobre símbolos e identificação são as seguintes:

1. ANSI/ISA S5.1 (1984, R1992), Instrumentation Symbols and Identification.
2. ANSI/ISA S5.2 (1976, R1992), Bynary Logic Diagrams for Process Operations
3. ANSI/ISA S5.3 (1983), Graphic Symbols for Distributed Control- Shared display Instrumentation, Logic, and Computer Systems
4. ANSI/ISA S5.4 (1991), Instrument Loop Diagrams
5. ANSI/ISA S5.5 (1986), Graphic Symbols for Process Displays Instrumentos e Equipamentos Este trabalho é dirigido para a aplicação de símbolos e identificação de instrumentos. Porém, o instrumentista não pode desempenhar sua função isolada do processo e do equipamento associado com a instrumentação de medição e controle e este fato justifica e explica a inclusão de símbolos e identificadores de outros equipamentos. Assim, por questão de completude, serão incluídos símbolos de equipamentos de processo (reatores, trocadores de calor), tubulações, equipamentos elétricos (motores, geradores) e mecânicos (compressores, bombas). Símbolos, Identificadores e Palavras Além dos símbolos e identificadores, devem ser usadas poucas e escolhidas palavras. Os símbolos e seus identificadores associados fornecem a categoria geral a qual o equipamento pertence e as palavras fornecem o qualificador que especifica o equipamento. Ou seja, a combinação de um símbolo, um identificador e uma ou duas palavras criteriosamente escolhidas pode comunicar um conceito de modo mais claro e explícito do que apenas símbolos, identificadores ou palavras isoladas.

Elementos do Simbolismo

Fig. 2.3. Instrumento montado no painel de leitura

Fig. 2.4. Transmissor eletrônico de vazão

Fig. 2.5. Linha de sinal eletrônico, 4 a 20 mA cc

Fig. 2.6. Válvula de controle, tipo borboleta

Fig. 2.7. Controlador indicador de vazão, eletrônico, dedicado, montado no painel de leitura

Fig. 2.8. Controlador indicador de vazão, eletrônico, compartilhado, montado no painel de leitura

Fig. 2.9. Válvula de controle com atuador pneumático

Fig. 2.10. Elemento final SAMA (em desuso)

Figuras geométricas

Desenhos com linhas com formatos geométricos simples representam funções, equipamentos e sistemas. Certas figuras geométricas representam certos conceitos em determinados tipos de desenhos. Círculos Círculos podem ser usados para representar um instrumento (ou função) ou como uma bandeirola. Como símbolo de instrumento, ele representa o conceito de um equipamento ou função. Como bandeirola, ele fornece informação acerca de outro símbolo que representa um equipamento ou função. Assim, usa-se um circulo como bandeirola ao lado de uma válvula de controle.

Fig. 2.11. Circulo como instrumento ou função

Fig. 2.12. Circulo como bandeirola

FT

FIC 1

FIC 1

f(x)

PI 1

FV 2

Elementos do Simbolismo

Fig. 2.13. Bandeirola e instrumento

Fig. 2.14. Instrumento geral

Fig. 2.15. Instrumento em painel de leitura

Fig. 2.16. Instrumento em painel cego ou atrás do painel de leitura

Fig. 2.17. Instrumento em painel de leitura, auxiliar

Fig. 2.18. Instrumento atrás de painel de leitura auxiliar

Fig. 2.19. Designadores de locais de montagem: P – Painel C – Console R – Rack (armário cego)

Pequenos quadrados Pequenos quadrados são usados para simbolizar funções (ou instrumentos) ou como designadores de função (uma forma de bandeirola). Linhas são usadas para representar fluxo de sinal. Alguns graus de flexibilidade no nível de detalhes podem ser escolhidos para mostrar conceitos e por isso é uma boa idéia usar uma legenda para definir as intenções do projetista.

