Automação Industrial para Navios

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MARINHA DO BRASIL 
DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS 
ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO 
 
 
 
 MÓDULO DE AUTOMAÇÃO 
UEA-11 
UNIDADE DE ESTUDO AUTÔNOMO 
 
2ª.edição 
Rio de Janeiro 
2009 
 
 
Autor: Francisco DIOCÉLIO Alencar de Oliveira 
Revisão Pedagógica: Francisco DIOCÉLIO Alencar de Oliveira 
Revisão Ortográfica:Luiz Fernando 
 
 
 
Concessão de Publicação de 
 
____________ exemplares a: 
 
Diretoria de Portos e Costas 
Rua Teófilo Otoni, no 4 – Centro 
Rio de Janeiro, RJ 
20090-070 
http://www.dpc.mar.mil.br 
secom@dpc.mar.mil.br 
 
 
 
Depósito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto no 1825, de 20 de dezembro de 1907 
IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL 
 
 
 
I 
 
MENSAGEM AOS ALUNOS 
Ensina-nos a Pedagogia que na aprendizagem há duas operações distintas: a 
compreensão e a fixação. No aprendizado de uma tecnologia, os alunos têm de observar e 
agir, de raciocinar e concluir, e cabe ao professor guiá-los e orientá-los nessas tarefas. 
Na fase da compreensão, a missão do professor é criar condições para os alunos 
compreenderem os assuntos ministrados. Assim, nessa fase é necessário que os alunos 
observem os fenômenos, os objetos ou as imagens filmadas, fotografadas, desenhadas 
ou esquematizadas, além de vivenciarem atividades práticas, aplicando os conhecimentos 
construídos, conforme o assunto ministrado. 
O recurso ao livro só deveria ser feito por necessidade de observar esquemas que 
completassem as folhas tarefas. 
Na fase da avaliação da aprendizagem, é indispensável o uso do(s) livro(s), pois 
esse(s) terão como objetivo facilitar-lhes a recordação dos fundamentos que apreenderam, 
mas que não puderam reter. Mas tais livros, de acordo com a Psicologia e a Didática atual, 
terão de ser necessariamente concisos e com linguagem de fácil entendimento porque, uma 
vez compreendido o assunto, a sua sedimentação passa a ser função do número de leituras e 
de observações esquemáticas, número esse que é inversamente proporcional à extensão. 
No ensino a distância (EAD), estas recomendações sobre os livros, tornam-se mais 
necessárias, pois o contato do aluno com o professor é limitado. 
Assim, pretendemos, com esse livro-texto, propiciar ao estudante ou ao leitor 
interessado sínteses claras dos princípios e explicações sucintas dos assuntos que envolvem a 
automação industrial. Por outro lado, defendemos a tese de que um livro comum ou eletrônico 
(CD), ou qualquer outro material didático elaborado com base no programa de curso da 
disciplina, não deve ser encarado como o único meio de se atingir os objetivos. Outros livros 
devem ser consultados periodicamente, assim como é imprescindível o apoio de meios 
auxiliares, tais como: audiovisuais, filmes e experiências de laboratórios, vivenciando a 
construção do conhecimento. 
Analisando os cursos anteriores, verificamos que muitos alunos não respondem 
determinadas questões em provas ou não sabem executar algumas tarefas, simplesmente por 
não terem dado importância a contextualização histórica ou mesmo não ter entendido os 
princípios básicos. Assim sendo, recomendarmos aos estudantes que não desprezem os 
conteúdos que tratam da história sobre como determinadas tecnologias evoluíram. 
Lembramos que todo o conteúdo exposto neste material didático, mesmo não tendo 
sido estabelecido no sumário (programa) da disciplina, é de valiosa importância para quem 
deseja obter um conhecimento sólido sobre automação de processos industriais. 
Esta edição tem como propósito oferecer-lhes conhecimentos científicos e tecnológicos 
especificados no currículo do Curso de Aperfeiçoamento de Aquaviários de Máquinas - 
Marítimos – a fim de alcançar determinadas competências e habilidades. Desta forma este 
livro-texto se propõem a: 
 
 I I 
 
Proporcionar ao aluno conhecimento para interpretar, monitorar, operar e 
efetuar a manutenção em sistemas de automação aplicados a navios com 
máquinas propulsoras de ate 3.000 kW de potência. 
Algumas figuras são apenas para reflexão ilustrando a descrição outras são específicas 
do conteúdo estudado necessitando, portanto, de maior atenção. 
Por fim, ao final de cada capítulo apresentamos um exercício para que você possa fazer 
uma auto-avaliação do conhecimento adquirido. Caso você tenha dificuldade para responder 
as questões propostas ou queira que façamos a correção, entre em contato através de carta 
ou de e-mail, que teremos a maior boa vontade em lhe ajudar. 
Esforçamo-nos para que este livro texto fosse claro e atendesse a todas as 
recomendações didáticas. Oxalá o tenhamos conseguido. Caso seja do agrado do leitor nos 
escrever, dando conta da aplicabilidade deste material didático ou fazendo algumas sugestões 
construtivas, ficaremos gratos pela sua atenção. 
 
