Instrumentação Industrial: Conceitos Fundamentais

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TECNOLOGIAS EMERGENTES 
 TREINAMENTO EXPERT 
ONLINE 
 
 
 
 
 
MATERIAL DIDÁTICO 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
CONCEITOS FUNDAMENTAIS 
 
 
ANGELO MÁRCIO DE PAULA 
PROFESSOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BARRA MANSA, RJ – BRASIL. 
JANEIRO / 2020
 
 
 
i 
SUMÁRIO 
I- INTRODUÇÃO 1 
II- EVOLUÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO 3 
Pirâmide da Automação 3.0 3 
Pilares da Automação 4.0 4 
Tecnologias Emergentes na Instrumentação 5 
III- CONCEITOS E DEFINIÇÕES 7 
Variável controlada, variável manipulada e Set point 7 
Sistema a controlar ou plantas 7 
Processos 7 
Sistemas 8 
Distúrbio 8 
Sensibilidade 8 
Resolução 9 
Range e Span 9 
IV- SISTEMA DE CONTROLE 10 
Sistema de controle em malha aberta 10 
Sistema de Controle em Malha Fechada 11 
V- INSTRUMENTOS 12 
Indicadores 12 
Registradores 12 
Transmissores 13 
Transdutores 13 
Controladores 14 
Elemento Final de Controle 14 
VI- DIAGRAMA DE TUBULAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO (P&ID) 15 
VII- EXERCÍCIOS 20 
BIBLIOGRAFIA 31 
 
 
 
1 
I-INTRODUÇÃO 
 
A instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, 
indicação registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização na 
eficiência desses processos. 
O uso de instrumentos em processos industriais visa a obtenção de um 
produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo de produção e com a 
quantidade reduzida de mão de obra. 
O uso correto da instrumentação nos processos industriais permite: 
• Incrementar e controlar a quantidade do produto estocado; 
• Aumentar a produção e o rendimento; 
• Visão em tempo real do processo; 
• Rastreabilidade do produto. 
 
 
Figura I.1- Instrumentação de campo 
 
O controle automático representa um papel vital no avanço à engenharia e 
da ciência. Além de possuir importância extrema em sistemas de pilotagem de 
aviões, mísseis guiados, veículos espaciais etc. Tornou-se uma parte integrante e 
importante dos processos industriais e de fabricação modernos. Exemplos de 
controle automático na indústria: 
 
• Controle de temperatura 
• Controle de pressão 
• Controle de vazão 
• Controle de nível 
 
A Internet das Coisas (IoT), representa hoje em dia uma oportunidade de 
mercado com agregação de valor caracterizando o surgimento de produtos que 
agregam valor onde são utilizados. 
 
 
 
2 
A Internet Industrial das Coisas (IIoT) é uma extensão da IoT aplicada na 
indústria. É uma mudança na cara da indústria de uma maneira bastante 
significativa, com origens em tecnologias e funcionalidades avançadas com 
dispositivos inteligentes. 
Desde a indústria 3.0, o padrão Ethernet vem crescendo no chão de fábrica 
ao nível da instrumentação e o uso de tecnologias utilizando endereços IP como 
uma forma de realizar a interação dos sistemas de tecnologia da informação (TI) 
com os sistemas de tecnologia operacional. Agregando a Ethernet no chão de 
fábrica, tanto os funcionários operacionais quanto os executivos da empresa podem 
acessar qualquer informação relacionada à produção, em qualquer lugar do mundo 
através de um navegador ou aplicativo, o que por sua vez permite a tomada de 
decisões de maneira rápida e justificada seguindo as novas políticas de segurança 
e controle de acesso que também surgiram com o avanço da indústria 4.0. 
A grande novidade do IIoT na instrumentação são os chamados smart-
connected products, hipoteticamente representado na figura I.2, ou seja, os 
sensores, transdutores, registradores, transmissores e elementos finais de controle 
que podem ser conectados ao padrão Ethernet com baixo acoplamento de 
tecnologia, diminuindo ou excluindo a dependência de fabricantes, fator esse 
considerado um ponto fraco na indústria 3.0. 
 
Figura I.2- Instrumentação IIoT hipotética 
 
Onde vamos encontrar instrumentação? 
• Sistemas automotivos 
• Sistemas aeroespaciais 
• Sistemas médicos 
• Sistemas prediais 
• Sistemas de manufatura 
• Processamento de materiais 
• Logística 
 
 
 
 
3 
II-EVOLUÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO 
 
Pirâmide da Automação 3.0 
 
Os sistemas de automação e instrumentação que coletam, processam e 
disponibilizam informações associadas ao controle da planta industrial podem ser 
agrupados em cinco níveis conforme a figura II.1. Na pirâmide da automação temos 
na sua base a aplicação das redes industriais (automação e campo) e no topo a 
aplicação das redes coorporativas. Os protocolos foram associados ao nível em que 
ele é mais utilizado. Cumpre observar que a rede ethernet vem ampliando sua 
aplicação em todos os níveis da automação. 
 
Figura II.1- Hierarquia de sistemas de automação ISA-95 
 
• Primeiro Nível: Instrumentação 
▪ Instrumentação de campo: sensores, transdutores e atuadores. 
 
