Leitura Fundamental Instrumentação

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INSTRUMENTAÇÃO
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© 2019 POR EDITORA E DISTRIBUIDORA EDUCACIONAL S.A.
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Lopes, Giancarlo Michelino Gaeta 
L864i Instrumentação/ Giancarlo Michelino Gaeta Lopes, – 
 Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A. 2019.
 130 p.
ISBN 978-85-522-1496-0
1. Medição. 2. Indústria. I. Lopes, Giancarlo Michelino 
Gaeta. II. Título.
 CDD 620
Responsável pela ficha catalográfica: Thamiris Mantovani CRB-8/9491
2019
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3 3
INSTRUMENTAÇÃO
SUMÁRIO
Apresentação da disciplina 4
Parâmetros e terminologia de instrumentação 6
Métodos e características de medição 24
Medição de grandezas físicas em processos industriais 41
Válvulas de controle de pressão e vazão 59
Atuadores 74
Aquisição e interpretação de dados 90
Aplicações de sensores na indústria 110
44 
Apresentação da disciplina
Dentro de um processo industrial, a medição das grandezas físicas ali 
presentes é essencial para que o controle e automação do processo 
funcionem satisfatoriamente. Assim, conhecer os sensores e transdures 
que podem ser utilizados na automação, sabendo determinar qual 
tecnologia utilizar em cada aplicação, é fundamental para aquele 
profissional que trabalha na indústria. Desta forma, essa disciplina 
vem apresentar desde a terminologia e representação gráfica utilizada 
para a representação dos instrumentos de medição até os modelos 
de equipamentos que podem ser utilizados para a medição das mais 
diversas grandezas pertinentes a um processo industrial, passando 
pelos tipos de atuadores e válvulas que podem ser utilizadas para o 
controle desse processo.
O foco dos estudos da disciplina se dá sobre os equipamentos que são 
utilizados para uma medição, porém também são apresentadas noções 
de eletrônica que permitem o condicionamento de sinais de sensores, 
por exemplo. Portanto, conhecendo os tipos e tecnologias de sensores 
para as mais diversas medições, você estará apto a montar o seu próprio 
sensor e realizar a instrumentação de qualquer processo.
No decorrer da disciplina são apresentados os principais tipos de 
sensores utilizados na indústria para medição de temperatura, nível, 
pressão, força, vazão, proximidade/posição, dentre outros. Além disso, 
são apresentadas metodologias para a instalação desses sensores, bem 
como o tipo de sinais que eles podem gerar e a forma em que esses 
dados coletados podem ser visualizados dentro da automação.
É fundamental para o estudo da disciplina que você tenha uma noção 
geral da operação de uma indústria e consiga perceber como a medição 
de alguns parâmetros é obrigatória em alguns casos. Desta forma, 
você conseguirá fazer analogias entre os conceitos estudados e a sua 
aplicabilidade dentro de um sistema de controle. 
55 5
Não deixe de resolver os exercícios ao final de cada tema e consultar as 
leituras complementares, pois elas são fundamentais para o seu futuro 
profissional. Também tente resolver os problemas propostos no Teoria 
em Prática antes de assistir aos vídeos para você comparar o resultado 
que chegou com aquele apresentado na aula.
Bons estudos!
666 
Parâmetros e terminologia 
de instrumentação
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Adquirir conhecimento da terminologia básica 
relacionada à instrumentação industrial.
• Reconhecer os principais parâmetros físicos de 
processos industriais.
• Conhecer as principais classificações dos 
instrumentos.
• Identificar a simbologia associada aos 
instrumentos e equipamentos.
77 7
1. Introdução
A instrumentação utiliza-se de instrumentos que medem, indicam, 
registram, transmitem, monitoram e controlam processos industriais. 
Neste sentido, compreender os diferentes conceitos que concernem 
à instrumentação é de grande relevância estratégica, pois, segundo 
Amaral (2012), permitem, entre outras características:
• Otimizar processos; 
• Incrementar e controlar a qualidade de produtos de forma mais 
econômica e rápida; 
• Aumentar a produção; 
• Reduzir nocividades ao meio ambiente; 
• Substituir o trabalho humano em tarefas repetitivas ou perigosas.
Neste estudo serão abordados os principais parâmetros físicos 
envolvidos no processo de controle industrial. Também serão expostas 
a terminologia e simbologia básica utilizada em instrumentação.
2. Parâmetros físicos
Formalmente, um parâmetro, ou grandeza física, pode ser definido 
como a “propriedade de um fenômeno, de um corpo ou de uma 
substância que pode ser expressa quantitativamente sob a forma de 
um número e de uma referência” (INMETRO, 2012, p.2). Tais parâmetros 
físicos possuem normalmente um valor numérico, uma indeterminação 
e uma unidade. Por exemplo, uma temperatura pode ser indicada 
por 500 ± 3 °C e uma pressão pode ser denotada como 200 ± 2 bar 
(FIALHO, 2010). Em todos os processos industriais, conhecer e controlar 
parâmetros físicos como pressão, vazão, temperatura, nível, pH, 
condutividade, velocidade, umidade, dimensão, concentração de gases 
e massa são altamente desejáveis, ou até mesmo indispensáveis.
88 
ASSIMILE
Conhecer a indeterminação da grandeza física é de extrema 
importância em processos que exigem grande precisão. 
Neste caso, é necessária a adoção de equipamentos 
especiais. Por exemplo, em medições de dimensão, o uso 
de um paquímetro pode ser preferível ao uso de uma régua 
ou trena. Por sua vez, um micrômetro pode ser preferível 
a um paquímetro. Outro exemplo seria a adoção de uma 
balança analítica para a medição de massa em casos em que 
a precisão de uma balança semianalítica não é suficiente.
Nas indústrias, os parâmetros físicos são normalmente denominados 
variáveis de processo. Os instrumentos que verificam e controlam 
as variáveis permitem mantê-las constantes, objetivando o aumento 
de produção, a melhor qualidade e a diminuição dos riscos. Uma 
possível classificação dessas variáveis é de acordo com relação a suas 
características físicas, conforme (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2011):
• Variáveis térmicas: associadas às características dependentes 
da energia térmica do material. Por exemplo: temperatura, 
entropia, calor específico;
• Variáveis de força: associadas com modificações dos corpos 
em relação ao movimento (ou repouso). Por exemplo: peso, 
momento de torque, pressão, vácuo;
• Variáveis de radiação: associadas aos fenômenos de absorção, 
emissão, propagação e reflexão, energia no espaço, em materiais 
ou de forma corpuscular. Por exemplo: radiações nuclear e 
eletromagnética, raios X, raios cósmicos;
• Variáveis de quantidade: associadas à porção de material 
presente em determinado momento ou entre limites 
particulares. Por exemplo: massa a uma gravidade local, 
mols de material, volume;
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• Taxa de variáveis: associadas ao afastamento ou à aproximação 
de um material em relação a uma referência ou à repetição de um 
evento. Por exemplo: vazão de um fluido, aceleração, vibração 
mecânica, frequência, velocidade angular;
• Variáveis de propriedades físicas: como o próprio nome 
diz, estão associadas às características físicas do material, 
com exceção de quando se referem à composição química 
ou massa. Por exemplo: dureza, densidade, viscosidade, 
características estruturais;
• Variáveis elétricas: associadas às características de eletricidade. 
Por exemplo: corrente, tensão, impedância, indutância, capacitância;
• Variáveis de composição química: associadas ao exame de 
substâncias químicas, bem como de suas propriedades. Por 
exemplo: análise quantitativa de CH4, NOx, CO2, pH, solventes.
3. Classificação dos instrumentos
Segundo o Vocabulário Internacional de Metrologia (INMETRO, 2012), 
um instrumento de medição consiste em um dispositivo designado 
para efetuar medições, de forma individual ou em conjunto com 
outros dispositivos. Um instrumento de medição pode ser um 
sistema eletrônico, mecânico ou eletromecânico, que abrange um 
ou mais sensores (ou um ou mais transdutores) a dispositivos com 
funções específicas de processamento de determinada variável 
(BALBINOT; BRUSAMARELLO, 2011).
Há diferentes métodos de classificação de instrumentos. Uma sugestão 
é sua classificação por:
• Localização;
• Função;
• Tipo de sinal.
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3.1 Localização
Em relação à localização, os instrumentos podem ser classificados em 
2 categorias:
• Instrumentos de painel ou uso interno;
• Instrumentos de campo ou uso externo.
3.2 Função
Para que seja realizada uma tarefa específica, pode ser necessária 
a combinação de diferentes instrumentos. A composição dos 
instrumentos é denominada malha e seus instrumentos são 
classificados de acordo com a função exercida (VIANA, 1999).
As diferentes funções que proporcionam o funcionamento de uma 
malha de forma esperada são executadas por instrumentos para 
controle de processos (ALVES, 2017). Segundo Alves (2017) e NBR 8190 
(ABNT, 1983), de acordo com a função desempenhada, os instrumentos 
mais comumente encontrados numa malha de controle são:
• Elemento primário, sensor ou detector: parte de uma malha ou 
de um instrumento que primeiro percebe o ambiente e pelo qual 
pode-se detectar as modificações do valor da variável de processo;
• Transmissor: dispositivo que percebe uma variável por meio de um 
elemento primário e produz uma saída no instrumento receptor de 
valor geralmente proporcional ao valor da variável de processo;
• Indicador: dispositivo que mostra o valor de uma variável de 
processo, sem interferir no processo;
• Registrador: dispositivo que armazena os valores de uma 
variável de processo de forma digital ou gráfica;
• Controlador: dispositivo cuja função é manter uma variável 
de processo em um valor predeterminado. O dispositivo 
geralmente compara os valores medidos e predeterminado e, 
baseado na diferença, envia um sinal para corrigir a variável 
manipulada até que a diferença seja nula;
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1111 11
• Unidade aritmética: dispositivo que efetua operações nos 
sinais de entrada baseado em expressões e gera uma saída 
que exprime o resultado da operação;
• Integrador: dispositivo que integra quantidades medidas em 
relação ao tempo e indica o valor resultante;
• Conversor: dispositivo que gera uma saída padronizada, 
diferente do sinal de entrada;
• Elemento final de controle: dispositivo que modifica o valor de 
uma variável de processo, levando-o ao valor desejado. Válvulas 
são os exemplos mais comuns desse tipo;
• Chave: dispositivo que conecta, desconecta ou transfere 
circuitos de forma automática ou manual. Sua saída pode ser 
usada para atuar alarmes, lâmpadas-piloto, intertravamento ou 
sistema de segurança.
PARA SABER MAIS
Controladores lógicos programáveis (CLPs) integram 
algumas das funcionalidades descritas acima e são 
muito utilizados por sua robustez e praticidade. Esses 
dispositivos possuem entradas e saídas (analógicas ou 
digitais), memória, unidade de processamento, visores, 
permitem comunicação, entre outras vantagens. Há 
diferentes formas de programá-los, entre elas linguagens 
textuais – lista de instruções (IL) e texto estruturado 
(ST) – e linguagens gráficas – de blocos funcionais (FBD), 
diagrama sequencial (SFC ou Grafcet) e diagrama de 
escada (Ladder). Normalmente, cada fabricante permite a 
utilização de algumas delas.
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1212 
3.3 Tipo do sinal
Os principais tipos de sinais transmitidos em processos de instrumentação 
resumem-se em pneumático, hidráulico, elétrico analógico e digital, 
conforme apresentado em Viana (1999) e Amaral (2012).
Tipo pneumático
Em um instrumento do tipo pneumático, a pressão de um gás 
comprimido é modificada com o objetivo de atender ao valor a ser 
representado. A variação da pressão do gás é realizada de forma 
linear em uma faixa específica, padronizada internacionalmente, para 
representar a variação de uma grandeza partindo de seu limite inferior 
até atingir seu limite superior. As principais vantagens e desvantagens 
desse sinal encontram-se no Quadro 1.
Quadro 1 – Vantagens e desvantagens do tipo de sinal pneumático.
Vantagens Desvantagens
Pode-se operar 
com segurança 
em áreas de risco 
de explosão (centrais 
de gás ou refinarias 
de petróleo, 
por exemplo). 
Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro 
gás) para seu funcionamento e suprimento.
Equipamentos auxiliares como compressor, filtro, desumidificador 
e unidade de tratamento são necessários para o fornecimento 
de ar seco e sem partículas sólidas aos instrumentos.
Não pode ser enviado à longa distância (acima de 100 
m) devido ao atraso que ocorre na transmissão do 
sinal, tornando necessário o uso de reforçadores.
Há uma dificuldade na detecção de vazamentos ao longo 
da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos.
Não permite conexão direta a computadores.
É um fluido compressível.
Fonte: Baseado em Viana (1999) e Amaral (2012).
Tipo hidráulico
Em um instrumento do tipo hidráulico, a variação de pressão exercida 
em óleos hidráulicos é utilizada para transmitir o sinal. Esse tipo de sinal 
é especialmente solicitado em aplicações onde é necessário um torque 
elevado ou quando o processo envolve pressões elevadas. As principais 
vantagens e desvantagens desse sinal encontram-se no Quadro 2.
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1313 13
Quadro 2 – Vantagens e desvantagens do tipo de sinal hidráulico
Vantagens Desvantagens
Podem acionar 
equipamentos de grande 
peso e dimensão.
Possuem resposta rápida.
Fluido incompressível.
Tubulações de óleo para transmissão 
e suprimento são necessárias.
Necessita de troca e inspeção periódica do nível de óleo.
Equipamentos auxiliares, tais como reservatório, 
filtros e bombas são necessários.
Fonte: Baseado em Viana (1999) e Amaral (2012).
Tipo elétrico analógico
Em um instrumento do tipo elétrico analógico, o sinal é linearmente 
modulado em uma faixa padronizada de corrente ou tensão, 
representando o conjunto de valores de uma variável partindo de seu 
limite inferior até atingir seu limite superior. As principais vantagens e 
desvantagens desse sinal encontram-se no Quadro 3.
Quadro 3 – Vantagens e desvantagens do tipo de sinal elétrico analógico
Vantagens Desvantagens
Permite transmissão para longas distâncias 
sem atenuações.
A alimentação de instrumentos pode ser feita 
pelos próprios condutores que levam o sinal 
de transmissão.
Necessita de poucos equipamentos auxiliares.
Permite fácil conexão aos computadores.
Fácil implantação de circuitos para a realizaçãode operações matemáticas.
Instalações localizadas em áreas 
de riscos exigem a utilização de 
instrumentos e cuidados especiais.
É necessária proteção dos cabos 
de sinal contra ruídos elétricos.
Fonte: Baseado em Viana (1999) e Amaral (2012).
Tipo elétrico digital
Em um instrumento do tipo elétrico digital, o sinal correspondente 
a informações sobre a variável medida ou relacionadas ao processo 
são enviados para uma estação receptora através de sinais digitais 
modulados e padronizados, utilizando protocolos de comunicação 
(por exemplo Hart, Fieldbus, Profbus, Modbus e CAN). As principais 
vantagens e desvantagens desse sinal encontram-se no Quadro 4.
1414 
 Quadro 4 – Vantagens e desvantagens do tipo de sinal elétrico digital
Vantagens Desvantagens
Pode utilizar diferentes meios (cabos 
elétricos, fibra óptica, wireless) 
para a transmissão dos dados.
É relativamente imune a ruídos externos.
Permite diferentes configurações, 
identificação de falhas e reparos 
em qualquer ponto da malha.
Existência de vários protocolos e 
tecnologias no mercado, dificultando 
a comunicação entre equipamentos 
de marcas diferentes.
No caso de rompimento no cabo de 
comunicação sem redundância, pode-se 
perder a informação ou controle de malha.
Fonte: Baseado em Viana (1999) e Amaral (2012).
4. Terminologia e simbologia dos instrumentos
A norma NBR 8190, elaborada pela Associação Brasileira de Normas 
Técnicas (ABNT, 1983), apresenta uma simbologia gráfica para 
representar os instrumentos e suas funções nas malhas de controle 
e instrumentação (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2011). Conhecer tal 
simbologia é importante, pois permite a identificação de todos os 
instrumentos presentes em um sistema quando analisamos o seu 
diagrama. Segundo essa norma, a identificação funcional de cada 
instrumento ocorre primariamente por um conjunto de letras para 
classificá-lo funcionalmente. O significado de cada letra pode ser 
observado no Quadro 5.
Quadro 5 – Identificação funcional de cada instrumento
Le
tr
as
Primeira letra Letras subsequentes
Variável medida 
ou inicial Modificadora
Função de 
Informação 
ou passiva
Função Final Modificadora
A Analisador - Alarme - -
B Chama de queimador - Indefinida Indefinida Indefinida
C Condutividade Elétrica - - Controlador -
1515 15
D
Densidade ou 
massa 
específica
Diferencial - - -
E Tensão elétrica - Elemento primário - -
F Vazão Razão (fração) - - -
G Medida dimensional - Visor - -
H Comando manual - - - Alto
I Corrente elétrica - Indicador - -
J Potência Varredura ou seletor - - -
L Nível - Lâmpada piloto - Baixo
M Umidade - - - Médio
N Indefinida - Indefinida Indefinida Indefinida
O Indefinida - Orifício de restrição - -
P Pressão ou vácuo -
Ponto 
de teste - -
Q Quantidade ou evento
Integrador ou 
totalizador - - -
R Radioatividade - Registrador - -
S Velocidade ou frequência Segurança - Chave -
T Temperatura - - Transmissor -
U Multivariável - Multifunção Multifunção Multifunção
V Viscosidade - - Válvua -
W Peso ou força - Poço - -
X Não classificada - Não classificada
Não 
classificada
Não 
classificada
Y Indefinida - - Relé ou computação -
Z Posição - -
Elemento final 
de controle não 
classificado
-
Fonte: ABNT (1983, p. 53).
1616 
Conforme o Quadro 5, a primeira letra de identificação está relacionada 
à variável medida pelo instrumento. Por exemplo, E indica tensão 
elétrica, F indica vazão e M indica umidade. A primeira letra pode estar 
acompanhada de uma modificadora, que pode ser diferencial (D), 
Razão/Fração (F), Varredura do seletor (J), Integrador/Totalizador (Q) ou 
Segurança (S). As letras subsequentes indicam, nesta ordem, a função de 
informação ou passiva e a função final. Esse par de letras também pode 
ser acompanhado de uma letra modificadora.
Adicionalmente, pode-se seguir um número para identificar a malha 
a qual determinado instrumento pertence e, se há mais de um 
instrumento com a mesma função em uma mesma malha, adota-se um 
sufixo. O Quadro 6 mostra um exemplo dessa notação.
Quadro 6 – Exemplo do uso da identificação funcional 
de um instrumento
I IC 1 A
Primeira letra 
(passível de uma 
segunda letra 
modificadora)
Letras subsequentes Número da malha Sufixo (opcional)
Identificação funcional Identificação da malha
Fonte: Elaborado pelo autor baseado em ABNT (1983, p.6).
O instrumento no exemplo do Quadro 6 representa um controlador e 
indicador de corrente elétrica, localizado na malha 1. Nessa malha há 
mais de um instrumento desse tipo, por isso foi necessário o acréscimo 
do sufixo A após o número da malha.
Além da identificação por letras e números quanto à funcionalidade 
do instrumento, há diferentes símbolos utilizados. Para linhas de 
instrumentos, adota-se a referência apresentada na Figura 1.
1717 17
Figura 1 – Símbolo dos sinais de instrumentação.
Fonte: Alves (2017, p. 17).
Além disso, diagramas de Piping and Instrumentation (P&I) são 
amplamente utilizados para ilustrar as etapas em um processo de 
instrumentação, descrevendo os elementos de medida utilizados, 
tipos de controle e interconexão com o processo propriamente 
dito (ROURE, 2018).
ou
1818 
Pela convenção da norma Instrumentation Symbols and Identification (ISA) 
-S5.1 (ANSI, 2009), o formato do símbolo (círculo, círculo com quadrado, 
hexágono, losângulo com quadrado) identifica o tipo de instrumento. 
Por sua vez, de acordo com os elementos internos do símbolo, é possível 
determinar sua localização, como mostra a Figura 2.
Figura 2 – Símbolos gerais de instrumentos
Fonte: Alves (2017, p.18).
A identificação do instrumento por letras e números 
convencionalmente situa-se internamente dos símbolos de P&I. Por 
exemplo, um transmissor de densidade conectado externamente na 
malha 3 se simboliza tal qual na Figura 3.
