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Simbolos e técnicas para desenvolvimento de fluxogramas de instrumentação de processo.
Tipologia: Notas de estudo
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Compartilhado em 09/08/2011
4.9
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Copyright © 2008 Marco Antonio Ribeiro
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Ribeiro, Marco Antonio
Simbologia de Fluxograma ISA, por Marco Antonio Ribeiro, Salvador, BA, 2008
Bibliografia
Conteúdo. Instrumentação, Documentação, Simbologia.
CDD 620. CDU 620. 2008-
Índices para catalogo sistemático:
Salvador, BA, Verão 2008
Dedicado a Andréa Conceição do Espírito Santo Santos, minha aluna, minha
professora e principalmente minha amiga
Na área de Instrumentação, os documentos usam uma linguagem esquemática baseada em símbolos que podem parecer hieróglifos egípcios ou maias para aqueles que não conhecem o assunto. Os símbolos, porém incluem uma informação valiosa para quem os entende. Este trabalho foi preparado para dar uma uniformidade e consistência na simbologia e identificação de instrumentos, equipamentos e sistemas no campo da instrumentação. O presente trabalho é dirigido a todo pessoal envolvido nas tarefas de projeto, montagem, instalação, manutenção e operação de instrumentos e equipamentos usados na medição, controle, alarme, intertravamento de processos industriais. Para melhor entender a documentação do processo, o trabalho mostra como, quando, por que, onde, por quem e para quem os documentos são desenvolvidos e usados. Para o profissional mais experimentado, ele irá oferecer efetivamente um maior entendimento no uso de símbolos e documentos, incluindo explicações para seus usos e mostrando as variações e imprevistos encontrados. O trabalho se baseia nas seguintes normas:
Este livro é o resultado de um curso ministrado pelo autor pela ISA Distrito 4.
Sugestões e críticas destrutivas são benvidas, no seguinte endereço: Rua Carmem Miranda 52, A 903, 41810-670, Salvador, BA Fone (071) 3452 4286
Marco Antônio Ribeiro Salvador, Verão 2008
Conteúdo
SÍMBOLOS E IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS ANALÓGICOS DEDICADOS 1
NORMA ISA-5.1 .................................................... 2
1 O BJETIVO .......................................................... 2 2 ESCOPO ............................................................. 2 2.1. Geral......................................................... 2 2.2. Aplicação às indústrias ............................ 2 2.3. Aplicação a atividades de trabalho .......... 2 2.4. aplicação a classes de instrumentação e para funções de instrumento ........................... 2 2.5. Extensão da identificação funcional......... 2 2.6. Extensão da identificação de malha ......... 2 3 D EFINIÇÕES ....................................................... 3
6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 28 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 29 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 30 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 31 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 32 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 33 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 34 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 35 6.8. Símbolos de elementos primários (cont.) 36 6.9. Exemplos – funções................................. 37 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 38 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 39 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 40 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 41 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 42 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 43 6.9. Exemplos – funções (cont.) ..................... 44 6.10 Exemplos – Combinações variadas ....... 45 6.10 Exemplos – Combinações variadas (cont.) ....................................................................... 46 6.10 Exemplos – Combinações variadas (cont.) ....................................................................... 47 6.10 Exemplos – Combinações variadas (cont.) ....................................................................... 48 6.10 Exemplos – Combinações variadas (cont.) ....................................................................... 49 6.10 Exemplos – Combinações complexas .... 50 6.12. Exemplo – grau de detalhe ................... 51 6.12. Exemplo – grau de detalhe (cont.) ........ 52 6.12. Exemplo – grau de detalhe (cont.) ........ 53 6.14. Exemplos de um P&I ............................ 54 DIAGRAMAS LÓGICOS BINÁRIOS PARA OPERAÇÕES DE PROCESSO............................. 55
NORMA ISA-5.2................................................... 56 3.1. O BJETIVOS ................................................... 56 3.2. U SO DE SÍMBOLOS ........................................ 56 3.3. S ÍMBOLOS .................................................... 58 Entrada .......................................................... 58 Saída .............................................................. 58 (AND)............................................................. 58 OU (OR) ........................................................ 58 OU (OR) QUALIFICADO ............................. 59 NÃO (NOT) ou INVERSOR ........................... 59 Memória (flip flop) (básico)........................... 60 Elemento temporizador (básico).................... 61 Outros símbolos ............................................. 62 A PÊNDICE A – EXEMPLO DE UMA APLICAÇÃO GERAL ................................................................. 65 Introdução...................................................... 65 Fluxograma simplificado............................... 65 Descrição em palavras .................................. 66 Tab. 1. Descrição do esquema de atuação da válvula na operação de enchimento do tanque
- Intertravamento 1, Rotina 1......................... 71
INSTRUMENTAÇÃO DE DISPLAY PARA CONTROLE DISTRIBUÍDO E
Norma ISA 5.