• Segundo nível: Controle 
▪ Controle: CLP’s (Controlador Lógico Programável), CP’s (Controlador Programável), 
Remotas de Aquisição de Dados, computadores de processo dedicados, single-loop, 
multi-loop. 
 
• Terceiro nível: Supervisão 
▪ Supervisão: sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), SDCD (Sistema 
Digital de Controle Distribuído), SDRH (Sistema Digital de Registro Histórico). 
 
• Quarto nível: Gerenciamento da Planta 
▪ MES (Manufacturing Execution Systems - Sistemas de Gestão e Planejamento do 
Processo Produtivo), TMS (Transportation Management System – Sistema de 
Gerenciamento de Transporte) e WMS (Warehouse Management System - Sistema de 
Gerenciamento de Armazém) 
 
 
 
4 
• Quinto nível: Gerenciamento Corporativo 
▪ ERP (Enterprise Resource Planning – Sistema de Gestão Empresarial) 
 
A pirâmide possui uma arquitetura vertical para o fluxo da informação, onde 
existe uma corrida para uma perfeita sintonia e transparências entre as camadas 
para que uma informação do chão de fábrica chegue até o nível corporativo de forma 
transparente. Porém, o que se observa é um sistema fortemente acoplado com alta 
dependência do fabricante onde cada nível faz a sua própria gestão da informação 
com aplicações e banco de dados proprietários e dedicados, o que existe é uma 
disponibilização do dado entre as camadas através de Gateways especializados em 
protocolos dos mais diversos. 
 
Pilares da Automação 4.0 
 
 A 4ª revolução industrial está baseada nas novas tecnologias emergentes e 
tem como sustentação o crescimento da internet de forma mundial. Registros 
apontam que essa revolução iniciou após o incentivo do governo Alemão através 
de políticas públicas que praticamente obrigam as empresas alemãs a implantarem 
essa nova onda de tecnologia. A onda contagiou vários países que possuem 
programas específicos com políticas públicas que também incentivam a indústrias 
acompanharem essa nova revolução. 
 
Figura II.2 – Pilares da Automação 4.0 
 
 
 
5 
 
A figura II.2 tem dois pilares principais, o primeiro pilar está ligado ao chão 
de fábrica com unidades de controle distribuídos mesclando as funções de controle 
e aquisição de dados usando os conceito e equipamentos IIoT. No segundo pilar 
estão as aplicações de gerenciamento e supervisão da planta com uma proposta 
de base de dados única e visões personalizadas para cada aplicação conforme a 
figura II.3. Para garantir toda conectividade desde o chão de fábrica até a diretoria 
é necessária criar políticas de segurança por toda planta para garantir a integridade 
das informações e da própria empresa. 
 
Figura II.3 – Sistema único e várias visões 
 
Tecnologias Emergentes na Instrumentação 
IIoT - Industrial Internet of Things 
 
A Internet das Coisas da Indústria teve o seu início com 
o uso do padrão Ethernet no chão de fábrica através de 
sensores inteligentes com capacidade de se 
comunicarem por essas redes. 
Agora, tanto os funcionários do chão de fábrica quanto os executivos da 
empresa podem acessar qualquer informação relacionada à produção. Porém cabe 
uma ressalva, a tecnologia se encaixará na topologia específica da Automação 4.0 
quepermitirá um acesso controlado e seguro. 
Transmissores de pressão, vazão, motores, válvulas e muitos outros estão 
sendo construídos no conceito smart connected products, desta maneira, são 
capazes de fornecer uma visão operacional de maneira muito mais fácil e ágil. 
Sendo assim, torna-se possível realizar várias análises localmente sem 
sobrecarregar sistemas de alto nível. Associados ao campo também encontraremos 
 
 
 
6 
QR code em cada equipamento, RFID para localização rápida e muito mais vindo 
por aí. Esse pilar ainda vai crescer muito. 
A Internet Industrial de Coisas (IIoT) é frequentemente apresentada como 
um conceito que está mudando a cara da indústria de uma maneira bastante 
significativa, no entanto, esta mudança tem suas origens em tecnologias e 
funcionalidades desenvolvidas nos últimos anos por fabricantes visionários de 
equipamentos de automação. Deve-se ressaltar que apesar da evolução até os dias 
atuais, as alterações para a indústria estão longe de acabar, pois este é um 
momento favorável para enfatizar os investimentos em tecnologia e dispositivos 
inteligentes. 
AI - Artificial Intelligence 
 
A AI é a inteligência similar à humana exibida por 
mecanismos, equipamentos ou software, é definida 
como um agente que percebe seu ambiente e toma 
atitudes que maximizam suas chances de sucesso. Tem 
capacidade de interpretar corretamente dados externos, 
aprender a partir desses dados e utilizar essas aprendizagens para atingir objetivos 
e tarefas específicos através de adaptação flexível. 
A IEC 61131-7 trata da programação de Controladores Lógicos 
Programáveis com a Lógica Fuzzy que se encaixa em implementações no contexto 
da inteligência artificial. É, portanto, um ponto de necessidade de pesquisa e novas 
soluções para essa indústria, já pensou se o PLC informar antes que a linha vai 
parar? Ser capaz de tomar outro caminho pela falta de acionamento de um 
determinado sensor? Atenção universitários, professores e pesquisadores aqui tem 
necessidade real de pesquisa!!! 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Intelig%C3%AAncia
 
 
 
7 
III-CONCEITOS E DEFINIÇÕES 
 
Variável controlada, variável manipulada e Set point 
 
A variável controlada é a grandeza 
ou a condição que é medida e 
controlada. A variável manipulada é 
a grandeza ou a condição 
modificada pelo controlador, de 
modo que afete o valor da variável 
controlada. Normalmente, a variável 
controlada é à saída do sistema. 
Controlar significa medir o valor da variável controlada do sistema e utilizar a 
variável manipulada ao sistema para corrigir ou limitar os desvios do valor médio a 
partir de um valor desejado, ou seja, o set point. 
 
