Instrumentação Industrial

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1 
Carmela Maria Polito Braga, DELT/EE-UFMG 
Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
INSTRUMENTAÇÃO 
INDUSTRIAL 
Aula 01 
Introdução. Conceitos e Definições. 
Metrologia. Sistema SI. 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  A ISA - The International Society of Automation, 
organização internacional voltada ao 
desenvolvimento de padrões para automação, 
possui um padrão respeitado e praticado no 
mundo todo para simbologia, terminologia e 
identificação para instrumentação (http://www.isa.org/). 
•  Indústrias e empresas de projeto e consultoria 
adotam plenamente este padrão, em particular a 
norma ANSI/ISA 5.1 revisão de 2009. 
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  Além da ISA outras 
organizações nacionais e 
internacionais estabelecem 
referências importantes no 
estudo da instrumentação. 
•  Neste curso iremos adotar 
além das referências da 
norma ISA 5.1, o VIM – 
Vocabulário Internacional de 
Metrologia, em sua 8a. 
Edição, 1a. Edição Luso-
Brasileira, publicada em 
dezembro de 2012. 
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  A norma ANSI/ISA 5.1 (R-2009) define instrumento 
como: 
Um dispositivo usado, direta ou indiretamente, para medição 
e/ou controle de uma variável. 
•  Este dispositivo inclui elementos primários (de 
medição), indicadores, controladores, elementos 
finais de controle (atuadores), dispositivos de 
computação, e dispositivos elétricos como alarmes, 
chaves e botoeiras. O termo não se aplica a 
componentes internos do dispositivo. 
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4 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  A norma ANSI/ISA 5.1 (R-2009) define 
Instrumentação: 
Um conjunto de instrumentos, dispositivos, hardware, 
ou funções ou a aplicação deles para o propósito de 
medir, monitorar ou controlar uma máquina ou 
processo industrial ou qualquer combinação destes. 
 
 
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PROCESSO – PLANTA INDUSTRIAL 
•  Processo: é uma sequência de atividades físicas, 
químicas e biológicas para conversão, transporte 
ou armazenamento de material ou energia (ISA, 
1995). 
 
•  Processos de manufatura industriais são, normalmente, 
classificados com base na maneira como a saída é 
produzida, tais como: em fluxo contínuo (contínuos) , em 
quantidades finitas de material (em batelada) ou em 
quantidades finitas de partes (manufatura em partes 
discretas). 
 
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PROCESSO – PLANTA INDUSTRIAL 
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8 
Processo Contínuo 
Processo em Batelada 
Processo de manufatura discreta 
F1 F2 F3 F5F4
Looper	
  1 Looper	
  4
Stand	
  1 Stand	
  2 Stand	
  3 Stand	
  4 Stand	
  5
Looper	
  2 Looper	
  3
Ingredient	
  
Storage	
  
1
Ingredient	
  
Storage
2
Ingredient	
  
Storage
3
Reactor	
  1 Reactor	
  2 Reactor	
  3 Reactor	
  4
Mingling	
  Tank Mingling	
  Tank
CentrifugesCentrifuges
Packout
PROCESSO – PLANTA INDUSTRIAL 
•  É usual, especialmente no setor químico, o uso da 
expressão planta industrial e muitas vezes apenas 
planta, para representar uma unidade de 
produção industrial, ou mesmo um setor dentro de 
uma indústria. 
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Planta de uma 
usina termelétrica. 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  A instrumentação estuda o elo de ligação entre o 
processo e o controlador! 
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Controle 
Realimentado 
Controlador 
Atuador 
Planta 
Sensor 
Variáveis 
normalizadas 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
•  Representação esquemática 
da instrumentação nos 
equipamentos e nas linhas 
(tubulações) de processo. 
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL (P&ID) 
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL (P&ID) 
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ABSTRAÇÕES DE CONTROLE DE 
PROCESSOS 
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u
Controlador
De Vazão
FC
Set point ou Referência
y
Nível 0
AtuadorSensor
C
on
tro
la
do
r
Malha de controle de Vazão
FC
FE
FT
Reator de Jaqueta
(tipo banho Maria)
Vapor
TC TE
TT
Set point ou Referência
Saída de 
Vapor
Entrada 
de água
Entrada de 
Ar e 
Combustível
Camara de 
Combustão
Tubos de 
água
Fumos
A) Representação esquemática do proceso de geração de vapor. B) Fluxograma de Engenharia
FCV
FCV
Sensor de 
Vazão
FE/FT
Sensor de 
Temperatura
C(s)
	
  z
w +
-
y
G(s)e u
+
Ruído de 
medição
Diagrama	
  em	
  blocos	
  de	
  uma	
  malha	
  de	
  
controle	
  realimentado.	
  	
