Instalações de Controle

A vida útil e a precisão de um sistema de controle podem ser influenciadas por fatores de instalação. Este tutorial discute as considerações básicas importantes, incluindo o posicionamento de equipamentos e cabeamento, interferência de radiofrequência e proteção contra o meio ambiente.

Sensores de temperatura

Localização do sensor A posição do sensor é importante e deve ser localizada onde possa sensurar uma pressão, temperatura ou nível representativo. O comprimento do sensor também deve ser considerado. Se o sensor a ser utilizado for grande ou longo, deve-se fazer provisão para isso na tubulação na qual ele será instalado. Sensores para sistemas de controle auto-acionados podem vir em muitas formas e tamanhos diferentes. Geralmente, os sensores para sistemas de controle eletrônico e pneumático são menores do que aqueles para controles auto-acionados. O próximo requisito é posicionar o sensor em um local onde não seja suscetível a danos, e talvez instalá-lo em um poço, se necessário. O poço deve ser longo o suficiente para permitir que todo o sensor seja imerso no líquido. Se, na Figura 8.4.1, o conector stub fosse mais longo, o sensor pode não estar devidamente imerso no fluido. Proteção do sensor Se o sensor for instalado em um tanque, pode ser melhor posicioná-lo perto de um dos cantos, onde a maior resistência da parede pode ser esperada, com menor chance de flexão. Com alguns fluidos, é necessário proteger o sensor para evitar que seja corroído ou dissolvido. Os poços estão geralmente disponíveis em vários materiais, incluindo:

• Aço inoxidável.
• Aço carbono.
• Cobre e latão, que são adequados para aplicações menos severas.
• Vidro resistente ao calor, que oferece boa proteção geral contra produtos corrosivos como ácidos e álcalis, mas estes podem ser frágeis. Os capilares de controle auto-acionado podem geralmente ser fornecidos revestidos com uma cobertura de PVC, que é útil em ambientes corrosivos. Onde for possível instalar o sensor através da lateral do tanque, a provisão de um poço também permite que o sensor seja removido sem drenar o conteúdo. Um poço tenderá a aumentar o atraso de tempo antes que o controle possa responder às mudanças na temperatura da solução, e é importante tomar providências para manter isso ao mínimo. Haverá, por exemplo, um espaço de ar entre o sensor e a parte interna do poço, e o ar é um isolante. Para superar isso, uma pasta condutora de calor pode ser usada para preencher o espaço.

Válvulas e atuadores

A posição preferida do atuador dependerá do tipo de sistema de controle utilizado. Para válvulas de controle auto-acionadas, é geralmente preferível se o atuador estiver instalado abaixo da válvula. Inversamente, é geralmente melhor instalar um atuador elétrico ou pneumático acima da válvula, caso contrário qualquer vazamento do caule pode resultar em fluido de processo, que pode ser quente ou corrosivo, derramando sobre o atuador. A instalação horizontal não é recomendada, pois ao longo do tempo:

• Desgaste irregular do caule pode ocorrer.
• O plugue da válvula pode não se apresentar de forma reta ao assento da válvula. A construção do material dos atuadores elétricos deve ser apropriada ao ambiente em termos da classificação de invólucro contra umidade excessiva, e gases e líquidos perigosos. A válvula e o atuador serão mais pesados do que um comprimento equivalente de tubulação, e necessitarão de suporte adequado. É importante, antes e depois da instalação, verificar se a válvula está instalada com sua seta de fluxo na direção correta. Espaço suficiente deve ser deixado ao redor da válvula e do atuador para manutenção, e para levantar o atuador da válvula.

Interferência de radiofrequência (RFI)

A interferência de radiofrequência é ruído elétrico que pode causar corrupção de sinais de controle e afetar a operação de controladores eletrônicos. Existem duas formas de RFI:

• Contínua
• Impulso (transitória). Transmissores de rádio, computadores, aquecedores por indução e outros equipamentos semelhantes emitem interferência de radiofrequência de alta frequência contínua. A interferência por impulso é gerada a partir de arcos elétricos, que podem ocorrer na abertura de contatos de chaveamento, especialmente aqueles responsáveis por chavear componentes indutivos, como motores ou transformadores. O engenheiro de controle frequentemente se preocupa mais com a interferência por impulso. Os pulsos são de alta intensidade e duração muito curta, e podem perturbar sinais de controle elétricos genuínos. Transmissão de RFI A interferência de rádio pode se propagar através de dois modos:
• Condução.
• Radiação. A interferência conduzida é comunicada ao controlador através de cabos de alimentação. Ter um supressor de interferência na alimentação o mais próximo possível do controlador pode reduzir seu efeito. A interferência radiada é um problema maior porque é mais difícil de neutralizar. Essa forma de interferência é como uma transmissão de radiodifusão sendo captada por ‘antenas’ naturalmente formadas pelo cabeamento de sinal, e então reemitida dentro da caixa do controlador para áreas mais sensíveis. Os componentes eletrônicos dentro do controlador também podem receber transmissões diretamente, especialmente se a fonte de interferência estiver a menos de 200 mm. Efeitos da RFI Os tipos de controladores respondem a diferentes formas de interferência de maneiras diferentes. Controladores analógicos geralmente respondem a interferência contínua em vez de transitória, mas geralmente se recuperam quando a interferência cessa. Os sintomas de interferência contínua não são facilmente reconhecíveis, pois geralmente influenciam a precisão da medição. Frequentemente é difícil distinguir entre os efeitos da interferência e a operação normal do dispositivo. A interferência transitória é mais provável de afetar saídas de relé, pois sua ocorrência é mais rápida do que os circuitos analógicos podem responder. Controladores baseados em microprocessador estão mais sujeitos a corrupção por interferência transitória por impulso, mas têm maior imunidade à interferência contínua. A primeira indicação de que a interferência ocorreu é frequentemente que o display travou, está confuso ou contém símbolos sem significado além do display normal. Sintomas mais difíceis de detectar incluem imprecisões de medição ou posição incorreta do atuador, e isso pode continuar não detectado até que o sistema esteja claramente fora de controle. Práticas de instalação para limitar a RFI A seleção e instalação corretas do cabeamento de sinal de controle são vitais para reduzir a suscetibilidade à RFI. Pares torcidos de fios são menos suscetíveis a interferência do que cabos paralelos (Figura 8.4.2). Cabos blindados com aterramento são ainda menos suscetíveis a interferência do que pares torcidos de fios, mas isso nem sempre pode ser confiável, especialmente perto de cabos de alta corrente.

Cabos blindados (Figuras 8.4.3) devem ser aterrados apenas em uma extremidade, veja Figura 8.4.3 (‘A’ e ‘B’); o aterramento em ambas as extremidades levará a uma deterioração nesta situação. Manter os fios separados dos cabos de alimentação (Figura 8.4.4) pode reduzir a captação através dos fios de sinal. A BS 6739: 1986 recomenda que essa separação seja de pelo menos 200 mm para cabeamento de alimentação de instrumentos e 250 mm para outros cabos de alimentação.

Descobriu-se na prática que os fios de sinal podem ser executados ao lado de / perto dos cabos de alimentação, desde que estejam contidos dentro de sua própria blindagem aterrada, veja Figura 8.4.5. A interferência por impulso gerada a partir de arcos elétricos pode ser reduzida por meio de um supressor apropriado conectado através dos contatos de chaveamento. A captação por radiação direta pode ser reduzida instalando os controladores a pelo menos 250 mm de fontes de interferência, como disjuntores ou relés de chaveamento de alimentação. Separação de cabos As seguintes informações são reproduzidas do Código de Prática do Padrão Britânico para Instrumentação em sistemas de controle de processo: projeto de instalação e prática BS 6739: 1986: Parágrafo 10.7.4.2.2 - Separação de cabos de alimentação

• Os cabos de instrumentos devem ser roteados acima ou abaixo do solo, separados dos cabos de alimentação elétrica (ou seja, cabos CA, geralmente acima de 50 Vac com classificação de 10 A).
• Execuções paralelas de cabos devem ser evitadas. No entanto, onde isso for inevitável, uma separação física adequada deve ser fornecida.
• Um espaçamento de 250 mm é recomendado para cabos de alimentação CA até 10 A de classificação. Para classificações mais altas, o espaçamento deve ser aumentado progressivamente.
• Onde for inevitável que cabos de sinal e alimentação se cruzem, os cabos devem ser dispostos para cruzar em ângulos retos com um meio positivo de separação de pelo menos 250 mm. Parágrafo 10.7.4.2.3 - Separação entre cabos de instrumentos

1. Categorias 1 e 2 com espaçamento de 200 mm.
2. Categorias 2 e 3 com espaçamento de 300 mm.
3. Categorias 1 e 3 com espaçamento de 300 mm. Os cabos são categorizados da seguinte forma:
4. Cabos de alimentação CA - Cabos geralmente acima de 50 Vac com classificação de 10 ampères.
5. Categoria 1. Alimentação de instrumentos e cabeamento de controle acima de 50 V - Este grupo inclui fontes de alimentação CA e CC e sinais de controle até 10 A de classificação.
6. Categoria 2. Cabeamento de sinal de alto nível (5 V a 50 Vdc) - Este grupo inclui sinais digitais, sinais de alarme, sinais de desligamento e sinais analógicos de alto nível, por exemplo, 4 - 20 mA.
7. Categoria 3. Cabeamento de sinal de baixo nível (abaixo de 5 Vdc) - Este grupo inclui sinais de temperatura e sinais analógicos de baixo nível. O cabeamento de termopar entra nesta categoria. Embora nem sempre seja prático, todos os esforços devem ser feitos para alcançar as separações recomendadas indicadas.

