Em meio a dez mil pontos de pressão e temperatura a serem medidos, erros de montagem podem colocar a segurança do instrumento, do operador, e até mesmo da planta, em risco. Isso sem falar em problemas de análise e controle quando a ligação errada de algum sensor fornece uma informação irreal.

A falta de conhecimento teórico na medição básica de variáveis do controle de processos – como pressão e temperatura – colocam uma enorme dificuldade de operação.

“Saber o funcionamento de um transmissor deve ser conhecimento básico. A aplicação desse instrumento passa pelos vários princípios de medição de temperatura ou pressão”, explica o técnico de manutenção da Transpetro, Reginaldo de Mattos Onofre.

Entre manômetros, termômetros e transmissores, a escolha deve ser feita levando sempre em conta as premissas de funcionamento do instrumento e das variáveis a serem medidas. “E existem vários princípios para medir as variáveis”, ressalta Reginaldo.

É o caso da medição de pressão: o técnico precisa conhecer os conceitos de pressão estática (quando o produto líquido ou gás está pressurizado em estado estacionário), pressão dinâmica (quando a pressão varia com o movimento do fluido), e pressão diferencial (a diferença das pressões de entrada e saída de um fluído em um tanque ou duto). “Com isso ele terá subsídio suficiente para entender o tipo de transmissor de pressão mais adequado para a aplicação”.

O ‘coração’ do transmissor está no sensor – que informa a grandeza elétrica em milivoltagem, freqüência, capacitância, ou indutância. É nesse ponto em que a pressão deve ser medida – seja ele um transmissor capacitivo, piezo resistivo ou de silício ressonante.

“A primeira geração, lançada em 1970, dos sensores trouxe a tecnologia do sensor capacitivo, que informa somente a pressão diferencial ou a manométrica. Da mesma forma, a segunda geração, do piezo resistivo também fornece pressão diferencial. Estamos na terceira geração, que é a dos sensores de silício ressonante, que fornecem mais de uma informação: a pressão diferencial e a pressão estática”, explica o gerente de Engenharia de Aplicações de Produtos de Campo e de Marketing da Yokogawa, Augusto Pereira.

O conceito da célula capacitiva possibilita, por meio da aplicação de pressão a diafragmas sensores, a obtenção de uma variação da capacitância entre os diafragmas sensores e um diafragma central. A variação de capacitância gera uma variação de freqüência em um circuito oscilador que será medida diretamente pela CPU do equipamento e convertida em pressão. Este processo não utiliza conversões A/Ds, o que, segundo o gerente de produtos da Smar, César Cassiolato, garante uma melhor exatidão e estabilidade e não sofre com as derivas térmicas inerentes às conversões analógicas / digitais.

Entre 70% e 80% das operações confiáveis de medição de pressão envolvem sensor capacitivo. A grande vantagem do instrumento, completa o gerente da Smar, é a resposta em função de temperatura e das próprias condições do processo. “Os sensores capacitivos são muito confiáveis, estão no mercado há muitos anos e ganharam melhorias com o avanço tecnológico, proporcionando respostas lineares e insensíveis a variações de temperatura, sendo indicados em instrumentação e controle de processos desde as aplicações mais simples à mais exigentes, já que possuem excelentes performance”.

A aplicação das células capacitivas na construção de transmissores de pressão aumentou a precisão e as faixas de medição. A primeira tentativa de substituir os sensores capacitivos por sensores piezo resistivos barrou em fatores como repetibilidade e resistência mecânica.

Uma segunda onda de mudanças aconteceu com a tecnologia dos semicondutores e sensores fabricados a partir de silício ressonante, conferindo maior estabilidade e precisão para os transmissores. Um sensor de silício ressonante de terceira geração é fabricado por micro-usinagem tridimensional onde se escava uma depressão, onde são depositadas e removidas camadas de silício com diferentes dopantes formando uma estrutura tridimensional. Um sensor de pressão é formado por dois ressonadores de silício encapsulados a vácuo. Um campo magnético permanente é aplicado e quando uma corrente é aplicada, os ressonadores oscilam, fazendo o sensor entrar em ressonância. Na ausência de uma ressonância aplicada, a freqüência dos ressonadores é de 90kHz. Quando em operação, o sinal pode ser lido por um microprocessador.