  
A	
  função	
  de	
  transferência	
  G(s)	
  
representa	
  dinâmicas	
  de	
  sensores	
  e	
  
atuadores	
  além	
  do	
  processo.	
  
METROLOGIA 
•  É a ciência da medição e sua aplicação. 
•  A metrologia abrange todos os aspectos 
teóricos e práticos relativos às medições, 
qualquer que seja a incerteza, em quaisquer 
campos da ciência ou da tecnologia. (VIM, 
2012) 
•  A metrologia possui três categorias: 
•  Industrial. 
•  Científica 
•  Legal 
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AS MEDIÇÕES NO DIA A DIA 
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Paquímetro 
Taxímetro (Totalização) 
Hidrômetro (Totalização) Bomba de Combustível (Totalização) 
§  Distância (comprimento) 
§  Velocidade 
§  Vazão 
§  Força (peso) 
Anemômetro 
Medidor de Velocidade por Laço 
Indutivo (“Pardal”) 
Velocímetro + hodômetro 
(Totalização) 
Balança Digital 
AS MEDIÇÕES NO DIA A DIA 
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Termômetro de Bulbo §  Pressão 
§  Nível 
§  Tempo 
§  Temperatura 
§  Tensão Elétrica 
§  Corrente Elétrica 
§  ... 
Termômetro Digital 
Medidor de 
Pressão Arterial 
Cronômetro 
Béquer para 
medição de Nível 
Medidor de Energia 
Elétrica (Totalização) 
Medidor de Pressão 
METROLOGIA 
•  Metrologia Científica: 
•  Trata, fundamentalmente, dos padrões de medição 
internacionais e nacionais, dos instrumentos laboratoriais e 
das pesquisas e metodologias científicas relacionadas ao 
mais alto nível de qualidade metrológica. 
•  Metrologia Industrial: 
•  Desdobramento da metrologia científica, a metrologia 
industrial é responsável pelo controle dos processos 
produtivos e pela garantia da qualidade dos produtos 
finais. 
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METROLOGIA 
•  Metrologia Legal: 
•  Ligada às exigências legais, técnicas e administrativas 
relativas às unidades de medidas, aos instrumentos de 
medir a às medidas materializadas. Objetiva 
fundamentalmente as transações comerciais, em que as 
medições são extremamente relevantes no tocante aos 
aspectos de exatidão e lealdade. 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS (VIM) 
•  Medição: conjunto de operações que tem por objetivo 
determinar um valor de uma grandeza. 
•  Grandeza: atributo de um fenômeno, corpo ou 
substância que pode ser qualitativamente distinguido e 
quantitativamente determinado. 
•  Mensurando: objeto da medição. Grandeza específica 
submetida à medição. 
•  Instrumento de medição: dispositivo utilizado para uma 
medição, sozinho ou em conjunto com dispositivo(s) 
complementar(es). 
•  Sistema de medição: conjunto completo de 
instrumentos de medição e outros equipamentosacoplados para executar uma medição específica. 
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RESULTADO DA MEDIÇÃO 
•  É a faixa de valores dentro da qual deve se situar o valor 
verdadeiro do mensurando. Consiste no valor atribuído a um 
mensurando, obtido por medição, completado por outras 
informações pertinentes. 
 
 
 
•  Resultado base é a melhor estimativa do valor de um 
mensurando. O RB pode ser uma medida, a media de várias 
medidas, um valor calculado em função de diversas outras 
grandezas medidas, etc. 
•  Incerteza da medição é o tamanho da faixa simétrica, e 
centrada em torno do resultado base, que delimita a faixa 
onde se situam as dúvidas associadas à medição. 
Caracteriza a dispersão dos valores que podem ser atribuídos 
a um mensurando. 
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RM = (RB ± IM) unidade 
OBJETIVOS DA MEDIÇÃO 
CLASSES DE APLICAÇÃO 
1.  Monitoramento: 
•  Focado em Processamento de Sinais: 
•  Observação passiva, sem atuação. 
•  Identificação de comportamento predominante. 
•  Identificação e modelagem matemática. 
•  Estimação de parâmetros ou estado. 
•  Compra e venda de produtos e serviços: 
•  consumo de água, energia elétrica, taxímetro, combustíveis, 
etc. 
•  Sinais vitais: 
•  pressão arterial, temperatura, nível de colesterol 
•  Atividades desportivas: 
•  desempenho, recordes 
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Planta Sensor Analisador 
OBJETIVOS DA MEDIÇÃO 
CLASSES DE APLICAÇÃO 
2.  Controle e realimentação: 
•  Focado em Sistemas 
•  Análise do comportamento 
dinâmico e do compromisso 
entre 
•  Estabilidade 
•  Robustez 
•  Boa resposta ao ruído de 
medição 
•  Boa resposta a perturbações de 
carga 
 