1919 19
Figura 3 – Exemplo de símbolo de instrumento externo
DT
3
Fonte: Elaborada pelo autor.
Por outro lado, um registrador de densidade localizado no painel é 
simbolizado como na Figura 4.
Figura 4 – Exemplo de símbolo de instrumento interno.
DR
3
Fonte: Elaborada pelo autor.
Nesses exemplos foi possível verificar a utilização da terminologia 
e simbologia básica de instrumentação. Além disso, nessa leitura 
fundamental foram apresentadas as principais classificações de 
instrumentos (quanto à localização, função e tipo de sinal). Não 
obstante, verificou-se a importância de parâmetros físicos em 
processos industriais e sua classificação quanto às características 
físicas, mostrando a relevância da instrumentação dentro de um 
processo industrial.
TEORIA EM PRÁTICA
Considere que você foi recém contratado para ser o 
responsável pelo sistema de automação de uma indústria 
química. A sua primeira tarefa é realizar a manutenção em 
uma malha de controle de pressão, que possui o diagrama 
conforme o apresentado na Figura 5.
2020 
Figura 5 – Malha de controle de pressão industrial.
Fonte: Adaptada de Trierweiler (S.N., p.9).
Para que consiga prestar a manutenção, você deve 
conhecer todos os dispositivos que integram essa malha 
de controle. Quais são os dispositivos presentes nessa 
automação? Qual a instrumentação utilizada? Como é feita 
a ligação desses dispositivos?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Diferentes parâmetros físicos podem estar envolvidos 
em um processo de controle industrial. De acordo com 
Balbinot e Brusamarello (2011), assinale a alternativa 
que relaciona corretamente o tipo de variável com 
seu exemplo:
a. Térmica – entropia
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2121 21
b. Força – dureza
c. Quantidade – densidade
d. Composição química – raios X
e. Elétricas – frequência
2. Os instrumentos podem ser classificados em relação ao 
tipo de sinal transmitido, sendo os sinais pneumático, 
hidráulico, elétrico e digital os principais entre eles. 
Das alternativas a seguir, qual representa uma 
desvantagem do tipo de sinal digital?
a. Possibilidade de transmissão de dados por 
diferentes meios.
b. Existência de diferentes protocolos no mercado.
c. Possibilidadede diferentes configurações do 
instrumento.
d. Sensibilidade a ruídos relativamente alta.
e. Necessidade de tubulações com fluidos.
3. A NBR 8190 propõe uma norma para a identificação 
de instrumentos, que é considerada o padrão na 
indústria. Qual seria a nomenclatura de um registrador 
controlador de umidade localizado na malha 2?
a. RCU2.
b. U2CR.
c. 2RCU.
d. MRC2.
e. M2RC.
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Destacar
truck
Destacar
2222 
Referências bibliográficas
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http://www.unifieo.br/files/20134249941.pdf. Acesso em: 02 mar. 2019.
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producao.ufrgs.br/arquivos/disciplinas/492_pei_3.pdf. Acesso em 08 mar. 2019.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: A
Dureza se refere a variáveis de propriedades físicas, bem 
como densidade (portanto, (b) e (c) estão erradas). Raios X se 
enquadram na categoria variáveis de radiação na classificação 
apresentada. Frequência se refere a uma taxa de variável, não a 
uma propriedade elétrica. Entropia é uma variável térmica, de tal 
forma que a leta (a) é a correta.
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral/instrumentacao-industrial/2%20-%20Simbologia.pdf/view
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral/instrumentacao-industrial/2%20-%20Simbologia.pdf/view
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral/instrumentacao-industrial/2%20-%20Simbologia.pdf/view
https://www.academia.edu/29405724/Instrumentation_Symbols_and_Identification
https://www.academia.edu/29405724/Instrumentation_Symbols_and_Identification
https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-guia-completo/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-guia-completo/
http://www.producao.ufrgs.br/arquivos/disciplinas/492_pei_3.pdf
http://www.producao.ufrgs.br/arquivos/disciplinas/492_pei_3.pdf
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2323 23
Questão 2 – Resposta: B
As letras (a) e (c) indicam vantagens do sinal digital. A letra (d) 
não é uma verdade sobre o sinal digital, que na realidade é 
relativamente imune a ruídos. A letra (e) é uma desvantagem 
dos sinais pneumáticos e hidráulicos. A alternativa (b) de fato 
representa uma desvantagem dos sistemas digitais, pois a 
existência de diferentes protocolos dificulta a comunicação entre 
equipamentos de marcas diferentes.
Questão 3 – Resposta: D
A primeira letra da nomenclatura indica a variável controlada pelo 
instrumento, umidade nesse caso que é representada pela letra M. 
Em seguida, a função de informação (registrador, R) e a função final 
(controlar, C). Após a indicação funcional, acrescenta-se a indicação 
de malha. Portanto, a letra (d) é a alternativa correta.
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Métodos e características 
de medição
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Reconhecer os fatores envolvidos em 
processos de medição;
• Tomar conhecimento das principais unidades 
internacionais de medida;
• Definir os principais métodos de medição;
• Compreender a caracterização metrológica 
de sistemas de medição.
2525 25
1. Introdução
O processo de medição pode ser definido como a aquisição experimental 
do valor momentâneo de uma grandeza física (mensurando), envolvendo 
a comparação de grandezas com um padrão ou a contagem de entidades 
(INMETRO, 2012; ALBERTAZZI; SOUZA, 2008). Assim, é possível afirmar 
que medir traz grandes vantagens como a possibilidade de monitorar 
grandezas, controlá-las e ainda investigar novos fenômenos. Quanto 
mais rápidas, precisas e exatas forem as medições, maior o poder de 
controle sobre processos e maior a eficiência.
Neste estudo serão abordados os fatores envolvidos no ato de medir e 
os principais métodos de medição. Também serão expostas as principais 
características metrológicas de sistemas de medição.
2. Sistema internacional de unidades
Muito antes da existência de instrumentação industrial, a preocupação 
em medir já fazia parte da humanidade, mas apenas a partir do 
século XVIII começou-se a adotar um sistema padronizado de pesos 
e medidas a fim de evitar fraudes e promover o desenvolvimento 
científico (LIRA, 2014). Em 1799, a Academia de Ciência da França 
apresentou o Sistema Métrico Decimal, que inicialmente consistia de 
três unidades básicas: o metro, o quilograma e o segundo. O avanço 
na ciência e tecnologia causou a necessidade de medições mais 
precisas e diversificadas, culminando no Sistema Internacional de 
Unidades (SI), mundialmente aceito nas relações internacionais, no 
ensino e na ciência (INMETRO, 2012).
O SI é baseado em 7 unidades principais: comprimento, massa, 
tempo, corrente elétrica, temperatura, quantidade de substância e 
intensidade luminosa. As unidades e definições correspondentes são 
mostradas na Tabela 1.
2626 
Tabela 1 – Unidades de base do Sistema Internacional de Unidades
Grandeza Unidade Símbolo Definição
Comprimento metro m
Comprimento do trajeto percorrido 
pela luz no vácuo durante o tempo 
de 1/299.792.458 de segundo.
Massa quilograma ou kilograma kg
Massa do protótipo internacional 
do quilograma.
Tempo segundo s
Duração de 9.192.631.770 períodos da 
radiação correspondentes à transição 
entre os dois níveis hiperfinos do estado 
fundamental do átomo de césio 133.
Corrente elétrica ampere A
Intensidade de uma corrente elétrica 
constante mantida em dois condutores 
paralelos, retilíneos, de comprimento 
infinito, seção circular desprezível, 
situados à distância de 1 metro entre 
si, no vácuo, produz entre estes 
condutores uma força igual a 2 x 10-7 
newton por metro de comprimento.
Temperatura 
termodinâmica kelvin K
Fração 1/273,16 da temperatura 
termodinâmica do ponto triplo da água.
Quantidade de 
substância mol mol
Quantidade de substância de um 
sistema que contém tantas entidades 
elementares quantos átomos existem 
em 0,012 kilograma de carbono 12.
Intensidade 
Luminosa candela cd
Intensidade luminosa numa dada 
direção, de uma fonte que emite uma 
radiação monocromática de frequência 
540 x 1012 hertz e que tem uma 
intensidade radiante nessa direção 
de 1/683 watt por esferorradiano.
Fonte: Adaptada de INMETRO, 2013b, p. 2.
PARA SABER MAIS
As unidades de base do SI, bem como as unidades 
derivadas e fora do SI, podem ser encontradas a partir 
do documento Unidades Legais de Medidas (INMETRO, 
2013a). O documento também apresenta os múltiplos 
e submúltiplos decimais das unidades, além de regras e 
símbolos associados às grandezas.
2727 27
3. Processo de medição
O processo de medição envolve um conjunto de métodos e meios: adefinição do mensurando, o procedimento de medição, as condições 
ambientais, o operador e o sistema de medição (Figura 1). Dessa forma, 
é possível afirmar que a confiabilidade de um resultado de medição 
depende desses fatores e de como eles foram levados em consideração 
durante a realização de uma medida.
Figura 1 – Fatores envolvidos no processo de medição
Fonte: Elaborada pelo autor baseada em (ALBERTAZZI; SOUSA, 2008, p. 169).
Esses elementos possuem uma grande importância para a medição 
e podem ser determinantes para caracterizar e diferenciar um bom 
processo de medição de um ruim. A importância de cada um desses 
elementos está elencada a seguir (ALBERTAZZI; SOUZA, 2008):
• Definição do mensurando: para que o resultado de uma 
medição esteja de acordo com a grandeza que se deseja 
mensurar, a definição do mensurando deve ser específica e 
enunciada de forma clara. Exemplo: ao se medir velocidade, 
especificar se se trata de velocidade mínima, máxima, média, 
instantânea, entre outros.
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• Procedimento de medição: a preparação da medição, o 
planejamento da sequência de operações, a quantidade de 
amostras a serem tomadas, os cálculos envolvendo a medição, 
entre outros, pode otimizar o processo de medição e permitir que 
outro operador reproduza o procedimento. Exemplo: ao planejar a 
medição, o operador percebe a falta de algum componente ou que 
inverter a ordem de certos procedimentos pode agilizar a medição.
• Condições ambientais: medições em diferentes condições 
ambientais podem influenciar no resultado de medição. Exemplo: 
a mudança de temperatura do ambiente pode dilatar ou contrair o 
mensurando, e também modificar o sistema de medição.
• Operador: saber usar corretamente os sistemas de medição, as 
formas de operar os instrumentos e o cuidado ao realizar uma 
medição podem influenciar grandemente nos resultados da 
medida. Além das habilidades de operação, as condições físicas 
do operador também podem influenciar. Exemplo: se o operador 
está cansado, sua acuidade visual e concentração diminuem, em 
especial quando estiver operando um instrumento analógico.
• Sistema de medição: como normalmente os sistemas de 
medição são calibrados em laboratório, diferentemente das 
condições normais de uso, erros sistemáticos e aleatórios 
advém de sua utilização.
Os elementos apresentados podem ser fonte de incerteza para 
o resultado em maior ou menor grau. É importante que os 
erros sistemáticos sejam reduzidos ao máximo pelo controle e 
compensação deles.
Quando se trata de sistemas de medição, três elementos são comuns à 
maioria deles: transdutor (ou sensor), unidade de tratamento de sinal e 
um dispositivo mostrador (ou registrador) (ALBERTAZZI; SOUSA, 2008), 
como visto na Figura 2.
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Figura 2 – Elementos comuns a sistemas de medição
Fonte: Elaborada pelo autor baseada em (ALBERTAZZI; SOUSA, 2008, p. 99).
O transdutor é o elemento do sistema que está em contato com 
a grandeza a ser medida, gerando um valor proporcional ao 
mensurando. O sinal de saída do transdutor normalmente necessita 
de condicionamento.
A unidade de tratamento de sinais é responsável pela amplificação do 
sinal obtido no transdutor. Ela também pode realizar o processamento e 
o tratamento do sinal (como, por exemplo, filtrar).
O dispositivo mostrador é responsável pela tradução do sinal em 
forma tangível ao usuário de forma analógica ou digital. Nos casos 
em que a variação do mensurando ocorre muito rápida são utilizados 
registradores que apresentam de forma gráfica a medição do sinal.
4. Métodos de medição
Os métodos de medição podem ser classificados em: método por 
indicação (ou deflexão); método por comparação (ou zeragem) e 
método diferencial. A ideia geral deles é encontrar “o número de vezes 
em que a unidade de medição está contida dentro do mensurando” 
(ALBERTAZZI; SOUSA, 2008, p.91).
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Os sistemas baseados no método de indicação mostram de forma 
visual e proporcional o valor do mensurando. Comumente esses 
sistemas incrementam mostradores digitais ou produzem deflexão 
em ponteiros (sugerindo o nome alternativo ao método de indicação). 
Exemplo: termômetro de bulbo.
Por outro lado, os sistemas baseados no método de comparação 
utilizam um artefato de referência para comparar com o mensurando. 
Esse método utiliza medidas materializadas de valor conhecido e um 
comparador: quando o comparador indica diferença zero entre o 
mensurando e a medida materializada, o valor da medida materializada 
é o resultado da medição. Exemplo: balança de prato. Uma variação 
desse método é o método de medição por substituição, em que o 
mensurando é substituído por um elemento de valor conhecido e que 
cause no sistema de medida o mesmo efeito do mensurando.
Além disso, sistemas baseados no método diferencial combinam 
características da zeragem e da deflexão: uma medida materializada é 
utilizada para comparação com o mensurando. A saída da diferença do 
comparador é então mostrada ao usuário pelo método da indicação.
A Tabela 2 compara diferentes características desses 3 métodos 
de medição.
Tabela 2 – Comparação dos métodos de medição de acordo com 
algumas características
Característica Comparação Indicação Diferencial
Velocidade 
de medição Muito lento Muito rápido Rápido
Possibilidade 
de medição 
computadorizada
Muito difícil Muito fácil Muito fácil
Incerteza e sua 
estabilidade 
com o tempo
Muito estável Instável Estável
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Custo Elevado Moderado a elevado Moderado
Principal local 
de utilização
Laboratórios de 
calibração
Industrias de 
pequeno e 
médio porte
Industrias de 
grande porte
Fonte: Adaptada de ALBERTAZZI; SOUSA, 2008, p. 98.
Os métodos de medição ainda podem ser classificados em medição 
direta ou indireta. Em uma medição direta, o próprio sistema de 
medição indica o valor do mensurando. Exemplos: a utilização de uma 
régua para medir o comprimento de uma borracha ou de uma balança 
para medir a massa de um objeto.
Em uma medição indireta, medidas referentes a diferentes 
características dos mensurandos são utilizadas como termos de cálculos 
matemáticos. Como neste método não é necessário o contato com o 
mensurando, é frequentemente usado em situações em que a medição 
direta seria difícil ou perigosa. Exemplo: a determinação de resistência 
de um componente pela razão entre queda de tensão sobre ele e a 
corrente que passa por ele ou o volume de um paralelepípedo pela 
multiplicação da altura pelo comprimento e pela profundidade.
5. Caracterização metrológica de sistemas 
de medição
O comportamento e o desempenho de sistemas de medição 
podem ser descritos em um conjunto de parâmetros denominados 
características metrológicas (ALBERTAZZI; SOUSA, 2008). Essas 
características podem ser estáticas ou dinâmicas, e diferentes autores 
discorrem sobre elas (INMETRO, 2012; BALBINOT; BRUSAMARELLO, 
2011; ALVES, 2017; FRANCHI, 2015; AGUIRRE, 2013; CARR; BROWN, 
2001). O conhecimento delas é essencial ao profissional que trabalha 
com instrumentação e serve como base aos estudos seguintes da 
disciplina. Desta forma, estão elencadas a seguir as características 
metrológicas pertinentes à instrumentação:
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Faixa de indicação: valores contidos entre limites que o instrumento 
pode indicar (caso a indicação seja analógica) ou o número de dígitos 
que um indicador pode mostrar (caso a indicação seja digital). Exemplo: 
uma régua comum possui faixa de indicação de 0 a 30 cm ou um 
mostrador de 0 a 99 possui faixa de indicação de 2 dígitos.
Faixa nominal: valores contidos entre duas indicações extremas obtidos 
a partir do posicionamento de comandos de um sistema de medição. 
Exemplo: a seleção em um voltímetro de faixas de -2 a 2 V ou -20a +20 V.
Faixa de medição: valores que podem ser medidos por um 
instrumento, mostrando a sua capacidade. Exemplo: sensor de 
temperatura que detecta variações de 1 a 20 ºC.
A faixa de indicação e de medição podem – mas não necessariamente 
devem – coincidir. Entretanto, para que um instrumento seja 
aproveitado de melhor forma possível, é necessário que a faixa de 
indicação seja maior que ou igual a faixa de medição.
Valor de uma divisão (de escala): diferença entre duas marcas de 
indicação consecutivas. Exemplo: em uma régua comum de 30 cm, o 
valor de divisão é 1 cm.
Incremento digital: menor variação que um mostrador digital 
consegue apresentar.
Resolução: menor variação entre indicações de um indicador que 
pode ser percebido. Em sistemas de indicação digital, a resolução e o 
incremento digital são correspondentes.
Sensibilidade: razão entre a variação na saída (resposta) e a variação na 
entrada (entrada). Também pode ser entendida como a derivada parcial 
da função que representa a entrada-saída em estado estacionário 
em relação à variação da entrada. Exemplo: a sensibilidade de um 
termômetro pode ser expressa por 0,1 mm/ºC.
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Zona morta: intervalo máximo de valores em que uma grandeza pode 
variar em qualquer sentido sem variar a resposta na indicação do 
instrumento de medição.
Rangeabilidade (largura de faixa): razão entre os valores máximo 
e mínimo lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento. 
Exemplo: uma rangeabilidade de 5:1 com exatidão de 1% para um 
sensor de temperatura de 1 a 20 ºC, a exatidão é mantida entre os 
valores de 4 a 20 ºC.
Linearidade: máxima diferença entre uma reta que melhor descreve 
os pontos reais e uma curva correspondente à relação entre a 
entrada e saída.
Histerese: máxima diferença entre as leituras de um mesmo 
mensurando em uma excursão de entrada crescente ou decrescente.
Deriva (drift): mudança que ocorre no instrumento ao longo do 
tempo, devido a fatores externos ou intrínsecos ao sistema, levando à 
desconfiguração da característica metrológica. Exemplo: uma variação 
de 0,01 ºC a cada ano.
Estabilidade: de forma complementar à deriva, indica a capacidade 
de um instrumento manter no decorrer do tempo suas características 
metrológicas.
Confiabilidade: período em que um instrumento funciona sem a 
ocorrência de falhas.
Relação sinal-ruído (SNR): razão entre a potência do sinal e a potência 
do ruído contido nesse sinal. Normalmente é expressa em decibéis.
Tendência: diferença entre a média de medidas tomadas 
repetitivamente e o valor verdadeiro de referência da grandeza medida.
Correção: valor que ao ser somado ao resultado original da medição, 
buscando compensar o erro sistemático.
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Repetitividade: capacidade de repetir o valor de saída em medições 
consecutivas de uma mesma grandeza e estímulo de entrada, 
com fatores de medição mantidos constantes e curto período 
entre medições.
Reprodutibilidade: variação entre medições do mesmo mensurando 
com o mesmo instrumento a partir de condições de medição variadas.
Erro: diferença entre o valor medido e o valor real da grandeza. Todas 
as medições e instrumentos de medida estão sujeitos a erros, que 
não devem ser entendidos como falhas ou descuido ao se tomar 
uma medida.
Erro máximo admissível: valor de erro aceito por regulamentações ou 
especificações para determinado sistema de medição.
Precisão: concordância entre valores medidos consecutivamente. 
Um sistema com alta precisão apresenta dispersão pequena entre as 
diferentes medidas.
Exatidão: concordância entre o valor medido e o valor real da grandeza 
de interesse. Um sistema com alta exatidão apresenta pequeno erro. 
ASSIMILE
Algumas das características podem parecer bastante 
similares e até serem usadas como sinônimos 
erroneamente no cotidiano. Exatidão e precisão são 
termos que são comumente utilizados como sinônimos, 
mas possuem significados diferentes: um instrumento 
exato não é necessariamente preciso, nem um 
instrumento preciso é necessariamente exato. Dentro 
da instrumentação, o conhecimento da diferença entre 
esses dois termos é fundamental.