PI 1

FT 3

FE 3

PI 1

FI 3

FY 4

TIC

WIC

SIC

P1 P2 P

TIC

WIC

SIC

C1 C2 C

TY

TY

WY

R1 R1 R

FY 3

Elementos do Simbolismo

Fig. 2.30. Medidor de vazão intrusivo

Fig. 2.31. Purgador (válvula controladora de nível)

Grandes quadrados

Com o advento do controle e display compartilhado, apareceu também a necessidade de se diferenciar o instrumento discreto convencional (dedicado) das funções de controle e display compartilhadas que fazem o mesmo trabalho mas que não facilmente percebidas como pertencentes a um mesmo invólucro. A solução foi desenhar um quadrado externo ao circulo que representava o instrumento (Fig. 2.32). O circulo simbolizando o instrumento permanece. Muitos quiseram aboli-lo, mas outros acham mais confortável manter o círculo dentro do quadrado.

Fig. 2.32. Símbolo controle e display compartilhados

Fig. 2.33. Bloco de função

Fig. 2.34. Designador de função

A combinação de grandes quadrados (simbolizando funções compartilhadas) com pequenos quadrados (representando funções de condicionamento de sinais) é possível e realizada de diferentes modos. Pode-se colocar os dois blocos colados (Fig. 2.33) ou tangenciando em apenas um ponto (Fig. 2.34).

Triângulos e suas combinações Combinações de triângulos são usadas nos símbolos de corpos de válvulas. O símbolo geral para qualquer tipo de corpo de válvula é a gravata borboleta formada por dois triângulos isósceles, com as duas pontas se tocando. Os símbolos de válvula angular (Fig. 2.36), válvula de três vias (Fig. 2.37) e de quatro vias (Fig. 2.38) utilizam triângulos. O triângulo também aparece na representação do disco de ruptura (Fig. 2.39). O triângulo dentro de um quadrado representa medidor de vazão de área variável (Fig. 2.40).

Fig. 2.35. Símbolo de válvula com atuador pneumático

Fig. 2.36. Símbolo de válvula angular

FE 9

LCV

T

PIC 2

FIC 2

FIC 2

Elementos do Simbolismo

Fig. 2.37. Símbolo de válvula de três vias

Fig. 2.38. Símbolo de válvula de quatro vias

Fig. 2.39. Disco de ruptura

Fig. 2.40. Medidor de vazão de área variável

Losangos Losangos são usados para representar conexões em painéis (Fig. 2.41), purgas de instrumentos (Fig. 2.42), funções de reset (Fig. 2.43), símbolos genéricos de intertra- vamento (Fig. 2.44), portas lógicas simples em outros desenhos lógicos mais complexos (Fig. 2.45 e 2.46).

Fig. 2.41. Conexão de borneira de painel

Fig. 2.42. Purga

Fig. 2.43. Função reset (rearme)

Fig. 2.44. Intertravamento genérico

Fig. 2.45. Fig. Porta AND em diagrama de fluxo

Fig. 2.46. Fig. Porta OR em diagrama de fluxo

FI 2

C

P

R

I

AND

OR

Elementos do Simbolismo

Fig. 2.52. Linha de sinal não diferenciado

Fig. 2.53. Linha de sinal pneumático: 20 a 100 kPa

Fig. 2.54. Linha de sinal eletrônico (menos usada)

Fig. 2.55. Linha de sinal eletrônico (mais usada)

Fig. 2.56. Sinal transmitido por capilar

Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético guiado

Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético não guiado

Fig. 2.60. Sinal interno do sistema, ligação por configuração (software)