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Norma ISA-5.
1 Objetivo
A norma ANSI/ISA-S5.1-1984 (R1992) Instrumentation Symbols and Identification tem o objetivo de estabelecer um meio uniforme de designar instrumentos e sistemas de instrumentação usados para medição e controle. Para esta finalidade, é apresentado um sistema de designação que inclui símbolos e um código de identificação.
2 Escopo
As necessidades procedurais de vários usuários são diferentes. A norma reconhece estas necessidades, quando eles forem consistentes com os objetivos da norma, fornecendo métodos alternativos de simbolismo. Vários exemplos são mostrados para adicionar informação ou simplificar o simbolismo, quando desejado. Símbolos dos equipamentos de processo são parte desta norma, mas são incluídos somente para ilustrar aplicações de símbolos de instrumentação.
A norma é adequada para uso em indústrias químicas, petróleo e gás, geração de potencia, ar condicionado e ventilação, metalurgia e mineração, papel e celulose e outras. Certos campos, como astronomia, navegação e medicina, usam instrumentos muito especializados que são diferentes dos instrumentos convencionais da indústria de processo. Nenhum esforço específico foi feito para que esta norma satisfaça as exigências destes campos. Porém, é esperado que a norma seja suficientemente flexível para satisfazer muitas necessidades destes campos específicos.
A norma é conveniente para uso sempre que qualquer referencia a um instrumento a função de sistema de controle for requerida para os objetivos de simbolização e identificação. Tais referências podem ser
requeridas para os seguintes usos, bem como outros:
Os métodos de simbolismo e identificação fornecidos nesta norma são aplicáveis a todas as classes de instrumentação de medição e controle de processo. Eles podem ser usados não somente para descrever instrumentos discretos e suas funções, mas também para descrever as funções analógicas de sistemas que são chamadas de display compartilhado, controle distribuído, controle compartilhado e controle de computador.
Esta Norma provê a identificação e simbologia das funções chave de um instrumento. Detalhes adicionais do instrumento são mais bem descritos em uma folha de especificação conveniente ou em outro documento apropriado para fornecer tais detalhes.
Norma ISA 5.1 cobre a identificação de um instrumento e todos os outros instrumentos ou funções de controle associadas com ele em uma malha. O usuário está livre para aplicar identificação adicional, através de Número de série
Norma ISA 5.
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Número de unidade Número de área Número de planta Qualquer outro meio
3 Definições
Para entendimento da Norma são utilizadas as seguintes definições: Para um tratamento mais completo, ver a série de normas ISA 51. e ISA 75.
Aplicado a equipamento ou função que pode ser vista ou usada por um operador com o objetivo de fazer: Ação de controle, Mudança de SP, Transferência A/M e Ação liga-desliga.
Um equipamento ou função que sinaliza a existência de uma condição anormal, por meio de uma mudança discreta sonora ou visível ou ambas, com a intenção de chamar a atenção e exigir uma ação do operador, nun intervalo de tempo determinado. Não é recomendável que o termo chave de alarme ou alarme seja usado para designar um equipamento cuja operação seja simplesmente fechar ou abrir um circuito que pode ou não ser usado para intertravamento normal ou anormal, shutdown, atuação de uma lâmpada piloto ou um dispositivo de alarme ou semelhante. O primeiro equipamento é corretamente chamado como uma chave de nível, uma chave de vazão, porque o chaveamento é o que o equipamento faz. O equipamento pode ser designado como um alarme somente se o equipamento em si contiver a função alarme.