 
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Controle 
Realimentado 
Controlador 
Atuador 
Planta 
Sensor 
MEDIR PARA CONTROLAR... 
•  Controle de pressão 
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Medir 
Comparar 
Especificações 
xxxx ± xx 
yyyy ± yy 
zzz ± z 
 
Agir 
OBJETIVOS DA MEDIÇÃO - CLASSES DE 
APLICAÇÃO 
3.  Análise Experimental: 
•  Investigação; 
•  Aferição de instrumentos mais precisos. 
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Bancada de calibração 
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 
•  Estabelecido em 1960 pelo Bureau Internacional de 
Pesos e Medidas – BIPM. 
•  Vantagens: 
•  Clareza de entendimentos internacionais (técnica, 
científica). 
•  Transações comerciais. 
•  Garantia de coerência ao longo dos anos. 
•  Coerência entre unidades simplificam equações da física. 
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SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 
BIPM 
Padrões 
Internacionais 
Padrões Nacionais 
Padrões dos Institutos 
Nacionais de Metrologia 
Calibração 
Padrões de referência dos laboratórios 
acreditados 
Ensaios 
Padrões de referência dos laboratórios acreditados 
Industria e outro setores 
Padrões de trabalho dos laboratórios do chão de fábrica 
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27 Comparabilidade 
Unidades do SI 
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 
•  Possui 3 classes de unidades: 
•  unidades de base: apenas 7 grandezas físicas 
independentes são definidas; 
•  unidades derivadas: formada pela combinação das 
unidades de base segundo relações algébricas que 
correlacionam as grandezas correspondentes; 
•  unidades suplementares: definição puramente 
matemática, sem padrão físico (ângulo plano e ângulo 
sólido) 
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AS SETE UNIDADES DE BASE 
 
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 Grandeza Unidade Símbolo 
Comprimento metro m 
Massa kilograma (quilo)1 kg 
Tempo segundo s 
Corrente elétrica ampère A 
Temperatura kelvin K 
Intensidade luminosa candela cd 
Quantidade de matéria mol mol 
1Após o novo acordo ortográfico o INMETRO publica a 8ª. Edição do Sistema Internacional de Unidades, que contempla 
alterações nas grafias de diversas unidades, múltiplos e submúltiplos. 
UNIDADES DERIVADAS 
Grandeza derivada Unidade derivada Símbolo 
área 
volume 
velocidade 
aceleração 
velocidade angular 
aceleração angular 
massa específica 
intensidade de campo magnético 
densidade de corrente 
concentração de substância 
luminância 
metro quadrado 
metro cúbico 
metro por segundo 
metro por segundo ao quadrado 
radiano por segundo 
radiano por segundo ao quadrado 
(qui)kilogramas por metro cúbico 
ampère por metro 
ampère por metro cúbico 
mol por metro cúbico 
candela por metro quadrado 
m2 
m3 
m/s 
m/s2 
rad/s 
rad/s2 
kg/m3 
A/m 
A/m3 
mol/m3 
cd/m2 
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UNIDADES DERIVADAS 
Grandeza derivada Unidade 
derivada Símbolo Em unidades 
do SI 
Em termos das 
unidades base 
freqüência 
força 
pressão, tensão 
energia, trabalho, quantidade de calor 
potência e fluxo radiante 
carga elétrica, quantidade de eletricidade 
diferença de potencial elétrico, tensão elétrica, força eletromotriz 
capacitância elétrica 
resistência elétrica 
condutância elétrica 
fluxo magnético 
indução magnética, densidade de fluxo magnético 
indutância 
fluxo luminoso 
iluminamento ou aclaramento 
atividade (de radionuclídeo) 
dose absorvida, energia específica 
dose equivalente 
hertz 
newton 
pascal 
joule 
watt 
coulomb 
volt 
farad 
ohm 
siemens 
weber 
tesla 
henry 
lumen 
lux 
becquerel 
gray 
Siervet 
Hz 
N 
Pa 
J 
W 
C 
V 
F 
Ω 
S 
Wb 
T 
H 
lm 
lx 
Bq 
Gy 
Sv 
 