Os sensores que se baseiam nessa tecnologia, explica Augusto Pereira, têm maior precisão e estabilidade porque a grandeza física em função da pressão é a freqüência e um instrumento eletrônico mede freqüência com mais facilidade pois elimina intermediações. Outra vantagem é a possibilidade de fabricação de sensores muito pequenos, graças as característica da sílica e da forma de encapsulamento. Soma-se a isso a possibilidade de medição em sentidos opostos e a medição de pressão diferencial, pressão estática e temperatura simultâneos.

“A Yokogawa lançou, em 1990, o silício ressonante. E os outros fabricantes estão pesquisando células que não sejam capacitivas e num futuro que creio próximo deverão também lançar esta tecnologia”, comenta Augusto Pereira.

Também não deve ser deixada de lado a calibração de todo esse conjunto – sensor e placa eletrônica – até aqui nenhum segredo: um equipamento denominado ‘maleta de calibração’ vai fornecer a pressão para o sensor.

Mas a calibração pode ser feita pelo próprio usuário – em um ensaio interno – ou por um laboratório certificado pela Rede Brasileira de Calibração – que nesse caso vai gerar o Relatório de Calibração exigido pela Norma ISO 9000.

“A empresa pode fazer essa calibração em seu próprio laboratório, desde que com equipamentos rastreados pela RBC. E ela própria pode gerar esse Relatório de Calibração, mencionando o instrumento utilizado, período de calibração e grau de exatidão. E o instrumento terá um selo da RBC”, conta Augusto Pereira.

Temperatura

Temperatura é uma variável mais simples de ser medida – e com isso as classificações dos sensores são menos complexos do que em outras variáveis. Os mais utilizados são o termopar e a termorresistencia – as variações ficam por conta dos tipos de materiais e bitolas de fios utilizados dependendo do range de temperatura.

“O termopar é um sensor formado por dois fios diferentes, que geram uma milivoltagem. Nele é acoplado um transmissor. O instrumento pode ter um display que indica a temperatura e um sinal de saída”, explica Reginaldo.
Trata-se de um efeito bem conhecido da física: se dois fios metálicos de composição distinta são soldados nas extremidades, e uma das junções é mantida a temperatura superior à outra, circulará corrente elétrica entre essas junções. Para diferentes combinações de metais e diferentes temperaturas, a diferença de potencial entre essas junções será também diferente.

A seleção de metais para os termopares é normalmente feita com base nas condições de aplicação. Ligas metálicas com base em Ferro, Níquel, Cromo podem ser usadas a temperaturas moderadas – para temperaturas superiores, são necessários termopares à base de platina.

Já a termorresistência possui uma resistência formada por um fio de platina – que varia de amperagem conforme a mudança da temperatura. Na termorresistência, um metal tem sua resistividade elétrica modificada com a temperatura. Esse tipo pode ter um tempo de resposta mais lento que o termopar, mas oferece vantagens como estabilidade e pequena susceptibilidade à contaminações.

“Não existe um tipo de termômetro mais avançado. Existem características que podem determinar o uso em um ou outro processo”, conta o engenheiro, exemplificando que a termorresistência possui um grau de precisão mais apurado – e um preço hoje em dia bem próximo ao dos termopares. “Ás vezes, a variável que vai ser medida não demanda uma precisão tão grande, então o técnico pode instalar um termopar, que é suficiente”.

Mas há casos em que a temperatura de uma determinada reação – como ocorre na indústria farmacêutica – exige uma exatidão de 0,5%. “Um termopar tem uma boa exatidão, mas não nesse nível. Talvez vale instalar uma termorresistência, um pouco mais cara , mas com exatidão muito melhor”.