Termo aplicado a instrumentos inacessíveis ao operador e que normalmente estão localizados no interior do painel ou em armários separados.
Circulo que contem a identificação do instrumento.
Termo aplicado a um dispositivo ou sinal que tem somente 2 posições ou estados. Quando usado na sua forma mais simples, como em "SINAL BINÁRIO" (oposto a "SINAL ANALÓGICO"), o termo representa os estados "LIGA/DESLIGA" ou "ALTO/BAIXO", isto é, não representa uma contínua variação de quantidade.
Dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos, manualmente ou automaticamente. Neste caso deverá ser atuado diretamente pela variável de processo ou seu sinal representativo e, sua saída poderá ser utilizada para acionar alarmes, lâmpadas pilotos, intertravamentos ou sistemas de segurança
Termo aplicado a um dispositivo ou sistemas cuja estrutura ou característica funcional poderão ser selecionada ou rearranjada através de programação ou outros métodos. O conceito exclui rearranjo de fiação como meio de alterar a configuração.
Termo aplicado a uma característica que permite logicamente o direcionamento de um sinal de um dispositivo para outro sem a necessidade de comutação manual, ligação provisória ou mudança na fiação.
Dispositivo que tem por finalidade manter em um valor pré-determinado, uma variável de processo. Esta atuação poderá ser feita manual ou automaticamente, agindo diretamente na variável controlada ou indiretamente através de outra variável, chamada de variável manipulada.
Controlador com algorítmos pré- programados que são usualmente acessíveis, configuráveis e comutáveis logicamente, contendo várias entradas e saídas, capaz de controlar simultaneamente diversas malhas de controle.
Controlador com múltiplas entradas e saídas, que contém um programa que poderá ser configurado.-
Dispositivo que recebe informação em uma forma de um sinal de instrumento e transmite um sinal de saída em outra forma. Tanto a entrada como a saída do conversor são de natureza elétrica (ISA 37-1) O instrumento que converte o sinal de um sensor para um sinal padronizado deverá ser designado como transmissor. Dessa forma na malha de temperatura o componente ligado ao elemento primário (TE) deverá ser designado
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saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser o elemento primário, transmissor, rele ou conversor. Em instrumentação (ISA 37-1), transdutor é o instrumento cujas entradas e saídas são sinais padrão. Exemplos de transdutor: instrumento com entrada de 20 a 100 kPa e saída de 4 a 20 mA cc e instrumento com entrada de 4 a 20 mA cc e saída de 20 a 100 kPa.
Dispositivo que sente uma variável de processo por meio de um elemento primário e que produz uma saída cujo valor é geralmente proporcional ao valor da variável de processo. O elemento primário poderá ser ou não parte integrante do transmissor.
Dispositivo que manipula diretamente a vazão de um ou mais fluídos de processo. Não deverão ser consideradas as válvulas manuais de bloqueio e as válvulas de retenção auto- atuadas. A designação de válvula de controle manual deverá ser limitada a válvulas atuadas manualmente que são usadas para regulagem de vazões de fluídos de processo ou necessitem de identificação como instrumento.
Variável cujo valor medido origina um sinal de modo a originar um controle de "feedback".
Quantidade ou condição que varia em função do sinal de erro para mudar o valor de uma variável controlada.
Qualquer propriedade mensurável de um processo.
Função que consiste em amostrar, intermitentemente, de uma maneira pré- determinada cada uma das variáveis de um grupo. Normalmente, a finalidade de dispositivos com varredura é indicar o estado ou valor de variáveis, porém poderão estar associados a outras funções tais como registro e alarme.