Sistema a controlar ou plantas 
 
O sistema a controlar pode ser parte de um 
equipamento ou apenas um conjunto de 
componentes de um equipamento que funcione de 
maneira integrada, com o objetivo de realizar 
determinada operação. 
 
Processos 
 
Um processo é uma operação natural de progresso 
contínuo ou um desenvolvimento caracterizado por 
uma série de modificações graduais que se 
sucedem umas às outras de modo relativamente 
estável, avançando em direção a determinado 
resultado ou objetivo; ou uma operação contínua 
progressiva, artificial ou voluntária, que consiste em 
uma série de ações ou movimentos controlados, sistematicamente destinados a 
atingir determinados fins ou resultados. 
 
 
 
 
8 
Sistemas 
 
Um sistema é a 
combinação de 
componentes que agem 
em conjunto para atingir 
determinado objetivo. A 
ideia de sistema não fica restrita apenas a algo físico. O conceito de sistema pode 
ser aplicado a fenômenos abstratos dinâmicos, como aqueles encontrados na 
economia. Dessa maneira, a palavra “sistema” pode ser empregada para se referir 
a sistemas físicos, biológicos, econômicos e outros. 
 
 
Distúrbio 
Um distúrbio é um sinal 
que tende a afetar de 
maneira adversa o valor 
da variável de saída de 
um sistema. Se um 
distúrbio for gerado dentro 
de um sistema, ele será 
chamado de distúrbio interno, enquanto um distúrbio externo é aquele gerado fora 
do sistema e que se comporta como um sinal de entrada no sistema. 
 
 
Sensibilidade 
 
É a razão entre a intensidade do sinal de saída, 
ou resposta, do instrumento e a intensidade do 
sinal de entrada, ou variável sob medição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
Resolução 
 
É a menor variação na variável 
medida que pode ser indicada pelo 
instrumento. 
 
 
 
 
Range e Span 
 
Também conhecido como faixa de valores. O range é o 
conjunto de valores da variável medida que estão 
compreendidos dentro do limite superior e inferior da 
capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. 
Se expressa determinando os valores extremos. 
Exemplos de range: 
0 a 25 mbar 
100 a 5000 ⁰C 
 0 a 20 PSI 
 0 a 60 m3 /h 
 
Também conhecido com alcance. O span é a diferença 
algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de 
medida do instrumento. Exemplos: Um instrumento com 
range de 100 - 5000C. Seu Span é de 4900C. Ou um 
transmissor de pressão, cujo range é de – 30 a +30 
mm.c.a., seu span será de 60 mm.c.a. Exemplos de span: 
 
Range de 0 a 100 mbar = Span 100mbar 
Range de 100 a 5000 ⁰C = Span 4900 ⁰C 
Range 0 a 20 PSI = Span 20PSI 
Range 0 a 60 m3 /h = Span 60 m3 /h 
Range de -30 a +30 mmCA = Span 60 mmCA 
 
 
 
10 
IV-SISTEMA DE CONTROLE 
 
Um sistema de controle pode ser definido como um conjunto de 
equipamentos e dispositivos que gerenciam o comportamento de máquinas ou 
outros sistemas físicos. Para isso, é necessário realizar a modelagem matemática 
da planta, seguida do projeto do controlador. Posteriormente, segue-se para a 
elaboração física dos sistemas. Alguns processos podem ser não controláveis ou 
apresentar não-linearidades de operação. Nestes casos, devem ser utilizadas 
técnicas de controle sofisticadas, conforme os objetivos de projeto e custos 
envolvidos. 
Como exemplos de aplicações desses sistemas, pode-se citar: controle de 
temperatura de forno industrial, controle de pressão de um tanque fechado, controle 
de vazão de gás para abastecimento, controle de nível em tanques abertos e 
fechados e muito mais. 
Há dois tipos comuns de controladores, com muitas variações e 
combinações: Sistemas de controle em malha aberta e realimentados. A seguir uma 
breve descrição dos dois tipos citados. 
 
Sistema de controle em malha aberta 
 
 
Figura IV.1 – Sistema de Controle em Malha Aberta 
 
São sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito na ação de 
controle conforme a figura IV.1. Isto é, num sistema a malha aberta, a saída não é 
medida e nem realimentada para comparação com a entrada. Consequentemente, 
a cada entrada de referência corresponde uma condição de operação fixa. Ou seja, 
a precisão do sistema depende de uma calibração anterior (OGATA, 2003). 
 
São vantagens de um sistema em malha aberta na opinião do Ogata (2003): 
 
• São simples de serem construídos e têm fácil manutenção. 
• São menos dispendiosos do que um sistema correspondente de malha fechada. 
 
