7TRANSMISSORES

ENGO PEDRO EsrtFANO COHN

7.1 CONCEITOS

Os primeiros instrumentos usados nos processos tinham funo meramentesupervisria, o que significa que somente permitiam a leitura da varivel.

A indicao era local, e o controle, quando existente, era manual, como nafigura 7.1.

FIGURA 7.1 - Instrumento com indicao apenas local

O surgimento dos primeiros controladores, e a adoo da superviso e do controlecentralizados em uma sala prpria, a sala de controle, tomaram necessrio o envio distncia deum sinal proporcional varivel medida, ou seja a transmisso do sinal.

Quando se tomou generalizado o emprego da instrumentao pneumtica, o sinalpadro adotado foi a variao da presso do ar na faixa de 3 a 15 p.s.i. (pounds square inch oulibras por polegada quadrada).

Entre nos, para evitar converses fracionrias de unidades, a faixa usada era de 0,2 a1 kgf/ em? ou de 0,2 a 1 bar (20kPa a 100 kPa na unidade do sistema mtrico).

Algumas malhas pneumticas ainda se encontram em operao, e o sinal pneumti-co continua sendo empregado na atuao de vlvulas de controle.

Com o advento da instrumentao eletrnica, analgica, ainda largamente usada,foi padronizada a transmisso de sinais na forma de corrente contnua, na faixa de 4 a 20 mA.

304 CAPITULO 7 - TRANSMISSORES

7.2. O TRANSMISSOR - DEFINIO

Entendemos por transmissores ou conversores os instrumentos que convertem osinal de um transdutor ou senso r em um sinal padro para ser enviado distncia. Considera-remos aqui somente os transmissores eletrnicos.

No caso de transdutores passivos, como a clula capacitiva para medio de presso,o transmissor tambm compreende os circuitos necessrios para converter a variao doparmetro capacitncia em um sinal eltrico. Outras funes de tratamento dos sinais, comoa filtragem e a linearizao so tambm incorporados ao transmissor.

7.3. ALIMENTAO

A alimentao dos transmissores pode ser a quatro, dois ou trs fios.

7.3.1 Alimentao a Quatro Fios

Nos transmissores a quatro fios a alimentao efetuada com 110/115/127 ou 220/240 volts, em corrente alternada, e um par independente de terminais fornece o sinal de 4 a20 mA. Transmissores a quatro fios podem incorporar reles de alarme.

Esta a tcnica mais antiga, ainda empregada, principalmente nos instrumentosque requerem potncias relativamente elevadas. Sua desvantagem o maior custo de instala-o, pois requer fiaes independentes para a alimentao e para o sinal.

H tambm a questo da segurana, pois expem o pessoal de manuteno a ten-ses potencialmente perigosas, e no permite o emprego da tcnica da segurana intrnseca.Alm disto, uma inverso entre a fiao de alimentao e de sinal pode causar danos graves.

7.3.2 Alimentao a Dois Fios

Nos instrumentos a dois fios, de baixo consumo de energia, a alimentao propor-cionada pelo prprio sinal de 4 a 20 mA. A tenso nominal de alimentao de 24 volts,corrente contnua.

Para emprego em reas classificadas os transmissores podem ser intrinsecamenteseguros. Normalmente se exige que a sada de corrente do transmissor seja isoladagalvanicamente.

Isto evita problemas quando a malha apresentar mais de um ponto de aterramento,como no caso de termopares aterrados no poo. No estando disponvel sada isolada, umisolador galvnico pode ser instalado separadamente.

importante observar que a impedncia dos receptores conectados ao transmissor,somados dos cabos, no pode ultrapassar o valor mximo especificado pelo fabricante, sobpena de falsear o sinal de sada.

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7.3.3 Alimentao a Trs Fios

Pouco empregada, a alimentao a trs fios um artifcio que permite que instru-mentos com exigncias de potncia maiores que aquela disponvel no sistema a dois fiossejam alimentados com uma fonte "padro" de 24 volts, do tipo empregado nos sistemas a doisfios.

Um exemplo so alguns detectores de gases inflamveis.

A conexo efetuada como na figura 7.2 ou na figura 7.3.

~

}k------4-20 mA+ protocolo

FIGURA 7.2 Alimentao a trs fios com fonte na sala de controle. Cortesia: Driger

24V

Sinal de 4 - 20 mA+ protocolo

FIGURA 7.3 Alimentao a trs fios com fonte no campo.

7.4.PROTEOConforme descrito no captulo 8, os transmissores podem ou no apresentar prote-

o para utilizao em uma rea classificada, alm da proteo segundo a classificao LP.

306 CAPITULO 7 - TRANSMISSORES

Alguns transmissores fabricados em larga escala, como os das figuras 7.5, 7.6 e 7.7, sodisponibilizados apenas em verso Ex certificada, e elevado grau de proteo I.P. Outros, comoo da figura 7.4, para emprego em condies menos severas, apresentam custo bem menor.

FIGURA 7.4 Transmissores para uso em condies pouco severas

Os transmissores so normalmente providos de ferragens para montagem em pe-destal de duas polegadas ou sobre uma superfcie. Eventualmente pode ser possvel a monta-gem em painel.

7.5. A INDICAO LOCAL

Os transmissores podem ser cegos (sem indicao local), ou dotados de indicaolocal analgica ou digital. Os trs tipos so vistos na figura 7.5.

FIGURA 7.5 A partir da esquerda, transmissor cego, com indicao analgica e comindicao digital.