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Além dessas, as características metrológicas exclusivamente dinâmicas 
são (mas não se restringem a elas):
Tempo de resposta: intervalo de tempo necessário para que a resposta 
atinja e permaneça em determinada faixa de valor após uma variação 
abrupta de um estímulo.
Tempo de subida: tempo em que a saída demora para atingir certa 
porcentagem do seu valor final.
Frequência de corte: frequência em que há uma atenuação (frequência 
de corte inferior) ou um ganho (frequência de corte superior) de 3 dB.
Os valores das características metrológicas podem ser expressos 
tanto em forma absoluta quanto relativa. Quando representada de 
forma absoluta, o valor possui a mesma unidade do mensurando 
(por exemplo, um erro máximo de 0,05 cm ou 0,002 ºC). Quando 
representada em termos relativos, podem ser apresentados em relação 
a um valor de referência (fundo final de escala, faixa de indicação, valor 
prefixado ou valor verdadeiro convencional). Exemplo: erro máximo 
de 0,01% do valor final de fundo de escala ou da faixa de indicação. 
A vantagem de utilizar o primeiro é a identificação imediata do 
desempenho do sistema. A vantagem de utilizar a segunda forma é a 
facilidade de comparação de sistemas com faixas de medida distintas.
Nesta leitura fundamental foram abordadas as principais características 
metrológicas de sistemas de medição. Além disso, foram discutidos os 
principais métodos de medição (direto e indireto; por indicação, por 
comparação e diferencial) e os principais elementos de um processo 
de medição. Também foram apresentadas a importância de medir e as 
principais unidades de medida do SI.
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TEORIA EM PRÁTICA
Considere que você é um profissional que trabalha na 
manutenção preditiva de uma linha de produção de uma 
indústria e no seu dia a dia, a medição de grandezas 
elétricas é algo básico. Para realizar essas medições 
você utiliza um alicate amperímetro para aferir tensão e 
corrente das máquinas e motores.
Sabendo de sua experiência no manuseio de instrumentos de 
medição e realização de medidas, um colega de trabalho da equipe 
de desenvolvimento o questionou sobre a precisão e exatidão 
dos instrumentos. Ele gostaria de saber se é mais importante um 
equipamento ser exato ou preciso e se é possível corrigir a inexatidão 
de um equipamento por meio de algum processo.
Como responder aos questionamentos do seu colega de trabalho? 
Seria possível ter na prática um equipamento que seja somente exato 
ou somente preciso? Como essas duas características podem interferir 
em uma medida?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Os métodos de medição podem ser baseados nos 
princípios de comparação ou indicação, ou ainda a 
combinação dos dois. Considere as afirmações a seguir:
( ) O método da comparação também é conhecido 
por zeragem;
3737 37
( ) O método de indicação também pode ser chamado 
de diferencial;
( ) O método de zeragem determina o valor comparando 
o mensurando com um artefato de referência;
( ) Os sistemas baseados no método de deflexão 
indicam visual e proporcional o valor do mensurando. 
Qual das sequências a seguir indica, respectivamente, 
quais afirmações são verdadeiras (V) ou falsas (F)?
a. F-F-V-F.
b. F-V-F-V.
c. F-V-F-F.
d. V-F-V-F.
e. V-F-V-V.
2. Considerando os conceitos de precisão e exatidão, 
analise a Figura 3, em que os pontos pretos representam 
medidas e o centro do alvo representa o valor real:
Figura 3 – Exemplificaçãodo resultado de medições
 i) ii)
Fonte: Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Incerteza_de_
medi%C3%A7%C3%A3o. Acesso em: 13 mar. 2019.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Incerteza_de_medi%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Incerteza_de_medi%C3%A7%C3%A3o
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Qual alternativa melhor descreve as Figuras 3.i) e 3.ii)?
a. As medidas apresentadas na Figura 3.i) são mais 
exatas do que as medidas da Figura 3.ii).
b. As medidas apresentadas na Figura 3.i) são mais 
precisas do que as medidas da Figura 3.ii).
c. Ambas as figuras são exemplos de alta precisão.
d. Ambas as figuras são exemplos de alta exatidão.
e. A Figura 3.ii) apresenta alta precisão.
3. Diferentes parâmetros caracterizam sistemas de 
medição. A razão entre a variação na saída e a variação 
na entrada corresponde à definição de:
a. Sensibilidade.
b. Relação sinal-ruído.
c. Resolução.
d. Alcance.
e. Linearidade.
Referências bibliográficas
AGUIRRE, L. A. Fundamentos de Instrumentação. 1. ed. São Paulo: Pearson, 2013.
ALBERTAZZI, A.; SOUSA, A. R. de. Fundamentos de Metrologia Científica e 
Industrial. 1. ed. Barueri, SP: Manole, 2008.
ALVES, J. L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 2. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2017.
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BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, J. V. Instrumentação e Fundamentos de Medidas. 
v. 1. 2.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
CARR, J. J.; BROWN, J. M. Introduction to Biomedical Equipment Technology. 
4. ed. Pearson Prentice Hall, 2001.
FRANCHI, C. M. Instrumentação de Processos Industriais – Princípios e 
Aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2015.
INMETRO. Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Vocabulário 
Internacional de Metrologia: Conceitos fundamentais e gerais e termos 
associados. Duque de Caxias, RJ, 2012.
INMETRO. Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Portaria 
nº 590, de 02 de dezembro de 2013 – aprova a atualização do Quadro Geral de 
Unidades de Medida adotado pelo Brasil. 2013a. Disponível em: http://www.
inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf. Acesso em: 02 abr. 2019.
INMETRO. Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Quadro Geral 
de Unidades de Medida no Brasil. 2013b. Disponível em: http://www.inmetro.gov.
br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf. Acesso em: 15 mar. 2019.
LIRA, F. A. de. Metrologia - Conceitos e Práticas de Instrumentação. 1. ed. 
São Paulo: Érica, 2014.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: E
A afirmação I é verdadeira. A afirmação II é falsa: o método de 
indicação pode ser chamado de deflexão; o método diferencial 
é uma combinação dos métodos de indicação e comparação. A 
afirmação III é verdadeira, pois apresenta uma definição do método 
de comparação (ou zeragem). A afirmação IV também é verdadeira, 
pois apresenta a definição do método de indicação (ou deflexão). 
Assim, a sequência correta, em ordem, é V-F-V-V.
Questão 2 – Resposta: B
A Figura 3.i) mostra os pontos bem agrupados, indicando uma alta 
precisão, porém não estão tão próximos do centro, i.e., não são tão 
exatos. Por sua vez, a Figura 3.ii) mostra os pontos espalhados (baixa 
precisão), porém mais próximos do centro – maior exatidão - do que a 
Figura 3.i). Assim, a alternativa b) é a que melhor descreve as Figuras.
http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf
http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf
http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf
http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC002050.pdf
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Questão 3 – Resposta: A
A sensibilidade é a razão entre a variação da saída e da entrada, 
sendo, portanto, a alternativa correta. A relação sinal-ruído, 
como o próprio nome indica, é a razão entre a potência do sinal 
e a potência do ruído presente nesse sinal. A resolução indica 
a menor variação na grandeza de entrada, que resulta em uma 
modificação perceptível no indicador. O alcance é a diferença 
entre extremos superior e inferior da faixa de medição do 
instrumento. A linearidade é a máxima diferença entre uma reta 
que melhor descreve os pontos reais e uma curva correspondente 
à relação entre a entrada e saída.
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4141 41
Medição de grandezas físicas 
em processos industriais
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Reconhecer os princípios físicos das principais 
grandezas relacionadas ao controle de 
processos industriais;
• Identificar os princípios construtivos e operacionais 
dos sistemas de medição dessas grandezas;
• Associar as unidades de medida relacionadas 
às variáveis;
• Verificar características comuns envolvidas na 
especificação dos sistemas medição.
4242 
1. Introdução
A medição e o monitoramento de grandezas físicas em processos 
industriais são tarefas inerentes à instrumentação. Por meio dos 
valores indicados por essas medições, é possível, entre outros:
• Contabilizar a produção;
• Obter informação sobre estoque;
• Manter os processos industriais de acordo com critérios 
específicos.
Nesse estudo serão abordadas as grandezas físicas mais medidas em 
processos industriais e será verificado como estão relacionadas a outras 
grandezas. Também serão apresentadas as principais abordagens 
utilizadas pelos seus respectivos sistemas de medição.
2. Medição de grandezas físicas
Para a escolha e especificação do melhor tipo de medição para 
determinada aplicação (FRANCHI, 2015), em geral, é necessário 
estarem claros e definidos:
• A grandeza a ser medida;
• Os valores máximos e mínimos da grandeza;
• A exatidão, o erro máximo admitido, tempo de resposta e outras 
características metrológicas desejadas;
• O ambiente em que estará instalado;
• As condições de operação;
• As vantagens e desvantagens dos sistemas de medição;
• Os sinais de saída e de entrada;
• O orçamento destinado à compra dos componentes necessários 
para realizar a medição.
4343 43
Existem diferentes grandezas medidas nos processos industriais: 
pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade, 
umidade, dimensão, massa. As grandezas pressão, temperatura, vazão 
e nível são as mais importantes e comumente utilizadas (ROURE, 2018), 
motivando abordá-las de forma mais detalhada.
2.1 Temperatura
Temperatura (T) pode ser definida, em um sistema em equilíbrio 
termodinâmico, como a derivada parcial da energia interna (U) em 
relação à entropia (S), isto é:
Suas principais unidades de medida são o K (Kelvin), ºC (graus Celsius) e 
o ºF (graus Fahrenheit). A Figura 1 mostra um exemplo de medição nas 
3 unidades.
Figura 1 – Exemplo de medição de temperatura em Kelvin, graus Celsius 
e graus Fahrenheit
Fonte: KAMURAN AĞBABA/iStock.com.
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4444 
Para converter da escala Celsius para Kelvin (ou de Kelvin para Celsius), 
basta utilizar a relação:
K = oC + 273
Para converter da escala Celsius para Fahrenheit (e vice-versa), é 
possível utilizar a expressão:
oF = 1,8 oC + 32
Por fim, a conversão de Kelvin para Farenheit se dá por:
oF – 32
9
K – 273
5
=
Segundo Franchi (2015, p. 51), temperatura é “uma variável crítica 
para plantas de processamento químico, petroquímico, polímeros, 
plásticos, alimentícia, entre outras”, pois grande parte dos processos 
químicos necessitam do controle de temperatura. De fato, diferentes 
características fisico-químicas são modificadas pela temperatura, 
tais como dimensão, densidade, condutividade, pH, estado físico e 
resistência mecânica (ROURE, 2017).
Os sistemas de medição dessa grandeza baseiam-se na dilatação ou 
compressão de materiais (sejam eles líquidos, gases ou sólidos) ou por 
termoresistores, conforme apresentado em Gonçalves (2003) e Alves (2017):
• Sistemas baseados na dilatação de líquidos: utilizam o 
princípio de expansão volumétrica do conteúdo presente em 
um recipiente fechado de vidro ou metal. No caso do recipiente 
de vidro, existe um reservatório soldadoa um tubo capilar 
fechado na parte superior. Tanto o reservatório quanto o capilar 
são preenchidos com um líquido (mercúrio, tolueno, álcool 
ou acetona). A parede do tudo capilar é graduada de forma a 
mostrar o valor da temperatura. No caso do recipiente de metal, 
o líquido preenche todo o recipiente, e conforme ele se dilata/
comprime com o aumento da temperatura, muda a indicação de 
um elemento extensível, como um ponteiro;
4545 45
• Sistemas baseados na dilatação de gases: possuem um bulbo, 
um elemento de medição e um capilar, responsável pela conexão 
entre eles. Um gás de alta pressão preenche o recipiente. Com a 
variação da temperatura, a pressão do gás varia. Como o volume 
é constante, por meio da lei dos gases perfeitos e um medidor de 
pressão, é possível calcular a variação na temperatura;
• Sistemas baseados no princípio bimetálico: possuem dois 
metais sobrepostos com diferentes coeficientes de dilatação, 
formando uma só peça com apenas uma extremidade livre. Ao 
variar a temperatura, um dos metais ficará mais dilatado do que 
o outro, fazendo com que ocorra uma flexão por temperatura na 
extremidade livre. Normalmente são utilizadas lâminas bimetálicas 
no formato de espiral ou helicoidal;
• Sistemas baseados em termoresistência: utilizam a 
propriedade de mudança de resistência elétrica com a 
mudança de temperatura. Os bulbos de resistência são 
fabricados principalmente de platina, níquel ou cobre. Dentre 
as termoresistências, é possivel elencar dois grandes grupos de 
elementos: RTDs (resistance temperature detectors), que possuem 
uma resposta praticamente linear, faixa de operação entre -200 
ºC e 850 ºC e o modelo mais utilizado é o PT-100; e termistores, 
que se dividem em duas categorias, os NTCs (negative temperature 
coeficient) e PTCs (positive temperature coeficient) e possuem uma 
grande estabilidade térmica e sensibilidade, limitados a faixa de 
operação entre -100 ºC e 300 ºC;
• Sistemas baseados em termopar: um termopar é construído por 
dois metais distintos unidos em uma junta de medição (ou junta 
quente), na qual estão soldados fios. A variação de temperatura 
na junção gera uma força eletromotriz na outra extremidade 
(junta de referência), que possui um elemento capaz de medi-la.
4646 
PARA SABER MAIS
Os termopares possuem ótimo custo-benefício, levando-
os a serem utilizados de forma ampla. Eles possuem 
variados tipos: K, E, J, N, B, R, S e T, que são compostos de 
combinação de diferentes duplas de metais (por exemplo, 
cromel/alimel ou cobre/constantan). Essa variedade de 
combinações permite distintas faixas de medição de 
temperatura, tolerâncias e faixas de tensão de saída.
2.2 Pressão
Pressão (P) pode ser definida como a força perpendicular (F) exercida em 
uma determinada área (A), isto é:
P = 
F
A
Além de ser a variável mais medida no controle de processos, pressão 
serve como base para medir volume e densidade, por exemplo (ROURE, 
2018). Suas principais unidades de medida são kgf/cm² (quilograma-
força por centímetro quadrado), lbf/in² (libra-força por polega quadrada, 
psi), N/m² (newton por metro quadrado, ou Pa, pascal), bar (do grego 
barys, pesado) ou alturas de colunas líquidas, como é o caso de mmHg 
(milímetros de mercúrio) e m.c.a. (metros de coluna d’água).
ASSIMILE
Apesar da existência do sistema internacional de medidas, 
instrumentos que medem a mesma grandeza física podem 
possuir saídas em unidades diferentes, principalmente se 
são originários de países que adotam sistemas métricos 
4747 47
distintos entre si. Um exemplo claro disso é um manômetro 
que permite a visualização da pressão medida em escalas 
de diferentes unidades. Assim, ele pode exibir a pressão em 
Pa (pascal), a unidade padrão do sistema internacional de 
unidades, adotado no Brasil, e também em psi, derivado do 
sistema imperial, adotado nos Estados Unidos.
Alves (2017) e Fialho (2010) apresentam alguns termos intrisecamente 
associados à pressão:
• Pressão absoluta: pressão que representa a diferença da pressão 
medida em um ponto específico em relação à pressão zero 
absoluto (vácuo absoluto);
• Pressão atmosférica: pressão resultante do peso das camadas 
de ar existentes na atmosfera, a qual os corpos na Terra estão 
sujeitos. A pressão atmosférica no nível do mar é de 760 mmHg 
absolutos, que equivale a 1 bar;
• Pressão manométrica (ou pressão relativa): pressão obtida 
relativamente à pressão atmosférica do local em que se efetua a 
medida. Suas unidades normalmente possuem a letra g no final;
• Pressão diferencial: pressão que representa a diferença da 
pressão medida em dois pontos que não sejam a pressão 
atmosférica.
Existem diferentes tipos de sistemas de medição dessa grandeza de 
forma direta ou indireta, conforme abordado por Gonçalves (2003) e 
Alves (2017):
• Sistemas baseados na deformação elástica dos materiais: o 
principal representante desse tipo é o tubo de Bourdon (Figura 
2). Ele é constituído de um tubo com uma extremidade aberta 
e outra fechada. Quando uma pressão é exercida sobre o tubo, 
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sua extremidade fechada é movimentada. A transmissão do 
movimento é feita a um ponteiro que indica o valor da pressão. 
Os manômetros, que indicam a pressão local, baseiam-se 
nesse princípio e podem ser encontrados em dois modelos, o 
convencional e o preenchido com gel em seu visor, que possui 
uma maior imunidade a vibrações se comparado ao modelo 
convencional sem gel.
Figura 2 – Exemplo de aplicação do tubo de Bourdon em um manômetro
Fonte: scanrail/iStock.com.
• Sistemas baseados na capacitância elétrica: possuem uma 
célula capacitiva, que consiste de uma câmara de baixa e outra 
câmara de alta pressão. A diferença entre as câmeras move um 
diafragma isolador, deformação que muda a capacitância entre o 
diafragma sensor e as placas isoladas, gerando um sinal eletrônico 
proporcional à pressão diferencial capacitiva;
• Sistemas baseados em condutores elétricos distendidos 
(extensômetro ou, do inglês, strain gauge): utilizam a propriedade 
de variação de resistência de um condutor com a variação 
da dimensão. O sensor é montado no formato de uma tira 
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4949 49
extensiométrica. Uma das extremidades do sensor é fixa, ao passo 
que na outra é aplicada a força. A deformação causada pela força 
muda o comprimento do fio fixado, alterando a resistência;
• Sistemas baseados em coluna de líquido: um tubo é 
preenchido por um líquido com massa específica conhecida 
(água ou mercúrio, por exemplo), sendo o formato em U a 
configuração mais comum. Quando uma pressão é aplicada em 
um lado da coluna, ocorre o deslocamento do líquido de forma 
proporcional à pressão aplicada;
• Sistemas baseados em piezoelétricos: baseado no acúmulo de 
cargas elétricas em áreas específicas de uma estrutura cristalina 
ao sofrer uma deformação causada por pressão. A saída do cristal 
é linear em relação à variação de pressão.
2.3 Nível
A grandeza de nível está associada à avaliação da altura do conteúdo 
armazenado em um reservatório ou tanque, seja de líquidos, sólidos, 
gases ou vapores. Exemplos de aplicação dessa grandeza são a 
medição de nível de grãos em silos, quantidade de combustível 
ou água em reservatórios e o nível de oceanos e lagos (BALBINOT; 
BRUSAMARELLO, 2011).
Suas principais unidades de medida são lineares como o metro, 
polegadas e seus derivados. Os sistemas de medição dessa grandeza 
baseiam-se em métodos diretos, indiretos ou de forma descontínua 
(GONÇALVES, 2003; ALVES, 2017; FIALHO, 2010):
• Sistemas baseados em régua (ou gabarito): uma régua 
graduada é introduzida no conteúdo do reservatório cujo 
nível deseja ser medido, como exemplificado na Figura 3. A 
marcação de maior valor que teve contato com o líquido é 
definada como a altura do conteúdo;
5050 
Figura 3 – Exemplo de medidor de nível baseado em gabarito
Fonte: lesterbee/iStock.com.
• Sistemasbaseados em visor de nível: é composto de uma 
estrutura de aço ligada a dois pontos do vaso de processo e 
um visor de vidro reflex ou transparente. O nível é obtido pela 
observação do visor;
• Sistemas baseados em boia: uma boia é ligada a um cabo 
com um contra-peso. É possível obter o valor da medição pela 
existência de um um ponteiro conectado ao contrapeso. Esse 
sistema de boia também é utilizado em conjunto com um sensor 
resistivo ou indutivo, onde a boia fica presa em um eixo que 
permite o seu deslocamento conforme a presença ou não de 
líquido. Esse deslocamento é detectado pelo sensor, que gera um 
sinal lógico conforme a posição da boia.
• Sistemas baseados em pressão diferencial (ou hidrostática): 
utiliza um transmissor de pressão diferencial para obter a 
diferença de pressão entre as câmaras de alta e baixa pressão;
5151 51
• Sistemas baseados em borbulhador: utiliza um gás ou ar e uma 
pressão superior à máxima pressão hidrostática do líquido que se 
deseja medir o nível. A vazão de gás ou ar é ajustada até que haja 
algumas bolhas. Essa vazão de gás é transportada ao fundo do 
vaso por meio de um tubo que contém um indicador de pressão;
• Sistemas baseados em capacitância: um eletrodo é colocado no 
líquido e conforme o nível do tanque varia, o valor da capacitância 
também varia, pois o isolante do capacitor troca de ar para líquido 
(se o nível aumenta) ou de líquido para ar (se o nível diminui). 