4. Roteiro de um sistema de identificação
Cada instrumento ou função programada deverá ser identificado por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e por um conjunto de algarismos que indica a malha a qual pertence o instrumento ou função programada, obedecendo a seguinte estrutura:
O número da malha do instrumento pode incluir informação codificada, tal como designação de área. É também possível estabelecer séries de números específicas para designar funções especiais, por exemplo, a série 900 a 999 poderia ser usada para malhas cuja função principal esteja relacionada com segurança. Cada instrumento pode ser representado no diagrama por um símbolo. O símbolo pode ser acompanhado por um número de identificação (tag).
A identificação funcional de um instrumento ou seu equivalente funcional consiste de letras cujo significado está indicado na Tabela I e inclui uma primeira letra (designando a variavel medida ou inicializada) e uma ou mais letras sucessoras (identificando as funções executadas). A identificação funcional deverá ser estabelecida de acordo com a função do instrumento ou função programada e não de acordo com sua construção. Assim, um registrador de pressão diferencial usado para registro de vazão deverá ser identificado por FR. Um indicador de pressão e um pressostato conectado à saída de um transmissor de nível
Norma ISA 5.
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deverão ser identificados respectivamente como LI e LS. Em uma malha de instrumento, a primeira letra da identificação funcional é escolhida de acordo com a variável medida ou variável inicializadora e não de acordo com a variável manipulada. Assim, uma válvula de controle variando a vazão de acordo com a saída de um controlador de nível, é uma LV e não uma FV. As letras sucessivas de uma identificação funcional designam uma ou mais função passiva ou funções de saída. Algumas letras poderão ser utilizadas como modificadoras. A letra modificadora altera ou complementa o significado da letra precedente. As letras modificadoras podem modificar ou a primeira letra ou as letras sucessivas, como aplicável. Assim, TDAL contem dois modificadores: A letra D modifica a variável medida T em uma nova variável: temperatura diferencial. A letra L restringe a função de leitura Alarme, A, para representar um alarme de baixo (Low – L). A seleção das letras de identificação deverá estar de acordo com a Tabela I.Letras funcionais de leitura ou passivas seguem em qualquer orem e as letras funcionais de saída seguem estas em qualquer seqüência, exceto a letra de saída C (controle) que prece a letra de saída V (válvula). Por exemplo, PCV, uma válvula de controle auto-regulada. Porem, as letras modificadoras, se usadas, são interpostas de modo que elas sejam colocadas imediatamente depois das letras que elas modificam. Dispositivo com Funções Múltiplas pode ser representado nos fluxogramas tantos símbolos quantos forem as variáveis medidas, saídas ou funções. Assim, por exemplo, um controlador de temperatura com uma chave deverá ser representado por dois círculos tangentes, e identificado com TIC-3 e o outro com TSH-3. O instrumento seria designado TIC/TSH-3 para todos os usos. Se desejado, porém, a abreviação TIC-3 pode servir para a identificação geral ou para compra, enquanto TSH-3 pode ser usado para diagramas de circuito elétrico. O número de letras funcionais agrupadas para um instrumento deve ser mantido a um mínimo, de acordo com o julgamento do usuário. A identificação funcional deverá ser composta de no máximo 4 letras. Dentro deste limite, recomenda-se ainda, usar o mínimo de letras, adotando os seguintes procedimentos: (a) para instrumentos com funções múltiplas, as letras poderão ser divididas em subgrupos (b) no caso de um instrumento com indicação e registro da mesma variável, a letra I poderá ser omitida.
odas as letras da identificação funcional deverão ser maiúsculas.