Muitos transmissores cegos, como o da figura 7.5, podem facilmente receber ummdulo indicador local. Outros, como os da figura 7.4, no permitem o acrscimo de umindicador.

A tendncia atual de operar as unidades industriais sem manter pessoal no campo,aliada facilidade da comunicao digital remota, favorece o emprego dos transmissores cegos.

Uma desvantagem da indicao digital.ipara visualizao rpida e aproximada nocampo, que ela no proporciona a visualizao "posicional" de um ponteiro. Torna tambmmuito difcil avaliar a rapidez com que uma varivel est mudando.

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Este problema foi resolvido conjugando se indicao digital numrica um bar graf,como no transmissor visto a direita da figura 7.5. Outras informaes podem tambm serapresentadas. Os indicadores locais digitais empregam usualmente LEDS(diodos emissoresde luz) ou cristais lquidos.

Os primeiros so de visualizao difcil sob luz intensa, enquanto que os segundospodem sofrer danos sob incidncia prolongada de radiao solar. Quando estas situaespossam ocorrer, os fabricantes devem ser consultados, e devem ser tomados os cuidados reco-mendados.

7.6. CONEXO AO SENSOR OU TRANSDUTOR

O senso r pode estar localizado a uma certa distncia (geralmente pequena) dotransmissor, ou pode estar acoplado diretamente ao mesmo, como o caso do poo de termoparda figura 7.6.

FIGURA 7.6 Termopar em poo, acoplado diretamente a um trcsmissor de temperatura.Cortesia: Yokogawa.

A possibilidade de realizao deste tipo de montagem depende do posicionamentofsico, que no deve impedir a visualizao do indicador local, e do limite mximo de tempe-ratura admissvel para o transmissor. Nos transmissores de presso como o da figura 7.7, osensor se encontra no interior do corpo do transmissor, que montado diretamente sobre omanifold.

FIGURA 7.7 Transmissor de presso com sensor interno. Cortesia: Yokogawa.

308 CAPITULO 7 - TRANSMISSORES

7.7. SINAIS DE SADA

Alm do j citado sinal de corrente de 4 a 20 mA, corrente contnua, mantido athoje, a faixa de 10 a 50 mA foi introduzida por um fabricante, mas no frutificou, e foi logoabandonada. A faixa de O a 20 mA empregada na Alemanha e em alguns outros pases. No usada entre ns, e apresenta desvantagens. No compatvel com instrumentos a dois fios,pois impossvel alimentar um transmissor com corrente zero, ou muito prxima de zero.Alm disto no tem "zero vivo", no permitindo distinguir entre um valor da varivel no incioda faixa e uma falha geral do sistema.

Muitos receptores requerem sinal de entrada de 1 a 5 volts, corrente contnua, o quese obtm facilmente circulando a corrente de 4 a 20 mA por um resistor padro de 250 ncomo na figura 7.8.

H 1-5V 1[4-20mA ~

FIGURA 7.8 Converso de sinal de corrente em tenso.

Muitos transmissores modernos apresentam comunicao digital por meio de pul-sos que so superpostos ao sinal de 4 a 20 mA. Os principais protocolos de comunicaobidirecional, usando barramentos de campo, so o HA.R T., o Foundation Fieldbus e o Profibus.

~

7.8. TRANSMISSORES E CONVERSORES

Os termos transmissor e conversor so usualmente empregados como sinnimos,mas pode haver uma distino entre eles. Na medio de temperatura por meio de termopares,por exemplo, podemos levar os cabos de compensao ou extenso at a sala de controle.Neste caso no necessitamos de um transmissor com invlucro para montagem externa. Eleser instalado em um painel e freqentemente chamado de conversor. Estando j localizadona sala de controle poder apresentar sada em tenso.

As tcnicas de miniaturizao e encapsulamento permitem a fabricao deconversores que podem ser instalados no interior dos cabeotes. Neste caso preciso que atemperatura do cabeote no ultrapasse a mxima temperatura permissvel para o conversor,usualmente da ordem de 50 De a 70 De.

O conversor da figura 7.9 deste tipo, e nada mais que um transmissor cego quedeve ser montado em um invlucro que proporcione uma proteo adicional.

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FIGURA 7.9 Um conversor de temperatura para montagem em um cabeote. Cortesia: Wica.

7.9. TRANSMISSORES INTELIGENTES

No existe uma definio exata do que seja um transmissor inteligente, mas enten-de se que os transmissores inteligentes, micro processados, devem apresentar facilidadescomo a identificao, a configurao a calibrao e o diagnstico, local por meio de umcomunicador porttil do tipo conhecido como hand held, ou remota, e permitir a simplesintegrao a um sistema digital de controle.

O diagrama de blocos da figura 7.10 tpico de um transmissor de temperatura inteli-gente. A configurao abrange o tipo de senso r, o modo de conexo do mesmo (2, 3 ou 4 fios nocaso de um R.T.D.), a faixa de operao, a filtragem e a unidade de leitura/transmisso.

, .

Compensaode junta fria

FIGURA 7.10 Diagrama de blocos de um transmissor inteligente

O micro processador executa as funes de linearizao, acerto da faixa, filtragem,diagnstico e converso de unidades, alm de supervisionar a comunicao. A memria novoltil (retm informao na ausncia de alimen tao) armazena as configuraes.

A compensao de junta fria somente ativada quando o instrumento for configura-do para operar com sensor do tipo termopar.

Alm do comunicador porttil, a comunicao pode ser efetuada por meio de ummicro computador carregado com o devido programa, ou por um sistema digital de controleque suporte o protocolo utilizado.