Também pode ser utilizada uma sonda de proximidade capacitiva 
para a realização da medição sem a necessidade de contato;
• Sistemas baseados em ultrassom: uma onda de frequência 
superior à faixa audível pelo ouvido humano é enviada na direção 
do conteúdo. Por meio do tempo de excursão de ida e volta 
da onda, é possível determinar a distância entre o emissor e o 
conteúdo, com a vantagem de não necessitar contato entre o 
medidor e o mensurando;
• Sistemas baseados em empuxo (ou deslocador): um corpo 
flutuante (deslocador) é disposto no líquido. O empuxo varia de 
forma proporcional ao nível, fazendo com que o movimento seja 
transmitido a um tubo de torção;
• Sistemas baseados em descontinuidade: indicam a medição 
apenas de níveis fixos. Um dos principais exemplos é por meio 
de condutividade, em que eletrodos de comprimentos diferentes 
são submersos no material, e quando passa a haver condução 
entre os eletrodos, determina-se a altura do último eletrodo 
atingido pelo líquido.
2.4 Vazão
A vazão (Q) pode ser definida como o produto da velocidade (v) de um 
fluido que passa por uma determinada área (A) de seção, isto é, Q = V x A.
5252 
Essa grandeza também pode ser entendida como o volume ou quantidade 
de massa que passa por determinada área em um período de tempo. 
Suas principais unidades de medida são m³/s (metro cúbico por segundo), 
L/s (litro por segundo), kg/s (kilograma por segundo), GPM (galões por 
minuto), Nm³/h (normal metro cúbico por hora) e SCFH (normal pé cúbico 
por hora). A fim de comparação, 1m³ equivale a 1000 litros, 1 galão a 3,785 
litros, 1 libra a 0,453592 kg e 1 pé cúbico a 0,0283168 m3.
Os sistemas de medição dessa grandeza baseiam-se em (GONÇALVES, 
2003; ALVES, 2017):
• Sistemas baseado em placa de orifício: uma placa com um 
orifício específico (por exemplo, concêntrico, segmental ou 
excêntrico) é colocada na tubulação em que se deseja medir a 
vazão do fluido. A inserção da placa gera uma pressão diferencial 
relacionada à vazão;
• Sistemas baseados em tubo de Venturi: como mostrado na 
Figura 4, nesse sistema uma garganta estreita é construída entre 
seções de maior diâmetro, de forma que, ao diminuir a área de 
seção transversal, a velocidade do fluido aumenta. Ao aumentar 
novamente a área, a velocidade do fluido é reduzida, voltando aos 
valores anteriores ao estreitamento. Com a inserção de tubos em 
forma de U conectando as seções larga e estreita, e analisando a 
diferença das alturas, é possivel determinar a vazão;
Figura 4 – Exemplo de tubo de Venturi
Fonte: Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/54/
Venturifixed2.PNG/300px-Venturifixed2.PNG. Acesso em: 24 mar. 2019.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/54/Venturifixed2.PNG/300px-Venturifixed2.PNG
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/54/Venturifixed2.PNG/300px-Venturifixed2.PNG
5353 53
• Sistemas baseados em eletromagnetismo: um campo magnético 
é gerado no tubo de medição de forma que, quando o fluido passa 
por ele, ocorre uma variação de tensão, captada por eletrodos;
• Sistemas baseados em turbina: um rotor composto por pás 
é colocado na tubulação, de forma que a vazão gera pulsos 
elétricos, permitindo a medição de frequência dos pulsos e, 
consequentemente, a determinação da vazão;
• Sistemas baseados em vazão por pressão diferencial: 
elementos distintos são colocados na tubulação para diminuir a 
seção transversal e ocorrer queda de pressão. Pela diferença de 
pressão, é possível determinar a vazão;
• Sistemas baseados em rotâmetros: um flutuador é disposto em 
um tubo que possui vazão da base (de menor área) para o topo 
(de área maior). Conforme a vazão do fluido aumenta, o flutuador 
é deslocado por combinações de empuxo e pressão diferencial. 
A posição do flutuador indica um valor de vazão, que pode ser 
determinada visualmente caso haja uma escala calibrada.
Na escolha do medidor de fluxo deve ser considerado o local em que 
a medida será apresentada (à distância ou no próprio local), o tipo 
e as características do fluido (limpeza, viscosidade, condutividade), 
temperatura e pressão do processo (BALBINOT; BRUSAMARELLO, 
2011; FRANCHI, 2015). Tais parâmetros são muito importantes, pois 
a utilização de um medidor não ideal irá gerar uma medição sem 
confiabilidade e com um grande erro associado.
Neste conteúdo foram abordados os principais sistemas de medição 
de grandezas físicas de processos industriais: temperatura, pressão, 
nível e vazão. Também foram abordadas suas definições físicas, as 
principais medidas em que podem ser expressas e características 
5454 
genéricas que devem ser observadas na especificação dos sistemas 
de medição. Perceba que não foram tratados modelos específicos de 
um determinado medidor, mas as tecnologias de medição possiveis, 
para que você esteja apto a selecionar a mais adequada conforme a 
aplicação. Como a seleção de um modelo de medidor não depende 
somente da escolha do sistema de medição a ser utilizado, mas também 
é dependente de parâmetros como precisão, exatidão, faixa de medição, 
dentre outros tratados nos temas anteriores, você já está apto a 
especificar qualquer tipo de medidor, sensor ou transdutor utilizando 
como base um catálogo de um fabricante, por exemplo.
TEORIA EM PRÁTICA
A especificação de um sensor para determinada aplicação 
passa pela determinação da tecnologia utilizada pelo 
sistema de medição. Considere que você é o engenheiro 
responsável pelo sensoriamento de um processo 
produtivo de uma indústria cervejeira e está tendo 
problemas para a medição do nível de cerveja presente 
dentro de um reservatório, semelhante ao apresentado 
na Figura 5. Como o produto armazenado no reservatório 
é a cerveja, ela possui além do liquido, a espuma, que é 
justamente a fonte dos problemas. Todos os sensores 
que já foram testados são acionados pela espuma, assim, 
o resevatorio não é preenchido corretamente com aquilo 
que importa para a indústria, que é o líquido da cerveja. 
A sua função é encontrar um sensor para ser colocado 
no reservatório que detecte o nível do líquido e não seja 
influenciado pela espuma.
5555 55
Figura 5 – Reservatórios de uma cervejaria
Fonte: slovegrove/iStock.com.
Qual sistema de medição de nível que pode ser utilizado para essa 
medição? Existe algum sensor com uma tecnologia que consiga 
diferenciar a espuma do líquido para solucionar o problema?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. As quatro principais grandezas medidas em 
processos industriais são pressão, temperatura, 
vazão e nível.Considere as afirmações a seguir sobre 
seus conceitos relacionados:
( ) Pressão atmosférica representa a diferença da 
pressão medida em um ponto específico em relação 
à pressão de vácuo.
( ) Uma das desvantagens do sistema baseado em 
ultrassom é o fato de não haver contato do medidor 
com o material a ser medido.
5656 
( ) Sistemas baseados em capacitância podem ser 
utilizados tanto para medir pressão quanto nível.
( ) O tubo de Venturi é um típico exemplo de sistema 
utilizado para verificar o nível de um fluido.
Qual das sequências a seguir indica, respectivamente, 
de cima para baixo, quais afirmações são verdadeiras 
(V) ou falsas (F)?
a. V-F-V-F.
b. F-V-F-V.
c. F-F-V-F.
d. V-F-V-V.
e. F-F-V-V.
2. Diferentes sistemas de medição podem ser 
utilizados para obter valores de pressão, que pode 
ser compreendida como a força exercida em uma 
determida área.
Das alternativas abaixo, qual não se refere a um 
elemento com a finalidade de medir a grandeza 
física supracitada?
a. Coluna de líquido.
b. Condutor distendido.
c. Piezoelétrico.
d. Célula capacitiva.
e. Placa bimetal.
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3. A vazão diz respeito à quantidade de material que passa 
por um local em determinado intervalo de tempo.
Dada uma área de seção transversal de 10 cm², pela 
qual um fluido passa a uma velocidade de 0,5 m/s, qual 
deverá ser a medida de vazão?
a. 5 cm³/s.
b. 5 cm²/s.
c. 500 cm³/s.
d. 500 cm²/s.
e. 50 cm³/s.
Referências bibliográficas
ALVES, J. L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 2. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2017.
BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, J. V. Instrumentação e Fundamentos de Medidas. 
v. 2. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
FIALHO, A. B. Instrumentação Industrial - Conceitos, Aplicações e Análises. 
7. ed. São Paulo: Érica, 2010.
FRANCHI, C. M. Instrumentação de Processos Industriais – Princípios e 
Aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2015.
GONÇALVES, M. G. Monitoramento e controle de processos. Rio de Janeiro: 
Petrobrás; Brasília: SENAI/DN, 2003.
ROURE, M. de. Instrumentação Industrial – Entenda de uma vez por todas. 2018. 
Disponível em: https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-
guia-completo/. Acesso em: 02 mar. 2019.
https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-guia-completo/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-guia-completo/
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5858 
Gabarito
Questão 1 – Resposta: C
A afirmação I é falsa, pois equivale à definição de pressão absoluta, 
não atmosférica. A afirmação II também é falsa: o fato de não haver 
necessidade de contato do sensor com o material a ser medido é 
uma vantagem do sistema ultrassom. A afirmação III é verdadeira. 
A afirmação IV é falsa, pois o tubo de Venturi está associado à 
medição de vazão. Assim, a sequência correta é F-F-V-F.
Questão 2 – Resposta: E
As alternativas de (a) e (d) representam elementos utilizados 
para medir pressão. A placa bimetálica é utilizada para medir 
temperatura, pois consiste de dois metais de coeficiente de 
dilatação diferentes, de forma que com a variação de temperatura, 
um dos metais esteja mais dilatado do que outro.
Questão 3 – Resposta: C
A vazão pode ser calculada pelo produto da área (A) pela 
velocidade (v) do fluido. Com os dados do exercício, em que 
A = 10 cm² e v = 0,5 m/s = 50 cm/s, a vazão resultante é de 
500 cm³/s (alternativa c)). Medidas em dimensões de cm²/s não 
podem corresponder à vazão e as outras alternativas apresentam 
valor incorreto da multiplicação dos valores.
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Válvulas de controle de 
pressão e vazão
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Identificar os princípios construtivos e operacionais 
de válvulas de controle de processos industriais;
• Verificar características comuns envolvidas na 
especificação de válvulas de controle de vazão 
e pressão;
• Reconhecer os principais tipos de válvulas de 
controle de vazão e pressão.
6060 
1. Introdução
Válvulas são elementos de circuitos pneumáticos e hidráulicos que 
possuem a função dar direção ao suprimento, bloquear o fluxo e 
regular a intensidade de pressão ou de vazão. Desta forma, podem ser 
categorizadas, respectivamente, em válvulas de controle direcional, 
válvulas de bloqueio (anti-retorno), válvulas de controle de pressão e 
válvulas de controle de vazão.
Neste estudo serão abordados os princípios construtivos e operacionais 
das principais válvulas de controle e de pressão utilizadas em processos 
industriais. Também serão apresentadas as principais considerações na 
seleção destes tipos de válvulas.
2. Características de construção e operação das 
válvulas de controle
A válvula é denominada elemento final de controle pelo fato de receber 
o comando de um controlador e agir sobre um fluido de um processo, 
mantendo em valores desejados grandezas envolvidas em processos 
industriais, como temperatura, vazão, nível e pressão (FRANCHI, 2015). 
A Figura 1 apresenta o símbolo genérico de uma válvula de controle, 
conforme ABNT (1983).
Figura 1 – Símbolo genérico de uma válvula de controle de duas vias
Fonte: Elaborada pelo autor.
Em relação à construção, as válvulas possuem os seguintes elementos 
(ALMEIDA, 2018; FRANCHI, 2015):
6161 61
• Corpo: vaso de pressão que executa o comando de controle 
recebido, regulando a passagem de fluído com um obturador 
ligado à ponta de uma haste.
• Castelo: estrutura que faz a ligação entre o corpo e algum atuador.
• Materiais: a parte externa do corpo é normalmente metálica 
(por exemplo aço-carbono cadmiado, ferro fundido, bronze ou 
aço inoxidável) a fim de que resistam com o mínimo de desgaste 
possível as condições de corrosão, abrasão, altas temperaturas 
e pressões. A parte interna é adotada conforme o fluido que terá 
contato com suas partes.
• Conexões terminais: elemento que conecta a válvula à 
tubulação, sendo comumente utilizadas conexões rosqueadas, 
flangeadas ou soldadas.
Além das características construtivas, as válvulas de controle possuem 
algumas características de operação, como mostra a Figura 2. Franchi 
(2015) e Oliveira (1999) descrevem essas características:
Figura 2 – Características operacionais de uma válvula de controle
Fonte: Elaborada pelo autor.
6262 
• Rangeabilidade (R): expressa a razão entre a vazão para uma 
abertura de válvula máxima (comumente 95%) e a vazão para uma 
abertura mínima (comumente 5%). Por exemplo, para uma válvula 
com vazão de 3% na abertura mínima e 96% de vazão na abertura 
máxima, a rangealibilidade é de 32:1;
• Ganho: expressa a razão entre a variação da vazão relativa em 
relação à variação da posição da haste que regula a abertura;
• Coeficiente de vazão: expressa a capacidade de vazão de uma 
válvula de acordo com seu tamanho. Quanto maior o coeficiente, 
maior sua capacidade de vazão. Outra definição de coeficiente de 
vazão é o número de galões de água em condições normais que 
passam através da válvula em um minuto, mantida uma queda 
de pressão de 1 psi;
• Abertura linear: expressa a proporcionalidade direta entre 
a abertura da válvula e sua vazão. Se uma válvula possui 
característica linear, seu ganho é constante para toda amplitude 
de vazão. Por exemplo, uma válvula que possui ganho unitário de 
tal forma que para 10% de abertura, apresenta 10% de vazão e 
para 90% de abertura, apresenta 90% de vazão;
• Abertura rápida: expressa uma grande capacidade de variação 
de vazão como resposta a um pequeno aumento na abertura. 
Como consequência, para grandes aberturas, o aumento de 
vazão apresenta ganho menor. Por exemplo: uma válvula varia 
sua vazão de 2 a 90% com variação de 0 a 30% de abertura; o 
restante da vazão é obtida de 30 a 100% de abertura; 
• Igual porcentagem: expressa uma proporcionalidade exponencial 
da vazão em relação à abertura, de tal forma que o ganho aumenta 
conforme o aumento de abertura de acordo com a expressão:
em que Q representa avazão, Q0 a vazão inicial, X o curso e K =
logR
xmáx .
6363 63
A escolha de válvulas de acordo com a sua abertura necessita de 
uma análise do sistema em relação às suas características dinâmicas. 
Entretanto, para o controle de pressão e vazão, algumas regras práticas 
podem ser adotadas conforme o Quadro 1.
Quadro 1 – Regras práticas para a escolha do tipo de abertura
Variável Descrição do processo Tipo de abertura sugerido
Pressão Líquido
Gases
• Sistemas rápidos, com pequeno volume 
e pequena distância de tubulação
• Sistemas lentos, com grande volume e longa 
distância de tubulação, em que a queda de 
pressão com vazão máxima é maior do que 20% 
da queda de pressão com vazão mínima
• Sistemas lentos, com grande volume e longa 
distância de tubulação, em que a queda de 
pressão com vazão máxima é menor do que 
20% da queda de pressão com vazão mínima
Igual porcentagem
Igual porcentagem
Linear
Igual porcentagem
Vazão Sinal do elemento primário de medição 
proporcional ao fluxo:
• Grandes variações de fluxo
• Pequenas variações de fluxo e grande queda 
de pressão com o aumento da vazão
Sinal do elemento primário de medição 
proporcional ao quadrado do fluxo:
• Grandes variações de fluxo
- Elemento primário em série com a válvula
- Elemento primário no contorno da válvula
• Pequenas variações de fluxo e grande queda 
de pressão com o aumento da vazão
Linear
Igual porcentagem
Linear
Igual porcentagem
Igual porcentagem
Fonte: Adaptado pelo autor de Oliveira (1999, p.55 e 56).
Nota-se que para o controle de pressão e vazão, a abertura rápida 
não foi sugerida nenhuma vez. Este tipo de abertura é indicada para 
o controle de nível quando a queda de pressão com vazão máxima é 
menor do que 200% da queda de pressão com vazão mínima.
6464 
Para a escolha e especificação do melhor tipo de válvula para 
determinada aplicação, também é necessário considerar os 
seguintes aspectos:
• Perda de carga: a alteração no fluxo normal ocasiona uma 
perda de carga;
• Tipo do material transportado: o tipo de material transportado, 
como, por exemplo, se hidráulico ou pneumático, deve 
ser considerado na seleção da válvula. As propriedades 
como corrosão e viscosidade do material devem ser 
observadas também;
• Pressão e temperatura do fluido: materiais feitos a partir de 
borracha não resistem a altas temperaturas, de tal forma que 
válvulas compostas por esses materiais devem ser evitadas em 
ambientes com essas características;
• Bitola da tubulação do circuito: determinadas válvulas são mais 
adequadas para determinada dimensão de tubulação;
• Tipo de conexão da válvula: por exemplo, se rosqueadas, 
flangeadas ou soldadas;
• Custo da válvula: se mais de uma válvula for indicada para 
determinada aplicação, os custos de aquisição e de manutenção 
devem ser considerados;
• Ação desejada: por exemplo, se reversão, estabilização na 
última posição ou ação direta;
• Pressão de ar disponível;
• Saída desejada: se saída em corrente, tensão ou algum 
protocolo específico;
• Características da válvula: apresentadas na Figura 2;
• Classe de vazamento: indica o limite de vazamento mesmo na 
situação de válvula completamente fechada.
6565 65
ASSIMILE
As válvulas de controle não são elementos isolados de 
processo. No projeto de válvulas também devem ser 
considerados outros elementos em série com a válvula, 
como trocadores de calor, bombas e filtros. Escolher 
uma válvula que influencie ao máximo o processo 
resulta na diminuição tanto das perdas de carga 
quanto da queda de pressão.
Em relação à classe de vazamento, uma válvula pode se enquadrar em 
uma das 6 classes de vazamento determinadas pela ANSI/FCI 70-2 (ANSI, 
2006), conforme mostradado no Quadro 2. Especificamente em relação 
à classe VI, para a determinação do vazamento máximo permissível, 
deve-se observar os valores do Quadro 3.
Quadro 2 – Classes de vazamento de válvulas de controle
Classe de 
Vazamento
Vazamento 
Máximo 
Permitido
Meio de 
Teste
Pressão 
de Teste Testes Necessários
I - - -
Não há a necessidade 
de testes desde que haja 
comum acordo entre 
fornecedor e usuário
II
0,5% da 
capacidade 
máxima 
Ar ou água 
a 10-52 °C
45 a 60 psig 
ou máxima 
diferencial de 
operação, o 
que for menor
Pressão aplicada à entrada 
da válvula com saída 
aberta para a atmofera ou 
conectada a um dispositivo 
de medição de perda 
de carga de fechamento 
normal completo 
fornecido pelo atuador
6666 
III
0,1% da 
capacidade 
máxima
Ar ou água 
a 10-52 °C
45 a 60 psig 
ou máxima 
diferencial de 
operação, o 
que for menor
Pressão aplicada à entrada 
da válvula com saída 
aberta para a atmofera ou 
conectada a um dispositivo 
de medição de perda 
de carga de fechamento 
normal completo 
fornecido pelo atuador
IV
Vazamento 
de até 0,01% 
da capacidade 
máxima 
de vazão
Ar ou água 
a 10-52 °C
45 a 60 psig 
ou máxima 
diferencial de 
operação, o 
que for menor
Pressão aplicada à entrada 
da válvula com saída 
aberta para a atmofera ou 
conectada a um dispositivo 
de medição de perda 
de carga de fechamento 
normal completo 
fornecido pelo atuador
V
0,0005 mL 
por minuto 
de água, por 
polegada de 
diâmetro de 
orifício, por psi 
de pressão 
diferencial 
Água 
a 10-52 ºC
Máxima 
queda de 
pressão ao 
longo da 
conexão da 
válvulasem 
exceder o 
determinado 
pela ANSI
Pressão aplicada à entrada 
da válvula depois de 
preencher completamente a 
cavidade do corpo, conectar 
a tabulação com água e 
fechamento da válvula. 