 
 
11 
• Não apresentam problemas de estabilidade. 
• São apropriados quando existem dificuldades de avaliação da saída ou quando a 
medição precisa da saída não é economicamente possível. (Por exemplo, no caso da 
máquina de lavar roupas, seria bastante dispendiosa a instalação de um dispositivo 
para avaliar se as roupas foram bem lavadas). 
 
 
E são desvantagens dos sistemas de controle de malha aberta: 
 
• Distúrbios e mudanças na calibração causam erros, e a saída pode apresentar 
diferenças em relação ao padrão esperado 
• Para que a saída mantenha a qualidade requerida, é necessária uma regulagem 
periódica. 
 
 
Sistema de Controle em Malha Fechada 
 
 
Figura IV.2 – Sistema de Controle em Malha Fechada 
 
 
Controle com realimentação ou de malha fechada da figura IV.2 refere-se auma operação que, na presença de distúrbios, tende a diminuir a diferença entre a 
saída do sistema e alguma entrada de referência. Então o sinal de saída possui um 
efeito direto na ação de controle. Isto é, são os sistemas com realimentação. O sinal 
erro atuante, que é a diferença entre o sinal de entrada e o sinal realimentado, chega 
ao controlador de modo a reduzir o erro e manter a saída do sistema em um valor 
desejado. 
 
 
 
 
12 
V-INSTRUMENTOS 
 
Indicadores 
 
 
Figura V1- Indicadores industriais 
 
Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual 
podemos ler o valor da variável. Existem também indicadores digitais que mostram 
a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas. Atualmente o SCADA 
(Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados), tem substituído em massa os 
instrumentos discretos através de monitores com telas que possuem interfaces ricas 
com os sinóticos do processo com instrumentos digitais compartilhados. Tudo isso 
pode ser observado na figura V.1. 
 
Registradores 
 
 
Figura V.2- Registradores Industriais 
 
Instrumento que registra a variável através de um traço contínuo ou pontos 
em um gráfico, como podemos observar na figura V.2, encontramos uma verdadeira 
evolução na forma como as variáveis são registrados ao longo do tempo. 
Registradores com cartas gráficas em papel vem sendo substituídos por sistemas 
em banco de dados com algoritmos de compressão e descompressão e funções 
 
 
 
13 
especiais de busca que permitem a rastreabilidade do dado ao longo de dias, 
semanas, meses e anos. 
 
Transmissores 
 
 
Figura V.3- Transmissores de pressão, vazão e temperatura 
 
A figura V.3 apresenta um instrumento que determina o valor de uma variável 
no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída 
(pneumático ou eletrônico), cujo valor varia apenas em função da variável do 
processo de forma contínua no tempo com a função de transmitir os dados do 
processo medido entre os elementos funcionais do sistema de medição quando 
estes se encontram fisicamente separados. 
 
Transdutores 
 
 
Figura V.4- Transdutores 
 
Temos na figura V.4 alguns instrumentos que recebem informações na forma 
de uma ou mais quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações 
e fornecem um sinal de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor 
pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é 
 
 
 
14 
um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída 
padronizados. 
 
Controladores 
 
Figura V.5- Controladores 
 
A figura V.5 mostra uma gama de instrumentos que compara a variável 
controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída com a função de 
manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. 
A variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente através 
do sinal de um transmissor ou transdutor. Os transmissores podem ser dedicados 
como os Single-Loops, com mais de uma malha de controle como os Multi-Loops, 
mas atualmente esse segmento é dominado pelos PLC´s e SDCD´s. 
 
Elemento Final de Controle 
 
 
Figura V.6- Elemento Final de Controle 
 
Observe na figura V.6 esses instrumentos. Eles modificam diretamente o 
valor da variável manipulada de uma malha de controle. Uma válvula de controle de 
passagem de gás, óleo ou água; um motor para realizar um novo posicionamento; 
a abertura e posicionamento de um Dumper; uma resistência elétrica de 
aquecimento. 
 
 
 
15 
VI-DIAGRAMA DE TUBULAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO (P&ID) 
 
O Piping & Instrument Diagram, traduzido com Diagrama de tubulação e 
Instrumentação (P&ID), mas também como Diagrama de processo e 
Instrumentação mostram como os equipamentos de processo industrial são 
interconectados por um sistema de pipelines (tubulação). Os esquemáticos de P&ID 
também mostram os instrumentos e as válvulas que monitoram e controlam o fluxo 
de materiais através dos pipelines. 
É um diagrama bastante utilizado em processos industriais que exibe as 
tubulações de determinado processo, juntamente com os equipamentos instalados 
e instrumentação da planta. Indispensável na documentação e muito útil na 
construção de telas de sinótico para supervisão do processo conforme a figura VI.1 
 
 
Figura VI.1 – P&ID: CAD e Supervisório 
 
A padronização ISA estabelece símbolos, gráficos e codificação para 
identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão 
ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação. 
De acordo com a norma ISA-95, cada instrumento ou função programada será 
identificada pôr um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto 
de algarismos que indica a malha à qual o instrumento ou função programada 
pertence. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um 
sufixo. A tabela VI.1 mostra a padronização das nomenclaturas das variáveis do 
processo. A figura VI.2 mostra um exemplo de instrumento identificado de acordo 
com a norma pré-estabelecida. 
 