 
N/m2 
N . m 
J/s 
 
W/A 
C/V 
V/A 
A/V 
 
V . S 
Wb/m2 
Wb/A 
cd/sr 
lm/m2 
J/kg 
J/kg 
s-1 
m . kg . s-2 
m-1 . kg . s-2 
m2 . kg . s-2 
m2 . kg . s-3 
s . A 
m2 . kg . s-3 . A-1 
m-2 . kg-1 . s4 . A2 
m2 . kg . s-3 . A-2 
m-2 . kg-1 . s3 . A2 
m2 . kg . s-2 . A-1 
kg . s-2 . A-1 
m2 . kg . s-2 . A-2 
cd 
cd . m-2 
s-1 
m2 . s-2 
m2 . s-2 
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31 
UNIDADES SUPLEMENTARES 
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Grandeza suplementar Unidade derivada Símbolo 
Ângulo plano 
 
 
 
 
Ângulo sólido 
O radiano é o ângulo central que 
abrange um arco de círculo de 
comprimento igual ao do respectivo 
raio. 
 
O (ester)esferorradiano é o ângulo 
sólido que, tendo vértice no centro de 
uma esfera de raio unitário, abrange 
na superfície esférica uma área de 
valor igual a 1. 
rad 
 
 
 
 
sr 
MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS 
Fator Nome do 
 prefixo 
Símbolo Fator Nome do 
 prefixo 
Símbolo 
1024 
1021 
1018 
1015 
1012 
109 
106 
103 
102 
101 
yotta 
zetta 
exa 
peta 
tera 
giga 
mega 
kilo (quilo) 
hecto 
Deca 
Y 
Z 
E 
P 
T 
G 
M 
k 
h 
da 
10-1 
10-2 
10-3 
10-6 
10-9 
10-12 
10-15 
10-18 
10-21 
10-24 
deci 
centi 
mili 
micro 
nano 
pico 
femto 
atto 
zepto 
yocto 
d 
c 
m 
µ 
n 
p 
f 
a 
z 
y 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
33 
UNIDADES EM USO COM O SI 
Grandeza Unidade Símbolo Valor nas unidades do SI 
tempo 
 
 
ângulo 
 
 
volume 
massa 
pressão 
temperatura 
minuto 
hora 
dia 
grau 
minuto 
segundo 
litro 
tonelada 
bar 
grau Celsius 
min 
h 
d 
° 
' 
" 
l, L 
t 
bar 
°C 
1 min = 60 s 
1 h = 60 min = 3600 s 
1 d = 24 h 
1° = (π/180) 
1' = (1/60)° = (π/10 800) rad 
1" = (1/60)' = (π/648 000) rad 
1 L = 1 dm3 = 10-3 m3 
1 t = 103 kg 
1 bar = 105 Pa 
°C = K - 273,16 
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UNIDADES TEMPORARIAMENTE EM USO 
Grandeza Unidade Símbolo Valor nas unidades do SI 
comprimento 
velocidade 
 
massa 
densidade linear 
tensão de sistema óptico 
pressão no corpo humano 
área 
área 
comprimento 
seção transversal 
milha náutica 
nó 
 
carattex 
dioptre 
milímetros de mercúrio 
are 
hectare 
angstrom (ångström) 
barn 
 
 
 