Usar o máximo impulso 
do atuador especificado 
pela rede sem exceder 
esse valor. Permitir que o 
fluxo de fuga se estabilize.
VI
Varia 
conforme 
diâmetro do 
orifício de 
passagem
Ar ou 
nitrogênio 
a 10-52 °C
50 psig ou 
máxima 
pressão 
diferencial 
ao longo da 
conexão da 
válvula, o 
que for menor
O atuador deve ser ajustado 
para as condições de 
operação especificadas 
dom fechamento total 
normal aplicado à válvula. 
Permitir que o fluxo 
de fuga se estabilize e 
usar equipamento de 
medição apropriado.
Fonte: Adaptado pelo autor de Gemco (2015) e Franchi (2015, p. 270).
6767 67
Quadro 3 – Vazamento máximo permissível nas 
válvulas de controla de classe VI.
Diâmetro do orifício de 
passagem (em polegadas)
Vazamento Máximo Permissível
cm³/minuto Bolhas/minuto
1 0,15 1
1 ½ 0,30 2
2 0,45 3
2 ½ 0,60 4
3 0,90 6
4 1,70 11
6 4,00 27
8 6,75 45
Fonte: Adaptado pelo autor de Oliveira (1999, p. 57).
Algumas outras características que os diversos tipos de válvulas 
de controle podem apresentar são o tipo de deslocamento: linear 
e rotativo. Exemplos de válvulas do primeiro grupo são as válvulas 
globo, diafragma e gaveta; do segundo são válvulas borboleta e esfera 
(FRANCHI, 2015; OLIVEIRA, 1999):
• Válvula globo: possui formato semelhante a uma esfera (globular) e 
pode ser de sede simples ou dupla, conforme a quantidade orifícios;
• Diafragma (saunders): possui um diafragma ligado ao castelo e ao 
corpo que flexiona durante o controle do fluxo;
• Gaveta: possui uma porta, normalmente redonda ou retangular, 
que se move para fora do fluxo do fluido, realizando o seu controle;
• Borboleta: possui um corpo no formato de anel circular. Quando 
a válvula está totalmente aberta ou fechada, não há resultante 
de força tensora para nenhum lado. Quando está parcialmente 
aberta, surge uma força tensora que tende a fechar a válvula;
• Esfera: possui um obturador em formato esférico, sendo vazado 
de acordo com o fluido que o atravessará para permitir sua 
passagem parcial ou plena.
6868 
3. Válvulas de controle de pressão
As válvulas de controle de pressão funcionam buscando encontrar o 
equilíbrio entre força da mola que a constitui e a pressão. Elas possuem 
diversas finalidades, entre elas manter a pressão máxima em um limite 
e regular a redução de pressão em determinado ponto do circuito 
(PARKER, 2016). Esse tipo de válvula é bastante utilizado em pontos 
do circuito em que uma pressão acima da permitida ou desejadarepresente um risco ou emergência.
A classificação desse tipo de válvula pode ser dada em termos de 
tamanho, tipo de conexão, faixa de operação e sua função no circuito. 
Alguns tipos de válvulas de controle de pressão são válvulas limitadoras 
de pressão, de sequência, de contrabalanço, redutora de pressão, de 
descarga (FIALHO, 2005; FRANCHI, 2015).
• Válvula limitadora de pressão (ou de alívio): é utilizada para 
controlar a pressão máxima. A via primária de uma válvula é 
ligada à pressão e a via secundária é ligada ao tanque. O corpo 
da válvula é acionado por um nível de pressão prefixado, em que 
ambas vias estão conectadas e o tanque recebe o fluxo. No caso 
de uma linha de ar comprimido, por exemplo, o excesso de ar é 
liberado para a atmosfera;
• Válvula de sequência: é utilizada para controlar a ordem das 
operações, garantido que uma ação ocorra após a outra;
• Válvula de contrabalanço: é utilizada para proporcionar o 
equilíbrio ou o contrabalanço de um peso;
• Válvula redutora de pressão: é utilizada para fixar a pressão 
do circuito no valor ajustado por ela. O excesso de pressão 
é transformado em calor, e caso a pressão depois da válvula 
diminua, o carretel é aberto para que a pressão atinja o 
valor desejado;
• Válvula de descarga: é utilizada para encaminhar o fluxo para o 
tanque caso em uma parte remota do circuito a pressão esteja 
acima de um valor preestabelecido.
6969 69
4. Válvulas de controle de vazão
As válvulas de controle de vazão diminuem o fluxo em alguma via do 
sistema por meio de uma restrição. Dessa forma, é possível controlar a 
velocidade do fluido que chega a um atuador, por exemplo.
O controle da vazão se dá primariamente pela existência de um 
orifício na linha do circuito em que o fluido passa e quanto menor for 
seu diâmetro, maior a diminuição da vazão. O orifício pode ser fixo, 
em que o tamanho da abertura da válvula não pode ser modificado, 
ou variável, em que o tamanho da abertura da válvula pode ser 
ajustado para a aplicação.
Existem ainda fatores que influenciam na taxa de vazão, como o tipo de 
fluido a ser controlado, a sua temperatura e a diferença de pressão por 
meio do orifício. A partir desses fatores, existem diferentes modelos de 
válvulas de controle de vazão, com as diferentes características, sendo 
elas a de vazão variável e de vazão variável com retenção integrada, 
onde os tipos mais utilizados são a gaveta e globo.
• Válvula controladora de vazão variável: o fluido deve passar por 
uma curva em ângulo reto e prosseguir para a sede da haste que 
possui uma ponta em formato de cone. A vazão é determinada 
pela distância entre o cone e a sede.
• Válvula controladora de vazão variável com retenção integrada: 
acrescenta à válvula de vazão variável a funcionalidade de 
retenção em by pass, obtendo fluxo reverso livre.
PARA SABER MAIS
As válvulas de controle direcional também são de bastante 
relevância, sendo utilizada, por exemplo, no acionamento 
de cilindros hidráulicos. Elas permitem o deslocamento do 
7070 
fluido ou do gás por diferentes vias e apresentam bastante 
diversidade, sendo variáveis o número de posições (relativo 
ao número de manobras), número de vias (relativo ao número 
de conexões úteis, podendo ser de bloqueio, passagem ou a 
combinação entre elas), a posição normal (relativa à posição da 
válvula sem ser acionada) ou o tipo de acionamento (elétrico, 
pneumático, mecânico, hidráulico ou por ação humana).
Nesta leitura fundamental foram apresentadas as principais 
características construtivas e operacionais de válvulas de controle. 
Também foram observadas as principais características que devem ser 
observadas na especificação de uma válvula de controle, bem como os 
principais tipos de válvulas de controle de vazão e pressão.
TEORIA EM PRÁTICA
Um dos tipos de válvula que possui melhor resolução é válvula 
globo, permitindo o controle fino da vazão de determinado 
fluido. Elas são utilizadas para o controle de líquidos em geral, 
vapores, gases, substâncias corrosivas e lodo.
Considere que você trabalha como responsável da 
automação em uma indústria de produtos de limpeza e 
necessita fazer o controle da vazão do líquido refrigerante 
que é aplicado em um trocador de calor. Como o controle 
da vazão deve ser preciso, você deve utilizar uma válvula 
globo. Porém, o atuador que será utilizado para o 
acionamento dessa válvula já foi adquirido e possui uma 
forca relativamente baixa para abrir e fechar a válvula. 
Existe algum modelo de válvula globo que exige uma força 
menor que os modelos convencionais para a abertura e 
fechamento e possa ser utilizado nessa aplicação?
7171 71
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Uma das características de operação que uma válvula 
de controle pode apresentar é em relação a sua 
abertura, podendo ser linear, abertura rápida ou 
igual porcentagem.
Em relação ao tipo de igual porcentagem, seu qual das 
seguintes aplicações não é a mais recomendada?
a. Controle de pressão de líquidos.
b. Controle de vazão com pequenas variações de fluxo e 
grande queda de pressão com o aumento da vazão.
c. Controle de pressão de gases em sistemas rápidos, 
com pequeno volume e pequena distância de 
tubulação.
d. Controle de vazão quando o sinal do elemento 
primário de medição é proporcional ao fluxo e existe 
grande variação de fluxo.
e. Controle de pressão de gases em sistemas lentos, com 
grande volume e longa distância de tubulação, em que 
a queda de pressão com vazão máxima é menor do 
que 20% da queda de pressão com vazão mínima.
2. As válvulas de controle de pressão possuem diversas 
finalidades, entre elas manter a pressão máxima 
em um limite e regular a redução de pressão em 
determinado ponto do circuito.
Qual das alternativas abaixo apresenta um exemplo de 
válvula que controla a pressão baseada em um valor de 
pressão remoto do circuito?
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7272 
a. Válvula de sequência.
b. Válvula de contrabalanço.
c. Válvula de descarga.
d. Válvula de alívio.
e. Válvula controladora de vazão variável.
3. Existem diferentes tipos de válvula de controle, a 
presença de algumas características construtivas é 
comum a todas elas.
Qual das alternativas não representa uma 
característica construtiva de válvula?
a. Coeficiente de vazão.
b. Materiais.
c. Castelo.
d. Conexões terminais.
e. Haste.
Referências bibliográficas
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 8190/1983. Disponível em: 
http://www.unifieo.br/files/20134249941.pdf. Acesso em: 02 mar. 2019.
ALMEIDA, C. F. M. Válvulas de Controle. 2018. Disponível em: https://edisciplinas.
usp.br/pluginfile.php/4334174/mod_resource/content/1/Aula%207%20-%20
V%C3%A1lvulas%20de%20Controle.pdf. Acesso em: 02 abr. 2019.
FIALHO, A. B. Automatismos Pneumáticos - Princípios Básicos, 
Dimensionamentos de Componentes e Aplicações Práticas. São Paulo: Érica, 2015.
http://www.unifieo.br/files/20134249941.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4334174/mod_resource/content/1/Aula%207%20-%20V%C3%A1lvul
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4334174/mod_resource/content/1/Aula%207%20-%20V%C3%A1lvul
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4334174/mod_resource/content/1/Aula%207%20-%20V%C3%A1lvul
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Destacar
7373 73
FRANCHI, C. M. Instrumentação de Processos Industriais – Princípios e 
Aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2015.
GEMCO. ANSI Valve Leakage Standards. 2015. Disponível em: https://gemcovalve.
com/wp-content/uploads/2015/01/ANSI-VALVE-LEAKAGE-STANDARDS-Gemco-Valve.
pdf. Acesso em: 05 abr. 2019.
OLIVEIRA, A. L. de L. Elementos Finais de Controle. Departamento Regional do 
Espírito Santo, SENAI, Espírito Santo, 1999.
PARKER. Tecnologia Eletrohidráulica Industrial. Jacareí, 2016.
ANSI. American National Standard Institute. Control Valve Seat Leakage 70-2-2006. 
2016. Disponível em: https://www.techstreet.com/mss/products/preview/1261166. 
Acesso em: 25 abr. 2019.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: D
A alternativa (d) é a que apresenta uma aplicação em que umaabertura de igual porcentagem não é a mais recomendada, pois 
apresenta uma aplicação que, de acordo com a Tabela 1, seria 
recomendada uma válvula de controle com abertura linear. As 
demais alternativas representam recomendações de válvula com 
igual porcentagem de acordo com a mesma tabela.
Questão 2 – Resposta: C
A alternativa (c) está correta, pois em uma válvula de descarga, 
o fluxo é dirigido para o tanque caso em uma parte remota do 
circuito a pressão esteja acima do desejado.
Questão 3 – Resposta: A
O coeficiente de vazão, apesar de ser influenciado pelas 
características constrututivas da válvula, é uma característica 
operacional. Portanto, a alternativa (a) é a que não representa 
uma característica construtiva.
https://gemcovalve.com/wp-content/uploads/2015/01/ANSI-VALVE-LEAKAGE-STANDARDS-Gemco-Valve.pdf
https://gemcovalve.com/wp-content/uploads/2015/01/ANSI-VALVE-LEAKAGE-STANDARDS-Gemco-Valve.pdf
https://gemcovalve.com/wp-content/uploads/2015/01/ANSI-VALVE-LEAKAGE-STANDARDS-Gemco-Valve.pdf
https://www.techstreet.com/mss/products/preview/1261166
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747474 
Atuadores
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Identificar os princípios operacionais de 
atuadores utilizados em processos industriais;
• Verificar suas principais classificações;
• Expor fatores envolvidos na especificação 
de atuadores;
• Introduzir aplicações de posicionadores.
7575 75
1. Introdução
Quando estamos nos referindo a processos industriais, atuadores são 
dispositivos que transformam a energia contida em circuitos elétricos, 
pneumáticos e hidráulicos em outro tipo de energia. Essa energia de 
saída comumente resulta em movimento.
Nesse estudo serão abordados diferentes tipos de atuadores, 
mostrando algumas das vantagens e desvantagens envolvidas na 
escolha destes. Também dará noções de posicionadores, elementos que 
se relacionam a atuadores e válvulas de controle. Note que nesse estudo 
você terá contato com modos de acionamento das válvulas de controle 
estudadas anteriormente, conhecendo as possibilidades existentes e 
sabendo aplicá-las de forma correta.
2. Classificação de atuadores
Os atuadores podem ser classificados de diferentes formas, 
considerando critérios como:
• Princípio de funcionamento: manual, elétrico, hidráulico, 
pneumático;
• Energia de saída: mecânica, ótica, térmica;
• Tipo de movimento: rotativo, oscilante ou linear.
Essas classificações não são mutuamente exclusivas, de tal forma que, 
por exemplo, um atuador pode ser elétrico e gerar movimento do tipo 
linear. Além disso, para determinadas aplicações, atuadores elétricos e 
hidráulicos podem ser utilizados concomitantemente.
Os atuadores manuais requerem força humana para a realização de 
movimento, podendo ser feita utilizando botões, alavancas ou pedais, 
por exemplo. Esse tipo de atuação é empregada em circunstâncias nas 
7676 
quais a operação depende do julgamento do operador. Um exemplo 
claro de atuador manual é de um registro hidráulico, onde a rotação do 
atuador gera uma variação no posicionamento da válvula que controla a 
vazão, regulando a passagem do fluido.
Por questões de segurança e com o desenvolvimento da automação 
industrial, os atuadores manuais são cada vez mais substituídos por 
atuadores automáticos, que podem ser pneumáticos, elétricos ou 
hidráulicos. Esses atuadores são comumente controlados via CLP 
(controlador lógico programável), integrando o sistema de automação e 
permitindo o seu monitoramento via sistema supervisório.
3. Atuadores pneumáticos
Os atuadores pneumáticos produzem movimento como resultado da 
pressão de ar de comando. Entre os principais atuadores desse tipo, 
estão o atuador mola e diafragma e o atuador cilindro.
O atuador tipo mola e diafragma é constituído de um diafragma que 
divide o atuador em duas câmaras. Além disso, possui uma mola que 
exerce uma força, culminando em uma pressão de carga no diafragma. 
Conforme descrito por Oliveira (1999), nesse tipo de atuador pode 
ocorrer duas formas de ação:
• Ação indireta (ou reversa), em que a pressão que age no diafragma 
força a haste para cima, e a mola também empurra para cima;
• Ação direta, em que a pressão de carga que age no diafragma 
força a haste para baixo ao passo que a mola empurra a haste 
para cima.
Por sua vez, no atuador tipo cilindro, o ar é deslocado para o pistão 
produzindo movimento (FIALHO, 2015). Esse movimento pode resultar 
em deslocamento linear ou em deslocamento rotativo, dependendo da 
válvula a que está conectado. Eles são dispositivos comuns a atuadores 
7777 77
pneumáticos e hidráulicos (PARKER, 2016; PARKER, 2007). Em relação 
à construção, eles possuem externamente uma estrutura cilíndrica e 
interiormente um pistão móvel ligado a uma haste.
Os cilindros dividem-se em dois tipos básicos: de simples ação e dupla 
ação. No primeiro, a pressão do fluido ou ar é aplicada em apenas um 
local, fazendo com que o pistão se mova em uma direção. No caso de 
cilindro de dupla ação, a pressão pode ser aplicada em duas partes, de 
tal forma que o cilindro se mova em uma das duas direções, opostas 
entre si. A Figura 1 mostra o símbolo de um cilindro de dupla ação.
Figura 1 – Símbolo de um cilindro de dupla ação.
Fonte: elaborada pelo autor.
Algumas das informações envolvidas no dimensionamento do cilindro 
são a força que ele deve fornecer (F), a pressão em que operará (P) e 
a determinação de sua área de êmbolo (A). A expressão que relaciona 
esses parâmetros é dada pela Equação 1:
 (1)
A área, por sua vez, é obtida pela Equação 2:
 (2)
Em que R representa o raio e D o diâmetro do êmbolo. Definida a área, 
é possível obter a velocidade (V) em que ocorre o deslocamento, que é 
dependente da vazão (Q) e da área do lado que recebe o ar ou fluido, 
conforme a Equação 3.
 ou (3)
7878 
ASSIMILE
Caso se trate de um cilindro de dupla ação, a velocidade em 
que a haste se move dependente do lado que o cilindro é 
acionado. Tomando como referência a Figura 1, se aplicado 
ar ou fluido no lado esquerdo, considera-se no cálculo da 
área o diâmetro interno do cilindro. Caso o lado que receba 
o ar ou o fluido seja o lado direito, na área deve-se adotar 
a área da coroa circular correpondente ao espaço entre a 
área de seção transversal interna do cilindro (Ac) e a área de 
seção transversal da haste ligada ao pistão (Ah), ou seja, 
A = Ac – Ah. Vale ressaltar que uma velocidade será menor 
que a outra, pois necessitará de menos conteúdo para 
promover o deslocamento.
O Quadro 1 identifica algumas vantagens e desvantagens decorrentes 
da utilização de atuadores pneumáticos.
Quadro 1 – Vantagens e desvantagens de atuadores pneumáticos
Tipo Vantagens Desvantagens
Mola e diafragma
Comparativamente barato
Simples
Possui posição de segurança 
por falha intrínseca
Precisa de baixa pressão 
de ar disponibilizada 
pelo suprimento
Ajustável
Simplicidade de manutenção
Opera sem precisar 
de posicionador
Baixo tempo de resposta
Segurança em aplicações 
em que eletricidade 
oferece risco
Torques restritos
Restrição de uso em 
altas temperaturas
Inflexível para mudar as 
circunstâncias de serviço
Necessidade de instalação 
de ar comprimido
Ruído com o escape de ar
7979 79
Cilindro
Alto torque 
Ocupa pouco espaço
Leve
Flexível para uso em 
altas temperaturas
Adequa-se às mudanças de 
torque exigidas pela válvula
Baixo tempo de resposta
Segurança em aplicações 
em que eletricidade 
oferece risco
Necessidade de elementos 
adicionais para posição 
de segurança por falha
Precisa de posicionador 
em aplicações de 
controle modulado
Mais caro do que o atuador 
do tipo mola e diafragma
Precisa de alta pressão 
de ar disponibilizada 
pelo suprimento
Fonte: Oliveira (1999, p. 104) e Franchi (2015, p. 262).
4. Atuadores hidráulicos
Os atuadores hidráulicos recebem um fluido, comumente óleo, que 
quando escoado, desloca-o e produz uma força motriz. Os cilindros 
hidráulicos, como já mencionado,são exemplos de atuadores 
hidráulicos e as equações apresentadas para os cilindros pneumáticos 
também valem para eles. Outro tipo de atuador hidráulico é o motor 
hidráulico, que pode ser do tipo turbina, palheta, engrenagem, pistão 
radial ou pistão axial.
Para um motor hidráulico, o torque (T) é dado pela multiplicação da 
força (F) exercida pela carga pela distância em relação ao eixo (r), 
conforme a Equação 4.
 T kgfm = F kgf · r m (4)
A velocidade no eixo do motor (Ve), por sua vez, pode ser obtida pela 
Equação 5.
 (5)
Em que d representa o deslocamento do motor.
8080 
O Quadro 2 identifica algumas vantagens e desvantagens decorrentes 
da utilização de atuadores hidráulicos.