 
 
 
16 
Tabela VI.1 – Letras de identificação dos instrumentos 
 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 
D Densidade ou massa 
específica 
Diferencial - - 
E Tensão elétrica - Elemento primário - 
F Vazão (Flow) Razão (fração) - - 
G Medida dimensional - Visor - 
H Comando manual 
(Hand) 
- - - Alto (High) 
I Corrente elétrica - Indicador - 
J Potência Varredura ou 
Seletor 
- - 
K Tempo programado Taxa de mudança 
de tempo 
- Estação de Controle 
L Nível (Level) - Lâmpada - Baixo (Low) 
M Umidade (Moisture) - - - Médio ou 
intermediário 
N Indefinida - Indefinida Indefinida 
O Indefinida - Orifício de restrição - Indefinida 
P Pressão ou vácuo - Ponto de teste - 
Q Quantidade ou evento Integrador ou 
Totalizador 
- - 
R Radioatividade - Registrador ou 
impressor 
- 
S Velocidade ou 
frequência (Speed) 
Segurança - Chave (interruptor) 
(Switch) 
 
T Temperatura - - Transmissor 
U Multivariável - Multifunção Multifunção Multifunção 
V Viscosidade - - Válvula 
W Peso ou força (Weigh) - Poço - 
X Não classificada Diferencial Não classificada Não classificada Não classificada 
Y Indefinida - - Relé ou computação - 
Z Posição Razão (fração) - Elemento final de 
controle não classificado 
- 
 
 
Figura VI.2 – Padrão de Identificação do Instrumento 
 
 
 
17 
P - Variável medida - Pressão 
R - Função passiva ou de informação - Registrador 
C - Função ativa ou de saída - Controlador 
001 - Área de atividade, onde o instrumento atua 
02 - Número sequencial da malha 
A - Sufixo 
 
O formato dos instrumentos também possui significado específico conforme 
ilustrado na figura VI.3. Através do símbolo de instrumentação é possível saber a 
sua localização com acesso ou não pelo operador e o tipo de instrumento como 
discreto ou computacional. 
 
Figura VI.3 – Símbolos dos Instrumentos 
 
 
As linhas de conexão entre os elementos do sistema possuem diferentes 
traçados com diferentes significados, já que a instrumentação é provida de uma 
mistura de equipamento e sinais elétricos, pneumáticos, hidráulicos e gases. Além 
de sinais computacionais com o crescimento da informática e internet. A tabela VI.2 
apresenta os traçados das conexões entre os elementos. 
 
 
 
 
18 
Tabela VI.2 – Identificação dos traçados 
 
 
 
A relação completa dos símbolos é muito grande, mas podemos simplificar 
na tabela VI.3 alguns símbolos mais corriqueiros. Um estudo mais completo pode 
ser consultado direto na norma ISA. 
 
Tabela VI.3 – Letras de identificação dos instrumentosDescrição Símbolo 
Placa de orifício 
 
Medidor Venture 
Tubo pitot 
 
Válvula com atuador pneumático de diafragma 
 
Válvula com atuador elétrico 
 
Válvula com atuador hidráulico ou pneumático tipo pistão 
 
Válvula manual 
 
Válvula auto operada e diafragma 
 
Válvula de retenção e bloqueio manual 
 
Válvula de três vias 
 
Válvula de quatro vias 
 
 
 
 
 
19 
A tabela VI.4 apresenta alguns exemplos dos indicadores mais comuns: 
Tabela VI.4 – Exemplo de indicadores 
INDICADOR DESCRIÇÃO 
TI Indicador de Temperatura 
LI Indicador de Nível 
SI Indicador de Velocidade 
MI Indicador de Umidade 
AI Indicador de Análise (pH, O2 etc) 
VI Indicador de Viscosidade 
TIC Indicador Controlador de Temperatura 
LIC Indicador Controlador de Nível 
FIC Indicador Controlador de Vazão 
JIC Indicador Controlador de Potência 
SIC Indicador Controlador de Velocidade 
BIC Indicador Controlador de queima ou Combustão 
LAH Alarme de Nível Alto 
TAH Alarme de Temperatura Alta 
SAL Alarme de Velocidade Baixa 
WAL Alarme de Peso Baixo 
HV Válvula de Controle Manual 
LV Válvula de Nível 
LCV Válvula de Controle de Nível 
 
Primeiras letras mais usadas: 
A: Analisador 
F: Flow/Vazão 
L: Level/Nível 
P: Pressure/Pressão 
T: Temperature/Temperatura 
Segundo grupo (letras subsequentes) de letras mais usadas: 
A: Alarme 
C: Controle 
I: Indicador 
R: Registrador 
Y: Qualquer cálculo ou manipulação numérica 
T: Transmissor 
V: Válvulas 
Principais modificadores mais usados: 
D: Diferença entre duas tomadas 
S: Segurança 
H: High/Alta 
L: Low/Baixa 
 
 
 