Normas de proteção elétrica

Equipamentos elétricos como controladores eletrônicos devem ser adequados ao ambiente em que serão utilizados. Ambientes perigosos podem ser encontrados em refinarias de petróleo, plataformas offshore, hospitais, plantas químicas, minas, plantas farmacêuticas e muitos outros. O grau de proteção mudará dependendo do perigo potencial, por exemplo, o risco de faíscas ou superfícies quentes inflamando gases e vapores inflamáveis que possam estar presentes. É igualmente importante proteger os equipamentos contra umidade, poeira, entrada de água e mudanças severas de temperatura. Normas e procedimentos existem para reduzir a chance de os equipamentos induzirem falhas, que poderiam de outra forma iniciar incêndios ou provocar explosões em equipamentos adjacentes. Normas básicas de proteção foram elaboradas para atender a ambientes específicos. Classificações IP A classificação IP, ou classificação de proteção internacional declarada para um invólucro, é um meio de classificar o nível de proteção oferecido pelo invólucro, usando dois algarismos, conforme mostrado nas Tabelas 8.4.1 e 8.4.2. O primeiro algarismo (veja Tabela 8.4.1) refere-se à proteção oferecida contra a intrusão de objetos estranhos como alavancas, chaves de fenda ou até a mão de uma pessoa. A faixa consiste em sete dígitos começando com 0, designando nenhuma proteção oferecida contra objetos materiais ou intervenção humana; até 6, oferecendo proteção meticulosa contra a entrada de poeira ou partículas extremamente finas. O segundo algarismo (veja Tabela 8.4.2) indica o grau de proteção contra entrada de água. A faixa começa com 0, significando nenhuma proteção contra água. O mais alto é 8, dando proteção ótima para equipamentos continuamente imersos em água. Exemplo 8.4.1 Um invólucro elétrico tendo a seguinte classificação IP34 pode ser definido da seguinte forma: Não é a intenção deste Módulo entrar em detalhes sobre o tema de proteção de invólucros. O tema é discutido com muito mais profundidade nas Normas Internacionais, BS EN 60529:1992 sendo uma delas. O leitor é aconselhado a consultar tais normas se informações forem necessárias para propósitos específicos. Equipamentos elétricos protegidos contra explosão Mostrou-se brevemente como as classificações IP cobrem duas áreas importantes de proteção. Existem, no entanto, numerosos outros tipos de perigo a enfrentar. Estes podem incluir corrosão, vibração, incêndio e explosão. Estes últimos são propensos a ocorrer quando equipamentos elétricos produzem faíscas, operam em altas temperaturas, ou formam arcos; assim inflamando produtos químicos, óleos ou gases. Na prática, é difícil determinar se uma atmosfera explosiva estará ou não presente em um local específico dentro de uma área ou planta potencialmente perigosa. Este problema foi resolvido designando uma área dentro da planta onde gases inflamáveis podem estar presentes para uma das três zonas perigosas seguintes:

• Zona 1 - Uma área onde o gás explosivo está continuamente presente ou está presente por longos períodos de tempo.
• Zona 2 - Uma área onde o gás explosivo é provável de ocorrer durante a operação normal.
• Zona 3 - Uma área onde o gás explosivo não é provável de ocorrer durante a operação normal e, se ocorrer, existirá apenas por um curto período de tempo. Houve muitas tentativas de formular normas internacionalmente aceitas de proteção. A IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional) foi a primeira a produzir normas internacionais nesta área, no entanto, a CENELEC (Comitê Europeu de Coordenação de Normas Eletrotécnicas) atualmente reúne todos os principais países manufatureiros europeus sob um único conjunto de normas. Equipamentos de medição e controle são cobertos por um método de proteção de segurança intrínseca, que é baseado na redução do risco de explosão pela restrição da quantidade de energia elétrica entrando em uma área perigosa e, portanto, não requer, em princípio, invólucros especiais. Existem dois categorias de aparelhos intrinsecamente seguros definidos pela CENELEC e IEC, nomeadamente, EX ia e EX ib. Classe EX ia Esta classifica os equipamentos como não sendo capazes de causar ignição sob procedimentos operacionais normais, ou como resultado de uma única falha ou quaisquer duas falhas totalmente independentes ocorrendo. Classe EX ib Esta classifica os equipamentos como não sendo capazes de causar ignição sob procedimentos operacionais normais, ou como resultado de uma única falha ocorrendo. Assim como com a proteção IP, este Módulo não pretende discutir este assunto com grande profundidade; é um assunto complexo ainda mais complicado pelo fato de que os agrupamentos de equipamentos podem ser diferentes em diferentes países. Sugere-se que, se o leitor requer informações adicionais sobre este assunto, ele ou ela estude a norma relevante apropriada.