Quadro 2 – Vantagens e desvantagens de atuadores hidráulicos
Vantagens Desvantagens
Torque muito elevado
Robusto 
Características dinâmicas estáveis em 
reação às forças exercidas pelo fluido
Baixo tempo de resposta
Pode ser operado em ambientes explosivos, 
corrosivos e de alta temperatura
Comparativamente caro
Uso complexo
Dimensões e peso elevados
Necessidade de elementos adicionais 
para posição de segurança por falha
Fonte: Oliveira (1999, p. 104) e SE (2014).
5. Atuadores elétricos
Os atuadores elétricos consistem em elementos eletromecânicos, 
comumente ligados a engrenagens, que ao receberem o sinal de 
controle culminam em movimento linear ou rotativo. Exemplos de 
atuadores que podem ser utilizados são motores de corrente contínua, 
motores de corrente alternada, motores de passo e servo-motores. 
Outra categoria de atuador elétrico é o atuador de solenoide, que 
movimenta uma válvula pelo movimento do núcleo de uma bobina.
Em um solenoide, o campo magnético gerado pela energização de seus 
enrolamentos é capaz de movimentar um material ferromagnético 
alocado no centro da bobina. Dessa forma, havendo uma mola 
que mantem o material deslocável fixo quando a solenoide não 
está acionada, é possivel controlar o processo. Um exemplo desse 
atuador é a válvula solenoide aplicada ao controle de um fluido, 
que normalmente se encontra fechada, quando a mola presente no 
solenoide força um pino da válvula de forma a bloquear a passagem 
de fluido. Ao passo que o solenoide é acionado, ele desloca o pino para 
cima, liberando a passagem de fluido.
8181 81
Os elementos principais de motores elétricos são o estator, que fica 
fixo junto à carcaça da máquina, e o rotor, que se move junto ao 
eixo. A Figura 2 exibe um motor de indução, no qual visualiza-se as 
estruturas do rotor e o estator.
Figura 2 – Vista em corte de um motor de indução
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rotterdam_Ahoy_Europort_2011_(14).JPG. 
Acesso em 15 abr. 2019
Tendo em vista as diferentes opções deste tipo de atuador, Alciatore e 
Histand (2014) apresentam alguns critérios que devem ser considerados 
na seleção de um motor elétrico:
• A suficiência em relação à partida e aceleração do motor;
• A velocidade máxima que o motor pode alcançar;
• A razão cíclica da operação;
• A potência que deve ser entregue à carga;
• O tipo de alimentação do sistema;
• A inércia da carga;
• Se a carga é acionada a velocidade constante;
• Precisão de posição;
• A velocidade de funcionamento do motor;
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rotterdam_Ahoy_Europort_2011_(14).JPG
8282 
• Se é necessário controle de velocidade;
• Se é necessária uma caixa de transmissão ou caixa de 
engrenagem;
• Se a curva de carga está adaptada à curva de torque-
velocidade do motor;
• Se é preciso inverter o sentido de giro do motor;
• Restrições relacionadas a tamanho e peso.
Em linhas gerais, as vantagens e desvantagens advindas da utilização de 
atuadores elétricos estão apresentadas no Quadro 3.
Quadro 3 – Vantagens e desvantagens de atuadores elétricos
Vantagens Desvantagens
Ocupa pouco espaço
Pode ser utilizado em aplicações remotas
Alto rendimento
Relativamente caro
Não possui posição de segurança por falha
Possui limitações para ser usado em 
sistemas de controle modulado
Alto tempo de resposta
Inflexível
Não pode ser operado em ambientes 
explosivos, corrosivos e de alta temperatura
Fonte: Oliveira (1999, p. 104) e SE (2014).
PARA SABER MAIS
Em projetos de instrumentação industrial, a utilização 
de programas computacionais que permitem simular os 
circuitos hidráulicos, pneumáticos e elétricos é bastante 
recomendada. Nesses tipos de software é possível, por 
exemplo, selecionar diferentes tipos de atuadores e 
acompanhar a velocidade e a força em pontos específicos, 
verificando se o dimensionamento dos elementos resulta 
em uma ação de acordo com o esperado.
8383 83
6. Posicionadores
Os atuadores e as válvulas de controle possivelmente necessitam 
de posicionadores, que podem ser definidos como elementos que 
transmitem para o atuador a pressão exercida pela carga, fazendo 
com que a haste da válvula se mova de acordo com o sinal enviado 
pelo controlador. Para que funcione de forma adequada, os tempos 
de resposta do posicionador e da válvula somados deve ser inferior ao 
tempo de atuação exigido pelo processo. As principais aplicações em 
que é recomendado o uso de posicionadores são (OLIVEIRA, 1999):
• Neutralização da força de atrito: quando a vedação da válvula 
é apertada para evitar vazamentos ou o processo está sujeito 
a alta pressão, surge um atrito na haste, e consequentemente 
o tempo morto e a histerese aumentam acima do limite 
aceitável. Nesse caso um posicionador pode fornecer maior 
volume de ar e abreviar o atraso;
• Operação de atuadores pneumáticos sem mola: ao 
utilizar um posicionador nestes tipos de atuadores, como 
não é necessário comprimir a mola, geram-se força de 
assentamento de grande magnitude;
• Aumento de velocidade de resposta: a velocidade de 
funcionamento de uma válvula em sistemas pneumáticos e 
hidráulicos são dependentes de alguns fatores como o volume do 
atuador, a distância entre a válvula e o controlador e a abertura 
da tubulação. A utilização de um posicionador aumenta a 
velocidade de resposta, pois, como o sinal de acionamento chega 
primeiramente no posicionador, o volume de ar ou de fluido que 
será aplicado na válvula será somente o necessário para que ela 
se desloque até o ponto desejado. Com um volume menor de ar 
sendo aplicado, mais rápida se torna a resposta da válvula;
8484 
• Funcionamento com faixa dividida: o uso de um posicionador 
possibilita operar somente com uma parte da faixa da saída 
referente ao controlador;
• Modificação de característica de vazão da válvula: posicionadores 
específicos permitem que a variação na posição da haste da 
válvula de forma não linear, de acordo com a saída do controlador; 
• Inversão de ação de válvula: como há posicionadores com ação 
direta e ação indireta, a inversão das ações podem ser feitas pela 
mudança do posicionador;
• Banda larga proporcional: a utilização de posicionadores permite 
que a válvula responda a variações no sinal de entrada de 
magnitude pequena;
• Aumento de força do fluido: a utilização de posicionadores 
pode garantir mais força para superar atritos decorrentes de 
aglomerações na válvula.
Contudo, caso a válvula esteja dimensionada incorretamente, a 
velocidade de resposta do sistema seja muito inferior à resposta exigida 
pelo sistema ou o controlador tenha muita histerese ou banda morta, 
o uso de posicionadores é insuficiente. Portando, deve-se buscar outra 
alternativa para a resolução dos problemas.
Nessa leitura fundamental foram evidenciadas as principais 
características de atuadores hidráulicos, elétricos e pneumáticos. 
Também foram observadas as principais vantagens e desvantagens de 
cada sistema, bem como algumas considerações na escolha de cada 
tipo. Por fim, foram apresentados os posicionadores, que podem ser 
elementos acessórios dos atuadores.
8585 85
TEORIA EM PRÁTICA
Um dos atuadores elétricos mais simples é a solenoide, que é 
largamente utilizada para o acionamento de válvulas. Assim, 
quando é feita a especificaçãode uma válvula solenoide deve 
se determinar as características da válvula, observando o 
fluido a ser controlado, e também as do solenóide.
Considere que você trabalha em uma indústria de 
cosméticos que está automatizando a sua linha de 
produção e você é o responsável por especificar quais 
atuadores serão utilizados nessa automação. Assim, cabe 
a você determinar qual válvula solenoide utilizar para 
controlar a passagem de um produto químico que circula 
por uma tubulação de baixa pressão com diâmetro de 1” e 
possibilidade de conexão via rosca NPT. Essa válvula deve 
ser acionada por um CLP, com tensão continua de 24 V.
Para resolver esse problema, você deve fazer uma 
pesquisa sobre as especificações de uma válvula 
solenoide e especificar um modelo que possa ser 
utilizado nessa aplicação.
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Os cilindros são exemplos atuadores hidráulicos que 
resultam em deslocamento linear. Considere um 
cilindro de dupla ação que possua uma haste de 28 mm 
e um diâmetro interno de 35 mm. Considere também 
que o cilindro esteja ligado a uma válvula direcional e a 
uma bomba com vazão de 16000 cm³/min e 180 bar. 
A Figura 2 ilustra o sistema.
8686 
Figura 3 – Sistema envolvendo a utilizando de um cilindro 
hidráulico, uma válvula direcional e uma bomba hidráulica.
 Fonte: elaborada pelo próprio autor.
Qual a velocidade de deslocamento desse cilindro 
quando o fluido é aplicado no ponto a e no ponto b? 
Adote π = 3,14.
a. Ambas velocidades são 16,6 cm/min
b. A velocidade no ponto a é 16,6 cm/min e a velocidade 
no ponto b é 46,2 cm/min
c. Ambas velocidades são 1666,7 cm/min 
d. A velocidade no ponto a é de 1666,7 cm/min e a 
velocidade no ponto b é 4705,9 cm/min
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e. A velocidade no ponto a é 1666,7 cm/min e a 
velocidade no ponto b é 2599,7 cm/min
2. Os atuadores pneumáticos, hidráulicos e elétricos são 
amplamente utilizados. No processo de seleção de qual 
tipo de atuador utilizar, suas vantagens e desvantagens 
devem ser consideradas. Neste sentido, analise as 
informações a seguir:
( ) Os atuadores hidráulicos são recomendados em 
aplicações que exigem torque elevado.
( ) Os atuadores elétricos não são recomendados em 
ambientes sujeitos a altas temperaturas.
( ) Velocidade de resposta rápida representa uma 
vantagem do uso de atuadores pneumáticos.
( ) Velocidade de resposta rápida representa uma 
vantagem do uso de atuadores hidráulicos.
Qual das sequências indica, respectivamente, de 
cima para baixo, quais afirmações são verdadeiras 
(V) ou falsas (F)?
a. V-V-V-V
b. F-F-F-F
c. V-F-V-V
d. V-F-F-V
e. V-F-V-F
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3. Posicionadores são elementos que podem ser utilizados 
para transmitir ao atuador a pressão exercida pela 
carga, movendo a haste da válvula de acordo com o sinal 
enviado pelo controlador.
Qual das alternativas não representa uma 
recomendação de utilização de um posicionador?
a. Compensar forças de atrito
b. Aumentar a velocidade de resposta
c. Facilitar a inversão da ação de uma válvula
d. Aumentar o tempo de posicionamento da válvula
e. Selecionar parte da faixa da saída controlador
Referências bibliográficas
ALCIATORE, D. G., HISTAND, M. B. Introdução à Mecatrônica e aos Sistemas de 
Medições. 4. Ed. Porto Alegre: AMGH, 2014.
FIALHO, A. B. Automatismos Pneumáticos - Princípios Básicos, 
Dimensionamentos de Componentes e Aplicações Práticas. São Paulo: Érica, 2015.
FRANCHI, C. M. Instrumentação de Processos Industriais – Princípios e 
Aplicações; 1. Ed. - São Paulo : Érica, 2015.
OLIVEIRA, A. L. de L. Elementos Finais de Controle. Departamento Regional do 
Espírito Santo, SENAI, Espírito Santo, 1999.
PARKER. Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Tecnologia Eletrohidráulica Industrial. 
Apostila. Jacareí, 2016.
PARKER. Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Tecnologia Pneumática Industrial. 
Apostila. Jacareí, 2007. Disponível em: https://www.parker.com/literature/Brazil/
apostila_M1001_1_BR.pdf. Acesso em 10 abr. 2019.
SE. Saber Elétrica. Tipos de Atuadores. 2014. Disponível em: https://www.
sabereletrica.com.br/tipos-de-atuadores/. Acesso em 10 abr. 2019.
https://www.parker.com/literature/Brazil/apostila_M1001_1_BR.pdf
https://www.parker.com/literature/Brazil/apostila_M1001_1_BR.pdf
https://www.sabereletrica.com.br/tipos-de-atuadores/
https://www.sabereletrica.com.br/tipos-de-atuadores/
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Gabarito
Questão 1 – Resposta D
Primeiramente, transforma-se as unidades dos diâmetros de 
milimetro para centímetro. A área interna do cilindro pode ser 
calculada usando a equação 1, de tal forma que Ai = 3,14. (3,5²)/4 = 
9,6 cm². Da equação 2, obtém-se que a velocidade de deslocamento 
em do lado a é Va=16000/9,6=1666,7 cm/min.
Por sua vez, a área da haste é Ah = 3,14 . (2,8²)/4 = 6,2 cm². Assim, 
a área a ser considerada da coroa circular, é A = 9,6 – 6,2 = 3,4 cm². 
Então, no lado b a velocidade é Vb=16000/3,4=4705,9 cm/min.
Assim, a alternativa d) é a correta.
Questão 2 – Resposta A
Todas as afirmações são verdadeiras, portanto a letra a) é a 
correta. Os atuadores hidráulicos fornecem torque elevadíssimo; 
Os atuadores elétricos de fato não são indicados em ambientes 
de alta temperatura, sendo preferível a utilização de cilindros 
hidráulicos, por exemplo; Tanto os atuadores pneumáticos e 
hidráulicos apresentam boa velocidade de resposta. 
Questão 3 – Resposta: D
A alternativa d) não representa uma recomendação do uso 
de posicionador. O tempo de resposta do posicionador 
somado com o tempo de posicionamento da válvula deve ser 
mais rápido do que o tempo de atuação. Assim, o uso de um 
posicionador objetiva diminuir o tempo de posicionamento da 
válvula. As demais alternativas apresentam recomendações 
tradicionais dos posicionadores.
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909090 
Aquisição e interpretação de dados
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Compreender o fluxo de dados referentes a 
processos industriais;
• Verificar elementos do processo de aquisição e 
tratamento de sinais;
• Expor ferramentas utilizadas na interpretação e 
visualização dos dados;
• Introduzir tendências relacionadas à inteligência e 
mineração de dados.
9191 91
1. Introdução
A aquisição e interpretação de dados nos processos industriais permite 
às organizações um maior controle das operações e traçar estratégias. 
Além disso, permite reduzir custos, otimizar processos e aumentar a 
qualidade da produção, entre outras vantagens.
Nas indústrias, diferentes dados relativos aos parâmetros físicos são 
constantemente coletados e processados. Usualmente, tais dados são 
utilizados pelos próprios controladores presentes na indústria, de forma 
a realimentar a malha de controle, ou são utilizados no monitoramento 
da linha de produção. As etapas básicas pelas quais os dados comumente 
percorrem dentro de um sistema de controle são indicadas na Figura 1.
Figura 1 – Etapas percorridas pelos dados
Fonte: Elaborada pelo autor.
A primeira etapa consiste na detecção do sinal de entrada, convertendo 
grandezas como temperatura, umidade, pH e pressão em sinais elétricos 
(CASSIOLATO, 2019). Esta tarefa é feita por sensores ou transdutores. 
Em seguida, é realizado o condicionamento e processamento do sinal. 
Nesta etapa, o sinal é amplificado, linearizado e/ou filtrado, conforme 
a necessidade. Também ocorre a conversão do sinal de analógico para 
9292 
digital, visto que os dados são normalmente utilizados por controladores 
digitais ou computadores para efetuar alguma operação. Após 
processado, o sinal pode passar por 3 ações principais:
• Seguir para um outro circuito para modificar a malha de controle 
em que está inserido;
• Ser armazenado em bancos de dados ou arquivos de texto para 
futura consulta;
• Ser visualizado em fluxo contínuo por algum software ou por 
elementos visuais presentes na indústria como painéis e displays 
para os usuários do sistema.
Nesse estudo serão abordados elementos fundamentais relativos ao 
condicionamentoe processamento dos sinais de processos. Também 
serão expostas algumas ferramentas para interpretação e visualização 
que atribuem significado à informação adquirida.
2. Condicionamento e processamento do sinal
Para que o dado observado seja fidedigno, a obtenção do sinal e o 
seu tratamento devem ser feitos corretamente. O sinal resultante do 
sensoriamento pode ter uma amplitude pequena, sendo necessária a 
amplificação do sinal. Para essa finalidade, amplificadores operacionais 
(amp-ops) podem ser utilizados. As configurações mais elementares 
de amplificação de sinal com amp-ops são as configurações inversora 
(Figura 2) e não-inversora (Figura 3).
Figura 2 – Configuração do amplificador inversor
Fonte: Elaborada pelo autor.
9393 93
Para a primeira configuração (amplificador inversor), o ganho A, que 
expressa a razão entre a tensão de saída (Vo) e a tensão de entrada (Vi), é 
dado pela Equação 1.
 Vo
Vi
=A =
R2
R1
 (1)
Figura 3 – Configuração do amplificador não-inversor
Fonte: Elaborada pelo autor.
Para a segunda configuração, como amplificador não-inversor, o ganho 
corresponde ao apresentado pela Equação 2.
 Vo
Vi
= 1 +A =
R2
R1
 (2)
Além das topologias de amplificadores apresentadas, existem outras que 
permitem a somatória ou subtração de dois sinais, em conjunto a aplicação 
de um ganho. Em casos onde há a necessidade do condicionamento de 
um sinal diferencial e/ou um alto ganho, a montagem mais utilizada é a do 
amplificador de instrumentação, apresentada na Figura 4.
Figura 4 – Configuração do amplificador de instrumentação
Fonte: Elaborada pelo autor.
9494 
O amplificador de instrumentação gera uma saída baseada na diferença 
entre suas duas entradas, multiplicada por um ganho que é selecionado 
por meio da seleção dos resistores em sua montagem. Com isso, a 
tensão de saída da montagem apresentada na Figura 4 é representada 
pela Equação 3.
 (3)
Além da montagem com a utilização de três amplificadores operacionais, 
pode-se empregar um circuito integrado que possui essa montagem 
internamente. Dessa forma, basta selecionar o valor do ganho por 
meio de um resistor externo. Um exemplo de circuito integrado de 
amplificador de instrumentação é o INA121, que possui seu diagrama 
interno apresentado na Figura 5. Além dos pinos de alimentação, 
entrada, saída e para colocação do resistor de ganho, o circuito 
integrado possui ainda o pino “Ref”, onde pode ser aplicada uma tensão 
a ser somada ao sinal de saída. Conforme dados contidos no datasheet 
deste circuito integrado, o ganho pode ser calculado conforme a 
Equação 4 (TEXAS INSTRUMENTS, 1998).
 (4)
Figura 5 – Configuração do circuito integrado INA121
Fonte: Texas Instruments (1998, p. 1).
9595 95
Outra etapa relevante no processamento de sinais é a filtragem, que 
consiste na seleção de frequências do sinal de entrada. Os filtros podem 
ser classificados conforme três aspectos: tecnologia empregada, função 
executada e tipo de resposta aproximada. Com essas classificações é 
possível diferenciar e especificar o filtro corretamente conforme a aplicação.
O primeiro aspecto dentro das classificações dos filtros é quanto a sua 
tecnologia e existem três fundamentais, que estão elencadas a seguir:
• Os filtros passivos, como o próprio nome diz, são montados 
apenas com elementos passivos como resistores, capacitores e 
indutores. Eles são usualmente utilizados em sinais acima de 1 
MHz, pois em baixas frequências exigem indutores muito grandes. 
Não possuem ganho de potência e são difíceis de ser sintonizados;
• Os filtros ativos, são montados com uma associação de elementos 
passivos, normalmente resistores e capacitores, e elementos 
ativos, usualmente amplificadores operacionais, que podem 
proporcionar um ganho ao sinal não filtrado. Eles são fáceis 
de sintonizar e possuem a possibilidade de permitir ganho de 
potência, sendo utilizados para frequências inferiores a 1 MHz, 
devido à limitação do amplificador operacional;
• Nos filtros digitais, o processo de filtragem é feito de forma digital, 
com o auxílio de um microcontrolador ou microprocessador. 
Nesse processo, o sinal analógico é convertido em digital por meio 
de um conversor A/D e então são aplicados algoritmos específicos 
que irão executar a filtragem do sinal amostrado.
O segundo aspecto de estudo dos filtros é a função executada ou 
tipo de resposta ideal. Os principais tipos de respostas ideiais estão 
apresentados graficamente na Figura 6 e elencados a seguir:
• Passa-baixas: idealmente permite a passagem de frequências 
inferiores à frequência de corte e rejeita as frequências superiores 
a ela. Como grande parte do ruído possui alta frequência, este tipo 
de filtro é comumente utilizado para atenuá-lo;
9696 
• Passa-altas: idealmente permite a passagem de frequências 
superiores à frequência de corte e rejeita as frequências inferiores;
• Passa-faixa: permite a passagem apenas uma banda (faixa) 
contida entre uma frequência de corte inferior e outra superior;
• Rejeita-faixa: rejeita a banda localizada entre uma frequência de 
corte inferior e outra superior.