20 
VII-EXERCÍCIOS 
 
Questão 1) 
A instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, 
indicação registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização na 
eficiência desses processos. O uso de instrumentos em processos industriais visa 
a obtenção de um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo de 
produção e com a quantidade reduzida de mão de obra. O uso correto da 
instrumentação nos processos industriais permite: 
i. Incrementar e controlar a quantidade do produto estocado; 
ii. Aumentar a produção e o rendimento; 
iii. Gestão eficiente do setor de marketing; 
iv. Visão em tempo real do processo; 
v. Rastreabilidade do produto. 
Dadas as afirmações sobre instrumentação, assinale a melhor opção: 
a) Apenas o item iii não é verdadeiro 
b) Apenas os itens i, ii e iii são verdaceiros 
c) Apenas o item v não é verdadeiro 
d) Apenas os itens iv e v são verdadeiros 
e) Apenas o item não iv é verdadeiro 
Resposta: 
a) Correto. O setor de marketing não tem ligação direta com a Instrumentação 
b) O item iii não é verdadeiro 
c) O item v é verdadeiro 
d) Os itens i e ii também são verdadeiros 
e) Os itens i, ii e v também são verdadeiros 
Questão 2) 
O controle automático representa um papel vital no avanço à engenharia e da 
ciência. Além de possuir importância extrema em sistemas de pilotagem de aviões, 
mísseis guiados, veículos espaciais etc. Tornou-se uma parte integrante e 
importante dos processos industriais e de fabricação modernos. Exemplos de 
controle automático na indústria: 
i. Controle de temperatura 
ii. Controle de pressão 
iii. Controle de vazão 
iv. Controle de nível 
Dados os exemplos sobre instrumentação, assinale a melhor opção: 
 
 
 
21 
a) Todos os itens são verdadeiros 
b) Todos os itens são falsos 
c) Apenas os itens i, ii e iii são verdaceiros 
d) Apenas o item iv é verdadeiro 
e) Apenas os itens iii e iv são verdadeiros 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Todos itens são verdadeiros 
c) Todos itens são verdadeiros 
d) Todos itens são verdadeiros 
e) Todos itens são verdadeiros 
Questão 3) 
A Internet Industrial das Coisas (IIoT) é uma extensão da Internet das coisas (IoT) 
aplicada na indústria. É uma mudança na cara da indústria de uma maneira bastante 
significativa, com origens em tecnologias e funcionalidades avançadas com 
dispositivos inteligentes. A grande novidade do IIoT na instrumentação são os 
chamados smart-connected products. Assinale a opção que representa em qual 
revolução o IIoT é considerado como uma tecnologia emergente: 
 
a) 4ª revolução industrial 
b) 3ª revolução industrial 
c) 2ª revolução industrial 
d) 1ª revolução industrial 
e) 5ª revolução industrial 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Informática e globalização 
c) Energia elétrica e petróleo 
d) Máquina a vapor 
e) Ainda não aconteceu 
 
Questão 4) 
Desde a indústria 3.0, o padrão Ethernet vem crescendo no chão de fábrica ao nível 
da instrumentação e o uso de tecnologias utilizando endereços IP como uma forma 
de realizar a interação dos sistemas de tecnologia da informação (TI) com os 
sistemas de tecnologia operacional. Agregando a Ethernet no chão de fábrica, tanto 
os funcionários operacionais quanto os executivos da empresa podem acessar 
 
 
 
22 
qualquer informação relacionada à produção, em qualquer lugar do mundo através 
de um navegador ou aplicativo, o que por sua vez permite a tomada de decisões de 
maneira rápida e justificada seguindo as novas políticas de segurança e controle de 
acesso que também surgiram com o avanço da indústria 4.0. Assinale a seguir qual 
tecnologia ganhou destaque na Indústria 4.0 após o crescimento da rede Ethernet 
no chão de fábrica: 
a) IIoT 
b) Inteligência Artificial 
c) Big Data 
d) Transmissor de Pressão 
e) Termopar 
Resposta: 
a) Correto. 
b) É promissor, mas o principal é o IIoT. 
c) É promissor, mas o principal é o IIoT. 
d) Não é uma tecnologia de destaque. 
e) Não é uma tecnologia de destaque. 
 
Questão 5) 
A grande novidade do IIoT na instrumentação são os chamados 
________________________________________, ou seja, os sensores, 
transdutores, registradores, transmissores e elementos finais de controle que 
podem ser conectados ao padrão Ethernet com baixo acoplamento de tecnologia, 
diminuindo ou excluindo a dependência de fabricantes, fator esse considerado um 
ponto fraco na indústria 3.0. Assinale a seguir a opção que completa a frase 
corretamente. 
a) smart-connected products 
b) Transmissores inteligentes 
c) Elementos finais de controle 
d) Roteadores de internet 
e) CLP´s 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Não é uma novidade. 
c) Não é uma novidade. 
d) Não é uma novidade. 
e) Não é uma novidade. 
 
 
 
23 
Questão 6) 
A variável controlada é a grandeza ou a condição que é medida e controlada. A 
variável manipulada é a grandeza ou a condição modificada pelo controlador, de 
modo que afete o valor da variável controlada. Normalmente, a variável controlada 
é à saída do sistema. Controlar significa medir o valor da variável controlada do 
sistema e utilizar a variável manipulada ao sistema para corrigir ou limitar os desvios 
do valor médio a partir de um valor desejado. Assinale a seguir qual é a variável 
controlada do trocador de calor da figura: 
 
a) Temperatura do Fluido 
b) Vazão do Fluido 
c) Vazão do vapor 
d) Pressão do vapor 
e) Abertura da válvula 
 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Resposta sem fundamento. 
c) Variável manipulada. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
Questão 7) 
Um __________________________________é a combinação de componentes 
que agem em conjunto para atingir determinado objetivo. A ideia de sistema não 
fica restrita apenas a algo físico. O conceito de sistema pode ser aplicado a 
fenômenos abstratos dinâmicos, como aqueles encontrados na economia. Dessa 
maneira, a palavra “sistema” pode ser empregada para se referir a sistemas físicos, 
biológicos, econômicos e outros. Assinale a seguir a frase que completa 
corretamente a frase. 
a) Sistema 
b) Processo 
c) Produto 
d) Controlador 
e) Computador 
 
Resposta: 
a) Correto. 
 