A identificação da malha consiste de uma primeira letra e um numero. Cada instrumento dentro de uma malha tem atribuído a si o mesmo número de malha e, no caso de numeração paralela, a mesma primeira letra. Cada instrumento na malha tem uma única identificação de malha. Um instrumento comum a duas ou mais malhas deve ter a identificação da malha que for considerada predominante. A numeração da malha pode ser paralela ou serial. A numeração paralela envolve começar uma seqüência numérica para cada nova primeira letra, ou seja, TIC-100, FRC-100, LIC- 100, AI-100. Numeração serial envolve usar uma simples seqüência de números para um projeto ou para grandes seções de um projeto, independente da primeira letra da identificação da malha, por exemplo, TIC-100, FRC-102, LIC-102, AI-103. uma seqüência de numeração de malha pode começar com 1 ou qualquer outro número conveniente, tais como 001, 301 ou 1201. O numero pode incorporar informação codificada, porem recomenda-se ser simples. Em uma dada malha que tenha mais do que um instrumento com a mesma identificação funcional, deve-se acrescentar um sufixo ao número da malha, e.g., FV-2ª, FV-2B, FV-2C ou TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3. Porém, pode ser mais conveniente ou lógico em uma dada aplicação, designar um para de transmissores de vazão, por exemplo, como TF-2 e FT-3 em vez de FT-2ª d FT-2B. Os sufixos podem ser aplicados de acordo com as seguintes recomendações:
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sejam ligadas fisicamente por mais de uma linha. A seqüência em que os instrumentos ou funções de uma malha são interligados em um diagrama deve refletir a lógica funcional ou o fluxo da informação, embora este arranjo não corresponda necessariamente à seqüência de conexão do sinal. Assim, uma malha eletrônica usando sinais analógicos de tensão requer fiação paralela, enquanto uma malha usando sinais analógicos de corrente requer ligação série. Porém, o diagrama em ambos os casos deve ser desenhado como se toda a fiação fosse paralela, para mostrar as inter-relações funcionais claramente enquanto mantendo a apresentação independe do tipo de instrumentação finalmente instalada. As interligações corretas devem ser mostradas em diagramas apropriados. O grau de detalhe a ser aplicado a cada documento ou esquema é inteiramente à livre escolha do usuário da norma. Os símbolos e designações nesta norma podem mostrar tanto o equipamento como a função. Esquemas e artigos técnicos usualmente contem simbolismo e identificação muito simplificados. Fluxograma de processo usualmente é menos detalhado que o fluxograma de engenharia. Fluxograma de engenharia pode mostrar todos componentes em linha, mas pode diferir de um usuário para outro na quantidade de detalhes mostrados off-line. Em qualquer caso, deve-se estabelecer uma consistência para cada aplicação. Os termos simplificado, conceitual e detalhado como aplicados aos diagramas dos exemplos desta norma (6.2) foram escolhidos para representar uma comparação de usos típicos. Cada usuário deve estabelecer o grau de detalhe que satisfaz os objetivos do documento ou esquema especifico sendo gerado. É uma prática comum para fluxogramas de engenharia omitir os símbolos de componentes do equipamento de intertravamento que são realmente necessários para um sistema operar, principalmente quando simbolizando sistemas elétricos de intertravamento. Por exemplo, a chave de nível pode ser mostrada como desligando uma bomba ou chaves separadas de vazão e pressão podem ser mostradas como atuando uma válvula solenóide ou outros equipamentos de intertravamento. Em ambos os exemplos, os reles elétricos auxiliares e outros componentes podem ser considerados detalhes para serem mostrados em outro lugar. Do mesmo modo, um transformador de corrente geralmente será omitido e seu receptor mostrado ligado diretamente ao processo, neste caso, o motor elétrico.
Por causa das diferenças entre display e controle compartilhado com funções de computador serem pequenas e confusas, a escolha de símbolos para representá-los pelo usuário deve ser basear nas definições do fabricante, uso em determinada indústria e julgamento pessoal.
5 Tabelas
A finalidade das tabelas é definir certos blocos de identificação e sistemas de representação simbólica usados nesta norma, de modo conciso e de modo facilmente refenciado.
Tabela 1: Letras de Identificação junto com as Notas para a Tabela 1, define e explica os designadores de letra individual usados como identificadores funcionais de acordo com as regras da Identificação Funcional (4.2) Tabela de Combinações Típicas de Letras, tenta facilitar a tarefa de escolher combinações aceitáveis de letras de identificação. Tabela 3, Blocos de Funções – Designações de Função, é uma adaptação do método de diagramação funcional da SAMA (Scientific Apparatus Manufactures Association) Dois usos básicos são encontrados nestes símbolos:
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