Figura 6 – Resposta ideal dos filtros passa-baixas (a), passa-altas (b), 
passa-faixa (c) e rejeita-faixa (d).
Fonte: Adaptada pelo autor de Malvino e Bates (2016, pg 790-793).
A principal fonte de ruido para um sinal de instrumentação é a própria 
rede elétrica, que introduz um componente de frequência normalmente 
indesejável ao sinal (no Brasil, esse ruído se localiza em 60 Hz). Um filtro 
rejeita-faixa é uma opção que pode ser adotada para a atenuação desse 
9797 97
sinal especifico. Pode também se aplicar um filtro passa-baixa com 
frequência de corte um pouco maior que 60 Hz para se minimizar esse 
sinal ruidoso do sinal de interesse.
A função de transferência (H) desses filtros, quando analógicos, passivos 
e de primeira ordem, estão resumidos no Quadro 1. Nele, R, C e L 
correspondem, respectivamente, ao valor de resistência, capacitância e 
indutância dos elementos eletrônicos constituintes do circuito do filtro e 
w = 2pf representa a frequência angular.
Quadro 1 – Funções de transferência básicas de cada tipo de filtro
Tipo de filtro Função de transferência
Passa-baixas
Passa-altas
 
Rejeita-faixa
 
Passa-faixa
 
Fonte: Elaborada pelo autor baseado em Alexander; Sadiku (2003).
As respostas ideais ilustradas até então são impossíveis de serem 
obtidas com circuitos práticos. Assim, existem algumas aproximações 
das respostas ideais, que oferecem vantagens ou desvantagens 
dependendo do tipo de aplicação. Podem ser elencados quatro tipos 
de respostas aproximadas, que recebem o nome de seus criadores: 
9898 
Butterworth, Chebyshev, Cauer ou Elíptica e Bessel. Essas respostas 
aproximadas estão apresentadas na Figura 7, que ilustra a resposta 
de filtros passa-baixa de quinta ordem, projetados com cada uma das 
aproximações com frequência de corte em 2 GHz.
Figura 7 – Respostas aproximadas dos filtros
Fonte: Elaborada pelo autor.
Como o processamento do sinal é comumente realizado por 
computadores, controladores lógico-programáveis ou microcontroladores, 
é comum a prática de converter um sinal analógico em sinal digital.
Esse processo envolve duas etapas principais: amostragem e 
quantização. A amostragem consiste em ler o valor do sinal em 
tempos discretos. A Figura 8 exemplifica esse processo. Nela, o sinal 
analógico S(t) é representado em verde e as amostradas são tomadas 
a cada T segundos. Os valores das amostras Si, representados em azul, 
correspondem às amostras discretas.
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Figura 8 – Representação do processo de amostragem
Fonte: Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Signal_Sampling.png. 
Acesso em: 24 de abr. 2019.
ASSIMILE
Quanto menor o período de amostragem T, maior será a 
similaridade entre o sinal analógico e o sinal amostrado. 
Contudo, limitações de hardware impedem que T seja 
tão próximo de 0 devido a limitações de armazenamento 
dos dados e velocidade. Não obstante, paragarantir a 
correta amostragem é necessário atender ao teorema 
de amostragem de Nyquist-Shannon, de tal forma que a 
frequência de amostragem seja maior do que o dobro da 
frequência máxima do sinal analógico. Porém, fazendo 
a amostragem com apenas o dobro da frequência do 
sinal original, muita informação do original é perdida. 
Desta forma, na prática, utiliza-se uma amostragem com 
frequencia ao menos dez vezes maior que o sinal orginal.
100100 
A outra etapa da conversão analógico-digital é a quantização, efetuada 
por um conversor analógico-digital (A/D) propriamente dito, em que 
o valor do sinal amostrado é convertido para um número binário. O 
número de combinações possíveis (N) para a aproximação do sinal de 
entrada é dada em função do número de bits (n) do conversor A/D, de 
tal forma que N=2n. Assim, quanto maior o número de bits, maior o 
número de combinações possíveis, diminuindo o erro de aproximação 
do sinal analógico em relação ao sinal codificado.
Após essas etapas, os sinais podem ser lidos em diferentes arquiteturas 
de controle digital, permitindo sequenciamento, temporização, 
operações aritméticas, comunicação, entre outras funcionalidades 
(ALCIATORE; HISTAND, 2014). Cada arquitetura possui especificidades, 
que devem ser consideradas na escolha da arquitetura que melhor se 
adeque à aplicação em que será utilizada: instruções, linguagens de 
programação, tamanhos de memória, quantidade de portas, funções e 
operações permitidas, tipo de comunicação, quantidade de portas, tipos 
de portas, tensões de entrada e saída, entre outras.
3. Atuação, visualização e armazenamento
Após o processamento, as arquiteturas de controle digital podem gerar 
diferentes saídas para finalidades distintas. Quando o dado é enviado 
para um elemento final de controle, é utilizado para modificar o valor 
de alguma variável para que atinja o valor desejado. Quando se trata de 
sistemas mecânicos, atuadores hidráulicos, pneumáticos ou elétricos 
são utilizados para realizar movimento.
Em relação à visualização, é possível utilizar elementos indicadores, 
que mostram o valor da variável por meio de ponteiros, escalas 
graduadas, barras gráficas ou dígitos (GONÇALVES, 2003). Também há 
a possibilidade de haver indicadores luminosos caso ocorra alguma 
anomalia na indústria.
101101 101
PARA SABER MAIS
Outra forma de visualização é por meio de instrumento 
virtual, que é composto por um equipamento capaz de 
coletar dados e um software que permite substituir alguns 
elementos tradicionais como osciloscópios. Algumas 
das vantagens de sua utilização são a modularização 
das diferentes funcionalidades do instrumento, a 
personalização das funcionalidades e o menor custo.
Além disso, as informações podem ser visualizadas localmente ou em 
painéis em salas de controle, por exemplo. Uma das técnicas para 
transmitir os valores do processo à distância é utilizar a telemetria, que 
possibilita a centralização de informações de diferentes instrumentos e 
controles em painéis de controle, de forma a permitir uma visão geral 
do funcionamento de diferentes elementos da unidade (GONÇALVES, 
2003). Esses dados podem, então, ser consultados de forma contínua e 
agrupados de acordo com a necessidade. A Figura 9 mostra diferentes 
formas que os dados podem ser visualizados em uma sala de controle: 
gráficos, dígitos, mapas de calor, indicações luminosas.
Figura 9 – Exemplo de telas de uma sala de controle
Fonte: Martin Barraud/iStock.com.
102102 
Em automação industrial, também são utilizados sistemas de supervisão 
e controle (SCADA), que permitem configurar arquivos de eventos e 
alarmes, relatórios e interfaces para controles de funções avançadas 
por meio de trechos de código (MORAES; CASTRUCCI; 2010). O módulo 
de configuração do sistema permite a definição de objetos gráficos 
de forma a mudar a cor ou a forma de um objeto de acordo com uma 
alteração no banco de dados (ALVES; 2017). 
Em relação ao armazenamento dos dados, é possível armazenar os 
dados em diferentes locais: localmente, em servidores, em dispositivos 
de storage ou então em nuvem. Os dados armazenados podem 
ser posteriormente interpretados por gráficos e pela realização de 
análises estatísticas. Ferramentas de inteligência de negócios (Business 
Intelligence, BI) têm sido cada vez mais sido utilizadas como sistemas de 
apoio à decisão e como base para a elaboração de planos estratégicos. 
O Quadro 2 mostra gráficos comuns que podem estar contidos em 
relatórios que analisam os dados.
Quadro 2 – Descrição dos principais tipos de gráficos de análise de dados
Tipo Descrição Vantagens Desvantagens
Gráfico 
de barras
A frequência de uma 
variável discreta 
é representada 
pela altura das 
barras, que podem 
estar dispostas na 
horizontal ou vertical. 
As barras possuem 
espaços entre si.
Permite a comparação 
de forma imediata.
Apenas informações 
simples podem ser 
representadas.
Gráfico 
de barras 
agrupadas
Os diferentes valores 
de uma mesma 
variável são dispostos 
em grupos.
Permite a comparação 
de diferentes dados 
para a mesma variável.
Apenas dados poucas 
variáveis e categorias 
estatísticas podem 
ser representadas.
Pictograma
Símbolos relacionados 
ao significado dos 
dados são adotados 
para representá-los.
Permite a comparação 
de forma bastante 
inteligível.
Possui limitações em 
relação à quantidade 
de informação 
apresentada e 
à precisão.
103103 103
Gráfico 
de linhas
Apresentam a 
informação em 
função do tempo na 
forma de linhas.
Permite a comparação 
entre dados e analisar 
a variação temporal. 
Apenas o período 
apresentado no gráfico 
pode ser visualizado.
Gráfico 
de caule 
e folhas
Os dados são dispostos 
em caule (lado 
esquerdo) e folhas 
(lado direito). Todos 
os números das folhas 
podem ser combinados 
ao respectivo 
número no caule.
Permite a visualização 
de todos os valores 
dos dados sem a 
necessidade de 
criar uma tabela 
de frequências.
Além disso, 
permite a visualização 
holística da distribuição 
dos dados.
Apenas dados 
com um número 
médio de caules são 
indicados para serem 
representados dessa 
forma e quando os 
dados são bastante 
dispersos, dificulta-
se a interpretação.
Gráfico 
circular
As diferentes categorias 
estatísticas são 
representadas de 
forma proporcional 
à sua frequência 
em um círculo.
Pemite comparar 
as proporções das 
diferentes categorias 
de forma direta.
Não deve ser utilizado 
quando se quer 
visualizar o valor 
real ou quando há 
muitas categorias.
Histograma
Utilizado para 
representar 
frequências de uma 
variável quantitativa 
contínua. As diferentes 
frequências são 
representadas por 
alturas de barras, sem 
espaço entre elas.
Permite a visualização 
de forma imediata da 
distribuição do dado.
Difícil construção 
quando feita 
manualmente 
se a amplitude 
dos intervalos é 
diferente entre si.
Gráfico 
de caixa
Possui o formato de um 
retângulo limitado dois 
segmentos de reta.
Permite a visualização 
da distribuição 
completa dos 
dados, bem como a 
identificação direta 
da mediana, limites 
infeirores e superiores, 
quartis e de outliers.
A construção depende 
do cálculo prévio do 
mínimo, máximo, 1º e 3º 
quartis e da mediana.
Fonte: Modificado pelo autor baseado em Nunes (2019).
Também podem ser utilizados para futuras análises preditivas, técnicas 
de aprendizado de máquina (DIAS, 2010), que tem o objetivo de 
reconhecer possíveis padrões nos dados. O campo de aprendizado 
de máquina pode lidar com problemas cujas saídas são conhecidas 
104104 
(aprendizado supervisionado) ou desconhecidas (aprendizado não 
supervisionado). No caso de aprendizado não-supervisionado, a 
alternativa mais comum para a compreensão dos dados é a criação 
de clusters (agrupamentos). Exemplos de algoritmos desse tipo 
de aprendizado são o k-means e db-scan. Já para o aprendizado 
supervisionado são criados modelos que mapeiam a relação entre 
a entrada e a saída do problema. Os problemas envolvidos nessa 
abordagem podemser tanto de classificação quanto de regressão.
Problemas de classificação se referem àquelas cujas saídas são 
nominais ou categóricas, por exemplo: falha ou correto funcionamento; 
bom, médio ou ruim; aceitável ou não aceitável. Por sua vez, os 
problemas de regressão lidam com valores de saída contínuos, 
como é o caso de problemas cuja saída é alguma medida de nível ou 
temperatura. Alguns dos algoritmos mais utilizados são regressão 
linear, regressão logística, naive bayes, k-vizinhos mais próximos, redes 
neurais artificiais, árvores de decisão, florestas aleatórias e máquinas 
de vetores de suporte. Muitos dos algoritmos podem ser utilizados 
tanto para regressão quanto para classificação, entretanto alguns são 
específicos para algum tipo de problema.
Outra área de aprendizado de máquina que pode ser aplicada aos 
dados de processo é mineração de fluxos (stream mining), que lida com 
aprendizado online, superando barreiras como limitação de memória. 
A criação de árvores incrementais é um exemplo de técnica utilizada 
nessa linha.
Nessa leitura fundamental foram apresentadas as principais etapas de 
condicionamento e processamento de um sinal relativo ao processo 
industrial. Também foram vistas algumas formas de visualizar a 
informação obtida e ferramentas para interpretá-la.
105105 105
TEORIA EM PRÁTICA
Praticamene toda a indústria possui motores elétricos 
que geram movimento para diversas partes do 
processo produtivo e em alguns casos para dimensionar 
corretamente um motor é necessário se conhecer o torque 
necessário para a movimentação de determinado elemento, 
como, por exemplo, de uma esteira.
Considere que você é um profissional responsável pela 
automação da linha de produção de um frigorifico de 
abate de frangos, que possui uma grande quantidade 
de esteiras, todas acionadas por motores elétricos. 
Vários motores dessa linha de produção apresentaram 
problemas recentemente, que acabaram queimando 
por não conseguirem acionar as esteiras na velocidade 
desejada devido ao grande peso sobre elas. Assim, cabe a 
você projetar uma forma de medir o torque gerado pelos 
motores, de forma a averiguar se eles estão dimensionados 
corretamente para a aplicação.
Você possui alguns extensômetros que podem ser utilizados 
nessa medição, mas como utilizá-los de forma a pemitir essa 
medição? Qual circuito de condicionamento pode ser utilizado? 
É necessário amplificar o sinal vindo do extensômetro?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. A conversão de um sinal analógico em sinal digital é 
uma prática comum para permitir que as arquiteturas 
de controle processem os dados. A amostragem, que 
consiste em ler o valor do sinal em tempos discretos, é 
uma dessas etapas.
106106 
Supondo que o sinal analógico possua frequência 
máxima de 100Hz, quanto deve ser a frequência 
de amostragem mínima para garantir uma correta 
amostragem?
a. 100 Hz.
b. 200 Hz.
c. 50 Hz. 
d. 10 Hz.
e. 1000 Hz.
2. O aprendizado de máquina pode ser utilizado na 
interpretação dos dados de processo de forma 
inteligente. Sobre seus conceitos básicos, analise as 
informações a seguir:
( ) O aprendizado de máquina pode ser classificado em 
supervisionado e não-supervisionado.
( ) Problemas de classificação são exemplos de 
problemas relacionados ao aprendizado não-
supervisionado.
( ) Se a saída de um problema é conhecido e se refere a 
valores contínuos de pressão do processo, trata-se de 
um problema de regressão.
( ) Árvores incrementais podem ser utilizadas em 
aprendizado online.
Qual das sequências indica, respectivamente, de cima 
para baixo, quais afirmações são verdadeiras (V) ou 
falsas (F)?
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107107 107
a. V-V-V-V.
b. F-F-F-F.
c. V-F-V-V.
d. V-F-F-V.
e. V-F-V-F.
3. Uma etapa relevante no processamento de sinais é 
a filtragem, que consiste na seleção de frequências 
específicas do sinal de entrada. Os filtros podem ser 
categorizados em 4 tipos principais: passa-baixas, passa-
altas, passa-faixa e rejeita-faixa. A Figura 10 apresenta 
graficamente esses filtros.
Figura 10 – Representações no domínio da frequência 
dos tipos básicos de filtros
Fonte: Modificada pelo autor baseado em: https://en.wikipedia.org/
wiki/File:Bandform_template.svg. Acesso em: 25 abr. 2019.
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bandform_template.svg
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bandform_template.svg
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108108 
Quais das figuras mostradas na Figura 6 melhor 
correspondem às funções de transferência 
1
1 + jwRC
H(w) = e 
jwRC
1 + jwRC
H(w) = , respectivamente?
a. As figuras I e IV.
b. As figuras II e III.
c. As figuras IV e I.
d. As figuras III e II.
e. As figuras III e IV.
Referências bibliográficas
ALCIATORE, D. G.; HISTAND, M. B. Introdução à Mecatrônica e aos Sistemas de 
Medições. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2014.
ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 
Porto Alegre: Bookman, 2003.
ALVES, J. L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 2. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2017.
CASSIOLATO, C. Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados. 2019. Disponível 
em: http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/sistemas-de-supervisao-e-aquisicao-
de-dados. Acesso em: 22 abr. 2019.
DIAS, R. R. de F. Internet das Coisas sem mistérios: uma nova inteligência para os 
negócios. São Paulo: Netpress Books, 2016.
GONÇALVES, M. G. Monitoramento e Controle de Processos. Rio de Janeiro: 
Petrobrás; Brasília: SENAI/DN, 2003.
MALVINO, A. P.; BATES, D. Eletrônica. vol. 2. 8. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016. 483 p.
MORAES, C. C. de; CASTRUCCI, P de L. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2010.
http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/sistemas-de-supervisao-e-aquisicao-de-dados
http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/sistemas-de-supervisao-e-aquisicao-de-dados
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109109 109
NUNES, V. Tipos de Gráficos Estatísticos. 2019. Disponível em: https://www.
matematica.pt/util/resumos/tipos-graficos-estatisticos.php. Acesso em: 25 abr. 2019.
TEXAS INSTRUMENTS. INA121 datasheet. 1998. Disponível em: http://www.ti.com/
lit/ds/symlink/ina121.pdf. Acesso em: 26 abr. 2019.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: B
Para garantir a correta amostragem é necessário atender o 
teorema de amostragem de Nyquist-Shannon, que declara 
que a frequência de amostragem seja maior do que o dobro 
da frequência máxima do sinal analógico. Dessa forma, se a 
frequência máxima do sinal analógico é 100 Hz, a frequência de 
amostragem mínima deve ser de 200 Hz.
Questão 2 – Resposta: C
Todas as afirmações são verdadeiras, exceto a segunda, portanto, 
a sequência correta é V-F-V-V, letra (c). Em um problema de 
classificação, as saídas são nominais ou categóricas. Isto implica 
que a saída do problema é conhecida e, portanto, trata-se de 
aprendizado supervisionado.
Questão 3 – Resposta: C
A função de transferência H(w)=1/(1+jwRC) corresponde a um 
passa-baixas, como pode observado no Quadro 1 ou pela análise 
da expressão: quando a frequência é 0, H=1. Quando w tende ao 
infinito, H=0. (Figura 10. IV).
Por outro lado, a função de transferência H(w)= jwRC /(1+jwRC) 
corresponde a um passa-altas, pois quando a frequência é 0, H=0. 
Quando w tende ao infinito, H=1. (Figura 10. I).
Assim, as alternativas IV e I são as corretas.
https://www.matematica.pt/util/resumos/tipos-graficos-estatisticos.php
https://www.matematica.pt/util/resumos/tipos-graficos-estatisticos.php
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina121.pdf
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110110110 
Aplicações de sensores na indústria
Autor: Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
Objetivos
• Reconhecer os princípios operacionais dos 
sensores de proximidade;
• Identificar os sensores mais adequados para 
determinada aplicação;
• Observar aspectos de instalação que devem ser 
consideradas quando utilizados esses sensores.
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1. Introdução
Um dos requisitos para a automação de processos é obter informaçõessobre as variáveis que estão envolvidas. Nesse contexto, os sensores são 
os elementos responsáveis por receber os dados do estado do processo 
e transformá-lo em grandezas elétricas para que possam ser utilizados 
em um processador (SOLOMAN, 2012).
Uma indústria possui diferentes sensores para monitorar as grandezas 
desejadas. Alguns exemplos são os sensores utilizados para medir as 
grandezas físicas de temperatura, vazão, pressão e nível. Na automação 
dos processos, porém, os sensores de proximidade também são de 
grande relevância, apresentando diversas aplicações. A Figura 1 mostra 
um braço robótico equipado com um sensor de proximidade para 
realizar seus movimentos de forma correta.
Figura 1 – Exemplo de uso de sensor de proximidade 
com um braço robótico
Fonte: kynny/iStock.com.