 
 
24 
b) Resposta sem fundamento. 
c) Resposta sem fundamento. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
Questão 8) 
Assinale a seguiro termo que também conhecido como faixa de valores. Trata-se 
do conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite 
superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Se 
expressa determinando os valores extremos. 
a) Range 
b) Span 
c) Resolução 
d) Erro 
e) Sensibilidade 
 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Resposta sem fundamento. 
c) Resposta sem fundamento. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
Questão 9) 
Um sistema de controle pode ser definido como um conjunto de equipamentos e 
dispositivos que gerenciam o comportamento de máquinas ou outros sistemas 
físicos. Assinale a seguir a opção referente a uma operação que, na presença de 
distúrbios, tende a diminuir a diferença entre a saída do sistema e alguma entrada 
de referência. Então o sinal de saída possui um efeito direto na ação de controle. 
a) Sistema de controle em malha fechada 
b) Sistema de controle em malha aberta 
c) Sistema de controle guiado 
d) Sistema de controle em tempo real 
e) Sistema de controle passa altas 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Não possui realimentação. 
c) Resposta sem fundamento. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
 
 
 
25 
Questão 10) 
Assinale a seguir o instrumento que registra a variável através de um traço contínuo 
ou pontos em um gráfico, Os instrumentos com cartas gráficas em papel vem sendo 
substituídos por sistemas em banco de dados com algoritmos de compressão e 
descompressão e funções especiais de busca que permitem a rastreabilidade do 
dado ao longo de dias, semanas, meses e anos. 
a) Registradores 
b) Indicadores 
c) Transmissores 
d) Transdutores 
e) Controladores 
 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Resposta sem fundamento. 
c) Resposta sem fundamento. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
 
Questão 11) 
Dado o sistema trocador e calor a seguir, assinale a alternativa que identifica 
o instrumento TIC021: 
 
 
a) Indicador Controlador de Temperatura 
a) Indicador Controlador de Tensão 
b) Indicador Controlador de Talisca 
c) Indicador Controlador de Tiras 
d) Indicador Controlador de Pressão 
 
 
 
Resposta: 
a) Correto. 
b) Resposta sem fundamento. 
c) Resposta sem fundamento. 
d) Resposta sem fundamento. 
e) Resposta sem fundamento. 
 
 
 
26 
Questão 12) 
Qual a função de cada um dos instrumentos abaixo, de acordo com a sua 
identificação. 
a) FIC – controlador indicador de vazão 
b) TI – indicador de temperatura 
c) TSL – chave de temperatura baixa 
d) PSLL – chave de pressão muito baixa 
e) TT – transmissor de temperatura 
f) PIC – controlador indicador de pressão 
g) LT – transmissor de nível 
h) FSHH – chave de vazão muito alta 
i) LSH – chave de nível alta 
j) FY – conversor de vazão 
 
Questão 13) 
Defina a localização dos equipamentos e tipos de sinais de transmissão de cada 
malha de controle, além da sua função (equipamento). 
 
(1) Malha 101 
FT 101 – transmissor de vazão 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
Sinal pneumático 
FY 101 – conversor de vazão 
Instrumento discreto 
Painel auxiliar não acessível ao operador 
Sinal pneumático 
FIC 101 – controlador indicador de vazão 
Instrumento discreto 
Painel acessível ao operador 
 
(2) Malha 201 
PT 201 – transmissor de pressão 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
Sinal elétrico 
 
 
 
27 
PY 201 – conversor de pressão 
Instrumento discreto 
Painel auxiliar não acessível ao operador 
Sinal elétrico 
PR 201 – registrador de pressão 
Instrumento discreto 
Painel principal acessível ao operador 
 
(3) Malha 301 
TT 301 – transmissor de temperatura 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
Tubo capilar e Sinal pneumático 
TI 301 – indicador de temperatura 
Instrumento discreto 
Painel principal acessível ao operador 
Sinal pneumático 
TC 301 – controlador de temperatura 
Instrumento discreto 
Painel principal acessível ao operador 
 
 
(4) Malha 401 
LT 401 – transmissor de nível 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
Sinal pneumático 
LY 401 – conversor de nível 
Instrumento discreto 
Painel auxiliar não acessível ao operador 
Sinal elétrico 
LR 401 – registrador de nível 
Instrumento discreto 
Painel principal acessível ao operador 
 
Questão 14) 
Defina a localização dos equipamentos e tipos de sinais de transmissão de cada 
malha de controle, além da sua função (equipamento). 
 