 
tex 
 
mmHg 
a 
há 
Å 
B 
1 milha náutica = 1852 m 
1 nó = 1 milha náutica por hora = 
(1852/3600) m/s 
1 carat = 2 . 10-4 kg = 200 mg 
1 tex = 10-6 kg/m = 1 mg/m 
1 dioptre = 1 m-1 
1 mm Hg = 133 322 Pa 
1 a = 100 m2 
1 ha = 104 m2 
1 Å = 0,1 nm = 10-10 m 
1 b = 10-28 m2 
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GRAFIA DOS NOMES DAS UNIDADES 
•  Após o novo acordo ortográfico o INMETRO publica 
a 8ª. Edição do Sistema Internacional de Unidades, 
que contempla alterações nas grafias e fonemas 
de diversas unidades, múltiplos e submúltiplos. 
•  Principais mudanças: 
•  quilo -> kilo; 
•  quilômetro -> kilometro (“kilométro”); 
•  nanômetro -> nanometro (“nanométro”); 
•  milirradiano -> miliradiano; 
•  milissegundo -> milisegundo; 
•  ampère -> ampere; 
•  etc. 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
36 
GRAFIA DOS NOMES DAS UNIDADES 
•  Quando escritos por extenso, os nomes de 
unidades começam por letra minúscula, mesmo 
quando se trata do nome de um cientista (por 
exemplo, ampère, kelvin, newton, etc.), exceto o 
grau Celsius. 
•  A respectiva unidade pode ser escrita por extenso 
ou representada pelo seu símbolo, não sendo 
admitidas combinações de partes escritas por 
extenso com partes expressas por símbolo. 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
37 
GRAFIA DOS NOMES DAS UNIDADES 
•  Quando pronunciado e escrito por extenso, o 
nome da unidade vai para o plural (5 newtons; 150 
metros; 1,2 metros quadrados; 10 segundos). 
•  Os símbolos das unidades nunca vão para o plural 
( 5N; 150 m; 1,2 m2; 10 s). 
•  Os símbolos são invariáveis, não sendo admitido 
colocar, após o símbolo, seja ponto de abreviatura, 
seja "s" de plural, sejam sinais, letras ou índices. 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
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GRAFIA DOS NÚMEROS E SÍMBOLOS 
•  Multiplicação: pode ser formada pela justaposição 
dos símbolos, se não causar ambigüidade (VA, 
kWh). Ou colocando um ponto “.“ ou “x” entre os 
símbolos 
•  Ex: (m.N ou m x N) 
•  Divisão: são aceitas quaisquer das três maneiras 
exemplificadas a seguir: 
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39 
W/(sr.m2) W.sr-1.m-2 
W 
sr.m2 
GRAFIA DOS NÚMEROS E SÍMBOLOS 
•  Não se esqueça que estamos no Brasil, e em 
português o separador decimal deve ser a vírgula. 
•  Os algarismos que compõem as partes inteira ou 
decimal podem opcionalmente ser separados em 
grupos de três por espaços, mas nunca por pontos. 
•  O espaço entre o número e o símbolo é opcional. 
Deve ser omitido quando há possibilidade de 
fraude. 
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ALGUNS ENGANOS CORRIQUEIROS! 
§ Errado 
§ Km, Kg 
§ µ 
§ a grama 
§ 2 hs 
§ 15 seg 
§ 80 KM/H 
§ 250°K 
§ um Newton 
§ Correto 
§ km, kg 
§ µm 
§ o grama 
§ 2 h 
§ 15 s 
§ 80 km/h 
§ 250 K 
§ um newton 
OUTROS ENGANOS! 
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OUTROS... 
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O SISTEMA BRITÂNICO 
•  Confusões pela falta de 
padronização.... 
 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
 “O conhecimento amplo e satisfatório sobre um 
processo ou fenômeno somente existirá quando for 
possível medi-lo e expressá-lo através de números" 
 Lord Kelvin, 1883 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
45 
BIBLIOGRAFIA 
•  Doebelin, E. O. Measurement Systems – Application and 
Design, 4ª. Edição. Editora McGraw-Hill, USA, 1990. 
•  BALBINOT, A.; BUSSAMARELO, V. J. Instrumentação e 
Fundamentos de Medidas. Vol 1, 2ª. Edição. Editora LTC. Rio de 
Janeiro, RJ, 2010. 
•  INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E 
QUALIDADE INDUSTRIAL. Sistema Internacional de Unidades - 
SI. 8 ed.(revisada) Rio de Janeiro, 2007. Disponível em 
http://www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/Si.pdf 
•  INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃOE 
QUALIDADE INDUSTRIAL. Vocabulário Internacional de Termos 
Fundamentais e Gerais de Metrologia. Portaria INMETRO nº 232 
de 2012. 1ª Edição Luso-Brasileira. Rio de Janeiro: Ed. IPO, 2012. 
•  Imagens da internet. 
•  Notas de aula dos professores Anísio R. Braga, Leonardo Torres. 
Profs. Carmela Maria Polito Braga e Hugo César Coelho Michel, DELT/EE-UFMG 
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