112112 
Dentre as diferentes aplicações, os sensores de proximidade podem 
ser utilizados para (SEIDEL, 2011; SOLOMON, 2012; THOMAZINI, 
ALBUQUERQUE, 2011):
• Detecção de posição;
• Contagem de peças;
• Velocidade de rotação;
• Medida de altura;
• Detecção de nível;
• Medição de velocidade;
• Detecção de obstrução;
• Detecção de forma;
• Proteção e segurança;
• Detecção de rompimentos de fios;
• Detecção de ferramentas;
• Acendimento de luzes, entre outras.
Dada sua vasta aplicabilidade na indústria, nesse estudo serão 
abordados os principais sensores de proximidade que podem ser 
utilizados para as aplicações descritas anteriormente. Também serão 
abordadas as características comuns desses diferentes sensores, que 
devem ser consideradas em sua seleção, bem como instalação.
2. Sensores de proximidade
Uma das principais classificações dos sensores se refere ao sinal de 
saída, podendo ser do tipo analógico (ou proporcional) ou digital (ou 
discreto) (FRANCHI, 2015). No tipo analógico, a saída assume valores 
numéricos de tensão, resistência ou corrente contínuos contidos 
113113 113
entre um limitante superior e inferior. Os valores são proporcionais à 
grandeza que está sendo avaliada. No tipo discreto, a saída apresenta-
se na base binária, comumente como desligado ou ligado. Dessa 
forma, pode ser utilizado em situações em que é necessário mostrar 
a presença ou ausência de algum elemento, bem como quando 
determinado nível foi ultrapassado.
Com a finalidade de detecção de proximidade, uma das opções é 
a utilização de chaves eletromecânicas. Outra opção é a utilização 
de sensores eletrônicos como sensores de proximidade indutivos, 
capacitivos, óticos ou ultrassônicos. A segunda opção apresenta grandes 
vantagens em relação à primeira, como mostrado no Quadro 1, que 
compara os tipos eletrônico e eletromecânico.
Quadro 1 – Comparação das características de sensores de proximidade 
eletrônico e eletromecânico
Características Sensor Eletrônico Sensor Eletromecânico
Necessidade de contato 
físico com o alvo Não Sim
Velocidade de resposta Alta Baixa
Frequência de comutação Alta Baixa
Vida útil Sem limites de ciclo de operação
Limitado número 
de contatos
Custo Elevado Baixo
Fonte: SEIDEL (2011, p. 24).
Grande parte dos sensores de proximidade possuem algumas 
características em comum:
• Face sensora: parte do sensor pela qual são emitidos os campos 
eletromagnéticos ou ondas. A Figura 2 mostra um sensor indutivo 
em que a área circular azul corresponde à face sensora;
114114 
Figura 2 – Exemplo de sensor de proximidade indutivo
Fonte: Morfey713/iStock.com.
• Distância sensora nominal: distância máxima especificada pelo 
fabricante que um sensor consegue operar;
• Distância sensora operacional: distância que o sensor consegue 
detectar a proximidade na prática devido a diferentes fatores;
• Zona morta: área perto do sensor em que não é possível realizar 
a detecção do objeto.
Quando discreto e binário, a saída do sensor pode ser normalmente aberta 
ou normalmente fechada. Se normalmente aberta, a saída do sensor 
encontra-se desativada quando não há algum elemento na região sensível, 
passando a energizar-se quando detecta algum elemento. Se normalmente 
fechada, a saída do sensor encontra-se normalmente energizada.
As características operacionais dos principais sensores de proximidade 
são expostas a seguir:
Sensor potenciométrico: utiliza a variação de resistência em um 
potenciômetro para obter uma variação na posição ou no ângulo. Para 
isso, o elemento que terá a posição alterada deve estar conectado ao 
ponto interno do potenciômetro.
115115 115
Sensor fotoelétrico (ou óticos): utiliza a luz para verificar se 
determinado objeto está presente ou ausente, ou ainda para 
determinar a distância entre o sensor e o objeto. O sensor é constituído 
essencialmente de uma fonte e um detector. A primeira é comumente 
um diodo emissor de luz, que envia um feixe no espectro de luz, 
podendo ser de luz visível ou infravermelha. Por sua vez, o detector 
é um fotodiodo capaz de perceber a existência de luz. O detector e a 
fonte podem estar localizados em partes distintas ou juntos, operando 
principalmente pelos seguintes princípios:
• Por barreira direta: a fonte e o detector localizam-se em partes 
distintas, porém a face que emite a luz deve estar de frente com a 
face que detecta. Se houver um objeto entre os dois, o recebimento 
da luz será interrompido, indicando a presença do objeto.
• Por difusão-reflexão: o detector e a fonte localizam-se na mesma 
parte. Quando um objeto atinge a região de sensibilidade do 
sensor, o feixe de luz é refletido para o detector, indicando a 
presença do objeto. A distância sensora operacional, denotada por 
Sa, depende da distância sensora nominal (Sn) e de alguns fatores 
de redução consequentes do tipo de material (Fm), da cor do 
objeto (Fc) e da atmosfera (Fatm), conforme a Equação 1.
 Sa = 0,81 · Sn · Fm · Fc · Fatm (1)
Os Quadros 2 e 3 mostram os fatores de redução para alguns materiais 
e cores, respectivamente.
Quadro 2 – Fatores de redução consequente do tipo de 
material do alvo para sensor ótico
Material Fm
Metal polido 1,2 a 1,8
Metal usinado 0,95 a 1,0
Madeira 0,7 a 0,8
Papelão 0,5 a 0,6
Fonte: SEIDEL (2011, p. 36).
116116 
Quadro 3 – Fatores de redução consequente da cor do 
alvo para sensor ótico
Cor Fc
Branca 0,95 a 1
Amarela 0,9 a 0,95
Vermelha 0,7 a 0,8
Violeta 0,5 a 0,6
Preta 0,2 a 0,5
Fonte: SEIDEL (2011, p. 36).
ASSIMILE
Os valores apresentados nos Quadros 2 e 3 indicam 
que quanto menos reflexivo e mais escuro o material, 
menor é o fator relacionado ao tipo de material e 
à cor. Consequentemente, menor será a distância 
sensora operacional.
O Quadro 4 mostra os fatores para alguns tipos de atmosfera. 
Nota-se que quando o ambiente possui elementos que impedem a 
passagem de luz, a distância operacional também diminui, podendo até 
inutilizar o sensor.
Quadro 4 – Fatores de redução consequente do tipo de 
atmosfera para sensor ótico
Atmosfera Fatm
Ar puro e úmido 1
Ar com fumaça leve ou algumas partículas em suspensão 0,4 a 0,6
Ar com muita fumaça ou muitas partículas em suspensão 0 a 0,1
Fonte: SEIDEL (2011, p. 39).
117117 117
• Retro-reflexivo: o detector e a fonte estão unidos na mesma 
parte. Existe um espelho prismático que recebe o feixe de luz 
e o reflete. Quando há um objeto entre o sensor e o espelho, 
ocorre um espalhamento da luz em diferentes direções, 
interrompendo o recebimento de luz.
Sensor indutivo: utiliza uma bobina na face sensora que gera um 
campo eletromagnético. Ao passo que um metal se aproxima do 
sensor, penetra no campo eletromagnético, absorvendo parte da 
energia do campo, que ocasiona a deteção. No caso de um sensor 
discreto, essa absorção é detectada pelo sensor e, passando de um 
limiar, acionada a saída. A distância sensora operacional é proporcional 
ao metal que é o alvo do sensor, segundo os fatores de redução (FR) 
apresentados no Quadro 5.
Quadro 5 – Fator de redução consequente do tipo de 
metal para sensor indutivo
Material FR
Ferro e aço 1,0
Aço inox 0,85
Alumínio 0,4
Cobre 0,3
Fonte: SEIDEL (2011, p. 31).
O uso dessetipo de sensor é bastante recomendado em aplicações 
de ambientes agressivos, em que estão presentes vibração, agentes 
químicos, vapores, colisões e muita sujeira. Também é utilizado em 
situações em que a velocidade de aproximação é elevada e quando as 
dimensões do objeto alvo são pequenas.
Sensor capacitivo: utiliza a variação da intensidade do campo 
conforme a permissividade do tipo de material que está sendo 
detectado. Assim, com a aproximação do objeto ao sensor, a 
capacitância tende a aumentar e é feita a detecção.
118118 
O Quadro 6 apresenta o fator de redução ao qual o sensor capacitivo 
está sujeito, dependendo do material. Nota-se que esse tipo de sensor 
pode ser utilizado para detectar materiais metálicos e não metálicos 
para diferentes aplicações.
Quadro 6 – Fator de redução consequente do tipo 
de material para sensor capacitivo
Material FR
Metais 1,0
Água 1,0
Vidro 0,3 a 0,5
Plástico 0,3 a 0,6
Óleo 0,1 a 0,3
Fonte: FRANCHI (2015, p. 309).
Sensor ultrassônico: utiliza ondas com frequência acima do espectro 
audível para detectar um objeto. Seu funcionamento baseia-se em 
algumas etapas. Primeiramente, o emissor envia uma onda. Se a onda 
entra em contato com alguma barreira, produz um eco. Considerando 
que o receptor se localiza junto ao emissor, a distância (d) entre e o 
sensor e o objeto pode ser calculada conforme a Equação 2.
 
t x v
2
d = (2)
Em que v representa a velocidade do som no ar (340 m/s), a divisão 
por 2 se justifica pelo fato de t corresponder ao período de ida e 
volta da onda. Algumas das vantagens do sensor ultrassônico são a 
independência da cor ou poeira.
Encoder rotativo: é constituído de um disco cujo centro é posicionado 
no eixo. O disco possui furos dispostos de forma a obter uma saída 
discreta codificada ao passo que gira. Normalmente utiliza o princípio 
de detecção por barreira direta do sensor ótico para gerar o sinal de 
saída. Esse sinal varia conforme o disco, podendo informar a posição, 
velocidade e sentido de rotação.
119119 119
PARA SABER MAIS
Uma classificação comum dos encoders é entre o tipo 
incremental e absoluto. No incremental, é possível obter a 
mudança de posição em relação ao início, e não a posição 
real. Por sua vez, o encoder absoluto registra a posição do 
objeto, pois possuem uma referência interna fixa.
Transformador linear diferencial variável (LVDT): um núcleo 
magnético constituído de três bobinas constitui o transformador. 
O secundário é formado por duas bobinas que correspondem 
aproximadamente à metade da bobina única do primário. Entre o 
primário e o secundário localiza-se um núcleo ferromagnético. O 
deslocamento desse núcleo modifica a tensão induzida na saída do 
transformador. As aplicações mais comuns desse tipo de sensor são 
a verificação de deslocamento, modificação na espessura de peças, 
deflexão de estruturas, localização do êmbolo ou da haste em cilindros, 
em suspensões automotivas e em posicionadores que exigem precisão, 
tais como os empregados em robôs e diferentes ferramentas.
Transformador rotacional diferencial variável (RVDT): as bobinas 
estão dispostas de forma semelhante ao LVDT, porém o núcleo 
ferromagnético possui formato de semi-círculo. Conforme o semi-círculo 
gira, a tensão de saída varia.
3. Instalação de sensores
A instalação dos sensores de proximidade, e também de outros tipos de 
sensores, exige algumas atitudes para garantir o correto funcionamento. 
Alguns dos elementos que devem ser considerados são:
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Cabo de conexão: deve-se evitar que os cabos estejam muito 
tensionados para evitar sua ruptura. Também deve-se prendê-los de 
forma a evitar que seu excesso interfira na produção, na medição ou 
seja afetado por elementos externos, como braços robóticos ou peças;
Fixação: é importante que o sensor esteja fixado a suportes para que 
evite sua colisão ou muita perturbação. Também é importante que a 
distância sensora seja respeitada e que esteja seguro em relação aos 
atuadores. Além disso, deve-se evitar usar muitos pontos de fixação.
Condições: analisar condições e temperatura em que o sensor será 
instalado é bastante importante para verificar se está de acordo com o 
apresentado na folha de dados (datasheet). Outra questão é verificar se o 
ambiente de operação é sujeito à umidade e partículas sólidas.
Sobre as condições do ambiente de operação, uma característica que 
classifica os sensores quanto à proteção a sólidos e líquidos é o índice 
de proteção (IP) (FRANCHI, 2015). Esse índice é denotado pelas letras 
IP seguidas de dois números: o primeiro varia de 0 a 6 e mostra a 
proteção contra sólidos; o segundo número varia de 0 a 8 e mostra a 
proteção contra água sem causar dano ao funcionamento do sensor. 
Os Quadros 7 e 8 mostram o significado do primeiro e segundo dígito, 
respectivamente.
Quadro 7 – Primeiro dígito de IP, relativo à proteção contra sólidos
Nível Proteção
0 Nenhuma proteção contra entrada de objetos ou contato
1 Proteção contra entrada de objetos maiores de 50 mm, sem proteção de contato
2 Proteção contra entrada de objetos maiores de 12,5 mm
3 Proteção contra entrada de objetos maiores de 2,5 mm
4 Proteção contra entrada de objetos maiores de 1 mm
5 Proteção parcial contra entrada de poeira e proteção completa contra contato
6 Proteção total contra entrada de poeira e contato
Fonte: Adaptado de Lamb (2015, p. 175).
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Quadro 8 – Segundo dígito de IP, relativo à proteção contra líquidos
Nível Proteção
0 Nenhuma proteção 
1 Proteção contra gotejamento vertical de água
2 Proteção contra gotejamento de água com o sensor inclinado em até 15º
3 Proteção contra pulverização de água 
4 Proteção contra espirro de água
5 Proteção parcial contra jatos de água feitos com um bico de 6,3 mm
6 Proteção parcial contra jatos fortes de água feitos com um bico de 12,5 mm
7 Proteção contra imersão em água de até 1 m de profundidade
8 Proteção contra imersão em água de mais de 1 m de profundidade
Fonte: Adaptado de Lamb (2015, p. 176 e 177)
Nesta leitura fundamental foram abordados os principais tipos e as 
principais aplicações de sensores de proximidade, que são bem amplas. 
Também foram identificadas algumas características essenciais que 
devem ser observadas durante a seleção e instalação desses sensores 
para seu correto funcionamento.
TEORIA EM PRÁTICA
A seleção do sensor correto a ser utilizado em 
uma determinada aplicação é determinante para o 
funcionamento correto da automação. Quando é 
necessária a detecção de um determinado objeto ou 
substância são utilizados sensores de proximidade, 
também chamados de sensores de presença.
Considere que você trabalha em uma indústria envasadora de água 
mineral, sendo responsável pela linha de produção. Devido a um 
crescimento da demanda da indústria, será implementada mais uma linha 
122122 
de produção (envasamento). Essa nova linha de produção deverá ser 
mais precisa, já que estará trabalhando com uma nova água saborizada, 
que possui valor de venda mais alto. Dessa forma, deve ser especificado 
um sensor de proximidade que detecte com precisão a presença do 
nível correto de líquido dentro da garrafa, evitando que a garrafa seja 
preenchida a mais ou a menos que o indicado na embalagem.
Qual modelo de sensor utilizar? Todos os modelos são capazes de 
detectar um líquido transparente?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Sensores de proximidade possuem diversas aplicações 
como a detecção de posição, contagem de peças e 
medida de velocidade. Sensores eletromecânicos ou 
eletrônicos podem ser utilizados para realizar essas 
tarefas. Analise as informações a seguir, que comparam 
as vantagens da utilização desses dois tipos de sensores:
( ) Uma das maiores vantagens de utilizar um sensor 
eletromecânico é seu menor preço em relação ao 
sensor eletrônico.
( ) Um sensor eletrônico não precisa ter contato físico 
direto com o objeto para detectar a presença.
( ) A velocidade de resposta de um sensor 
eletromecânico é maior do que a velocidadede 
resposta de um sensor eletrônico.
( ) A vida útil de um sensor eletrônico é maior do que a 
vida útil de um sensor eletromecânico.
123123 123
Qual das sequências indica, respectivamente, de cima 
para baixo, quais afirmações são verdadeiras (V) ou 
falsas (F)?
a. V-F-V-F.
b. V-V-F-V.
c. F-F-V-F.
d. V-F-V-V.
e. F-F-V-V.
2. Sensores óticos utilizam a luz para verificar se 
determinado objeto está presente ou ausente, ou ainda 
para determinar a distância entre o sensor e o objeto.
Suponha um sensor ótico de saída analógica que 
possua uma distância sensora nominal de 20 mm. 
Qual a máxima distância sensora operacional, sabendo 
que operará em ambiente com fumaça leve para 
detectar um metal usinado de cor branca?
a. 9,72 mm.
b. 16,2 mm.
c. 4,86 mm.
d. 12 mm.
e. 10 mm.
3. Os sensores podem ser utilizados em diferentes 
condições ambientais. Dependendo da aplicação, devem 
garantir proteção contra umidade e objetos sólidos.
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124124 
Para a proteção contra entrada total de poeira e imersão 
em água de até 1 m de profundidade, qual o grau de 
proteção IP mínimo exigido?
a. IP56.
b. IP57.
c. IP66.
d. IP67.
e. IP68.
Referências bibliográficas
FRANCHI, C. M. Instrumentação de Processos Industriais – Princípios e 
Aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2015.
LAMB, F. Automação Industrial na Prática. Porto Alegre: AMGH, 2015.
SEIDEL, A. R. Instrumentação Aplicada. 3. ed. Santa Maria: Universidade Federal 
de Santa Maria, 2011.
SOLOMAN, S. Sensores e Sistemas de Controle na Indústria. 2. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2012.
THOMAZINI, D.; ALBUQUERQUE, P.U. B. de. Sensores Industriais - Fundamentos e 
Aplicações. 8 ed. São Paulo: Érica, 2011.
Gabarito
Questão 1 – Resposta: B
Analisando o Quadro 1, chega-se à conclusão de que a alternativa 
(b) é a correta. A primeira afirmação é verdadeira. A segunda 
informação também é verdadeira, pois, como visto, os sensores 
eletrônicos podem usar ondas ou campos eletromagnéticos para 
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detectar o objeto. A terceira afirmação é falsa, pois a velocidade de 
resposta de um sensor eletrônico é bastante superior ao sensor 
eletromecânico. A quarta afirmação também é verdadeira, pois um 
sensor eletromecânico possui um número limitado de contatos.
Questão 2 – Resposta: A
Do Quadro 4, um ambiente com fumaça leve apresenta fator de 
redução Fatm de 0,4 a 0,6. Por sua vez, do Quadro 2 um metal 
usinado possui fator de redução Fm de 0,95 a 1. A cor branca, de 
acordo com o Quadro 3, possui Fc de 0,95 a 1.
Utilizando a Equação 1 com os valores acima, tem-se que:
Sa= 0,81 * 20 * 0,6 * 1 * 1
Assim, a máxima distância sensora operacional é 9,72 mm e a 
alternativa correta é a (a).
Questão 3 – Resposta: D
Dos Quadros 7 e 8, o número que corresponde à proteção total 
contra entrada de poeira é o 6. O número que corresponde à 
proteção em imersão de até 1 m de profundidade em água é 
o 7. Assim, a proteção IP67 é a mínima que o sensor escolhido 
deve ter, de forma que a alternativa (d) é a correta. Nota-se que 
a proteção da letra (e) também garantiria a proteção necessária, 
mas possivelmente teria um maior preço e não representam o IP 
mínimo do enunciado.
truck
Destacar
truck
Destacar
truck
Destacar
126126 
	Apresentação da disciplina 
	Parâmetros e terminologia de instrumentação 
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Parâmetros físicos 
	3. Classificação dos instrumentos 
	4. Terminologia e simbologia dos instrumentos 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Métodos e características de medição 
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Sistema internacional de unidades 
	3. Processo de medição 
	4. Métodos de medição 
	5. Caracterização metrológica de sistemas de medição 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Medição de grandezas físicas em processos industriais 
	Objetivos 
	1. Introdução 
	2. Medição de grandezas físicas 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Válvulas de controle de pressão e vazão 
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Características de construção e operação das válvulas de controle 
	3. Válvulas de controle de pressão 
	4. Válvulas de controle de vazão 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Atuadores
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Classificação de atuadores 
	3. Atuadores pneumáticos 
	4. Atuadores hidráulicos 
	5. Atuadores elétricos 
	6. Posicionadores 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Aquisição e interpretação de dados 
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Condicionamento e processamento do sinal 
	3. Atuação, visualização e armazenamento 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito
	Aplicações de sensores na indústria 
	Objetivos
	1. Introdução 
	2. Sensores de proximidade 
	3. Instalação de sensores 
	Teoria em prática 
	Verificação de leitura 
	Referências bibliográficas 
	Gabarito