 
 
 
 
28 
LT 07-340 
Transmissor de nível 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
 
LIC 07-340 
Controlador indicador de nível I/P 
Instrumento compartilhado 
Painel auxiliar acessível ao operador 
 
LSLL 07-340 
Chave de nível muito baixa 
Instrumento compartilhado 
Painel auxiliar não acessível ao operador 
 
LY 07-340A 
Conversor de nível 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
 
LV 07-340 
Válvula de nível pneumática 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
 
LIC 04 
Controlador indicador de nível 
Computador lógico programável 
Painel auxiliar acessível ao operador 
 
LV 07-340B 
Válvula de nível com solenoide 
Instrumento discreto 
Montado no campo 
 
 
Questão 15) 
Dado o fluxograma abaixo, responda: 
 
 
 
 
29 
Onde estão montados os instrumentos? 
a) PT-020 – Montado no campo 
b) PSH-020 – Painel auxiliar não acessível ao operador 
c) PIR-020 – Painel principal acessível ao operador 
d) PAH-020 - Painel principal acessível ao operador 
e) TT-021 – Montado no campo 
f) TIC-021 - Painel principal acessível ao operador 
g) TIR-021 - Painel principal acessível ao operador 
h) TCV-021 – Montado no campo 
 
Especifique a função de cada instrumento do fluxograma: 
a) PT-020 –Transmissor de pressão 
b) PSH-020 – Chave de pressão alta 
c) PIR-020 - Registrador indicador de pressão 
d) PAH-020 - Alarme de pressão alta 
e) TT-021 – Transmissor de temperatura 
f) TIC-021 - Controlador indicador de temperatura 
g) TIR-021 - Registrador indicador de temperatura 
h) TCV-021 -Válvula de controle de temperatura 
 
A instrumentação composta por PT-020, PSH-020, PIR-020 e PAH-020 forma uma: 
(x) Malha Aberta 
( ) Malha Fechada 
 
A instrumentação composta por TT-021, TIR-021, TIC-021, TCV-021 forma uma: 
( ) Malha Aberta 
(x) Malha Fechada 
 
Explique por quê? 
Porque somente na malha 21, a informação sobre a variável do processo é usada 
para realimentar um controlador que atuará sobre um elemento final de controle. 
 
Na malha 021: 
a) Qual a variável manipulada? Vazão do vapor 
b) Qual a variável controlada? Temperatura do fluido 
 
Qual o sinal de transmissão da: 
i) Malha 020? Elétrico 
j) Malha 021? Elétrico 
 
Questão 16) 
Um instrumento com range de 0 a 230oC, está indicando 200oC e sua precisão é de ±0,5% 
do span. Entre quais valores poderão estar compreendida a temperatura real devido a 
precisão apresentada do instrumento? 
200°𝐶 ∓ 0,5% (230 − 0) °𝐶 
200°𝐶 ∓ 
0,5
100
 (230 − 0) °𝐶 
200°𝐶 {
+ 0,005 𝑥 230
− 0,005 𝑥 230
 
 
 
 
30 
𝟏𝟗𝟖, 𝟖𝟓°𝑪 𝒆 𝟐𝟎𝟏, 𝟏𝟓°𝑪 
Questão 17) 
Um instrumento com range de 0 a 50 l/min está indicando 12 l/min e sua precisão é de ± 
0,25% do span. Entre quais valores poderão estar compreendida a vazão real considerando 
a precisão do instrumento? 
12 𝑙/𝑚𝑖𝑛 ∓ 0,25% (50 − 0) 𝑙/𝑚𝑖𝑛 
12 𝑙/𝑚𝑖𝑛 ∓ 
0,25
100
 (50 − 0) 𝑙/𝑚𝑖𝑛 
12 𝑙/𝑚𝑖𝑚 {
+ 0,0025 𝑥 50 𝑙/𝑚𝑖𝑛
− 0,0205 𝑥 50 𝑙/𝑚𝑖𝑛
 
𝟏𝟏, 𝟖𝟕𝟓 𝒍/𝒎𝒊𝒏 𝒆 𝟏𝟐, 𝟏𝟐𝟓 𝒍/𝒎𝒊𝒏 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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BIBLIOGRAFIA 
 
Indústria 4.0: conceitos e fundamentos / organizado por José Benedito Sacomano... 
[et al.]; Alessandro Wendel Borges de Lima... [et al.]. - São Paulo: Blucher, 2018. 
182 p. : il. 
 
 
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processos industriais, ed 1, São Paulo: Edgard Blucher, 2006. 
 
ROSÁRIO, J. M.; Princípios de Mecatrônica, São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2005. 
 
OGATA, K.; Engenharia de Controle Moderno, ed. 4, São Paulo: Pearson Prentice 
Hall, 2003.HELFRICK, A. D.; COOPER, W.D; Instrumentação Eletrônica Moderna e Técnicas 
de Medição, ed. 1, Rio de Janeiro: Prentice Hall do Brasil, 1994. 
 
AGUIRRE, L. A.; Fundamentos de Instrumentação, ed. 1, São Paulo: Pearson 
Education do Brasil, 2013. 
 
FIALHO, A. B.; Instrumentação Industrial, ed. 7, São Paulo: Érica, 2014. 
 
MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P.L.; Engenharia de Automação Industrial, ed. 2, Rio 
de Janeiro: LTC, 2007. 
 
PESSOA, M. S. P; SPINOLA, M.M.; Introdução à Automação: para cursos de 
engenharia e gestão, ed. 2, Rio de Janeiro: LTC, 2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32