Fig. 2.61. Elo (link) mecânico

Fig. 2.61. Sinal de natureza binária subentendido

Fig. 2.62. Sinal de natureza binária especificado

PIC 1

PT 1

PIC 1

PT 1

PIC 1

PT 1

PIC 1

PT 1

FIC 11

FY 11

HS 1

HS 1

3

Elementos de Identificação

Nomes dos blocos constituintes

Os engenheiros e projetistas de sistemas de controle logo percebem a importância de se ter um sistema de identificação que identifique de modo simples e único cada um dos milhares de instrumentos e funções envolvidos. Também o pessoal de operação e manutenção entende a importância de ser capaz de identificar e rastrear cada elemento que contribui com a operação normal da planta. Embora neste capítulo vai ser discutida a identificação separada do simbolismo, deve se ter em mente a ligação intima entre a identificação e os símbolos. Símbolos e os número de identificação (tag) vão de mão em mão nos desenhos, mas em folhas de dados ( data sheet ) e outros identificadores de documentos podem vir sozinhos. A parte funcional do identificador (FIC, por exemplo) ajuda a qualificar o símbolo geral como pertencendo à categoria de Controlador Indicador de Vazão e a parte numérica (101, por exemplo) identifica o equipamento ou a função de controle e indicação de vazão. Por isso, símbolos e identificadores são realmente inseparáveis nos diagramas. Para índices de instrumentos e folhas de dados, o tag de identificação já possui significado separado do símbolo.

Identificação básica: número de tag

O tag de identificação é o código alfanumérico que identifica biunivocamente um instrumento ou função. O número de tag é o número em etiqueta metálica, plástica ou de papel que é amarrada, aparafusada ou colada no corpo do instrumento. Como em grandes complexos industriais, dezenas de milhares de equipamentos ou funções podem requerer identificação, é importante usar um sistema de identificação que seja simples e universal para instalação, checkout, manutenção e outros objetivos. A norma ANSI/ISA S5.1 fornece tal sistema.

Número de tag típico

TIC 103

Número do tag ou identificação do instrumento TIC - Identificação funcional T 103 - Identificação da malha 103 - Número da malha T - Primeira letra (variável) IC - Outras letras (funções)

10-PAH-5A Número de tag 10 Prefixo opcional PAH Identificação funcional 10-P 5A Identificação da malha P Variável inicializada PAH Funções -5 Número da malha A Sufixo opcional

Nota: hífen é opcional como separador Fig. 3.1. Números de tags

Elementos de Identificação

A Tab. 3.1 mostra que todas as 26 letras do alfabeto são usadas como primeira (variáveis) e segunda (função) letras) e algumas como modificadores da primeira ou da segunda. Muitas letras são razoavelmente específicas, tais como T (temperatura), P (pressão), A (análise). Aliás, a língua básica é o inglês e por isso L é nível (Level) e F é vazão (flow ou fluxo). Algumas letras tiveram o significado modificado (revisão de 1984 da norma ANSI/ISA S5.1), como V que originalmente era viscosidade e atualmente é Vibração. Outras podem significar diferentes variáveis, dependendo do tipo da indústria, como C para Condutividade (química) ou Consistência (papel e celulose). Alguns significados requerem explicações adicionais. Por exemplo a letra X é usada para representar uma variável que não é listada, que ocorre raramente e na lista de legenda deve ser esclarecido seu significado e Y é usada para evento, estado ou presença. Como segunda letra, Y é usada para uma função a ser definida. A de análise é muito genérica e inclui análise química (composição, pH, O 2 , N 2 , viscosidade) e mecânica. É comum se colocar o tipo de análise ao lado do símbolo, como índice. (Fig. 3.5)

Fig. 3.3. Necessidade de índice

Tab. 3.3. Outras possíveis combinações

Tag Significado FO Orifício de restrição FRK, HIK

Estações de controle

FX Acessórios TJR Registrador com varredura LLH Lâmpada piloto FFR Relação KQI Indicador de tempo operação QQI Contador Indicador WKIC Controlador de taxa de perda de peso HMS Chave momentânea manual

Numeração da malha

Geralmente são usados dois sistemas de numeração dentro da norma ANSI/ISA S5.1: paralelo e serial. Ambos são similares fundamentalmente. A principal diferença é que no sistema de numeração paralelo uma nova seqüência numérica é começada com cada variável nova medida ou inicializada e no sistema serial há somente uma seqüência de numeração. Muitas pessoas querem codificar os tag de identificação. A experiência mostra que o melhor sistema é o mais simples. Quando se quer codificar, deve-se usar blocos de números e não se deve inventar um novo sistema de numeração.

AIC

pH

Elementos de Identificação

Fig. 3.6. Análise mecânica em três planos, X, Y e Z.

VYE

B

X

Y

Z

VXE

A

VXT

A

VYT

B

VI

VZT

A

VZE

A

VI