Francisco DIOCÉLIO Alencar de Oliveira, concluiu o Mestrado em Educação 
na Área de Administração e Supervisão Escolar na UNICAMP em 1996, com 
a Dissertação: A Formação do Oficial de Máquinas da Marinha Mercante do 
Brasil; concluiu o Curso (superior) de Aperfeiçoamento para Oficial de 
Máquinas no CIABA (1985); é Graduado pela UFPA (1978) como Professor 
da área de mecânica de: tecnologia, fabricação e desenho técnico mecânico; 
é formado pela EMMPA (1972) como Oficial de Máquinas da Marinha 
Mercante. 
Possui diversos cursos de automação industrial específicos, desenvolvidos pelo IBP: 
Automação e Robótica Industrial. (FEM-UNICAMP 1992); Produtividade e Tecnologia de 
Grupo nos Sistemas de Manufatura. (FEM-UNICAMP 1992); Controladores Lógicos 
Programáveis. (SENAI 1996); Instrumentação e Controle de Caldeiras. (ISQP 1997); Básico 
de Instrumentação e Controle (IBP 2000); Instrumentação Analítica Aplicada a Analisadores 
de Processo (IBP 2000); Avançado de Instrumentação e Controle (IBP 2002); Projeto de 
Instrumentação (IPB 2004); Sistemas Inteligentes para Controle, Automação e Otimização de 
Processos (IBP 2005). 
Foi Oficial de Máquinas nos navios do extinto Loide Brasileiro; Professor do CIABA; Professor 
de Mecânica em Escola Profissional do Estado do Pará; Perito da ONU agência da IMO, 
como Professor e Diretor do Departamento de Máquinas da Escola Náutica da República de 
Cabo Verde (1985-1991); e professor da disciplina Aspectos Sócio-filosófico da Educação, da 
Universidade ABEU. Atualmente é professor das disciplinas específicas de máquinas e 
automação industrial e, Chefe do Departamento de Ensino de Máquinas do CIAGA. 
FFFFRANCISCO RANCISCO RANCISCO RANCISCO DDDDIOCÉLIIOCÉLIIOCÉLIIOCÉLIO O O O AAAALENCAR DE LENCAR DE LENCAR DE LENCAR DE OOOOLIVEIRALIVEIRALIVEIRALIVEIRA 
E-mail: dioclevelis@ig.com.br 
 
 
I I I 
COMO USAR O LIVRO TEXTO 
Antes de cada unidade de ensino é especificado as competências que o aluno deve 
alcança com o estudo. No final de cada capítulo é disponibilizado um exercício para auto-
avaliação, desenvolvido com base nas habilidades propostas para serem adquiridas, conforme 
definidas no Sumário da disciplina. 
1. Como você deve estudar cada unidade? 
� Ler a visão geral da unidade. 
� Estudar os conceitos, as definições, as características e explicação de 
funcionamento e análise dos exemplos contemplados em cada unidade. 
� Responder às questões para reflexão. 
� Realizar a auto-avaliação. 
� Realizar as tarefas. 
� Comparar a chave de respostas e encaminhar as respostas dos exercícios para o 
Orientador de Aprendizagem. 
2. Visão geral da unidade 
A visão geral do assunto apresenta as competências que devem ser alcançadas com os 
estudos. 
3. Conteúdos da unidade 
Leia com atenção o conteúdo, procurando entender e fixar os conhecimentos por meio 
dos exercícios propostos. Se você não entender, refaça a leitura e os exercícios. É muito 
importante que você entenda e domine os conhecimentos. 
4.Questões para reflexão 
São questões que ressaltam a idéia principal do texto, levando-o a refletir sobre os 
temas mais importantes deste material. 
5. Auto-avaliação 
São testes que o ajudarão a se auto-avaliar, evidenciando o seu progresso. Realize-os 
à medida que apareçam e, se houver qualquer dúvida, volte ao conteúdo e reestude-o. 
6. Tarefa 
 Dá a oportunidade para você colocar em prática o que já foi ensinado, testando seu 
desempenho de aprendizagem. 
7. Respostas dos testes de auto-avaliação 
Dá a oportunidade de você verificar o seu desempenho, comparando as respostas com 
o gabarito que se encontra no final do Manual. 
 
 IV 
8. Competências a serem adquiridas 
Após estudar todas as Unidades de Estudo Autônomo (UEA) deste módulo, você estará 
apto a realizar uma avaliação da aprendizagem. 
9. Símbolos utilizados 
Existem alguns símbolos no manual para guiá-lo em seus estudos. Observe o que cada 
um quer dizer ou significa. 
 
 
Este lhe diz que há uma visão geral da unidade e do que ela trata. Ou melhor, 
define a competência que você deverá alcançar. 
 
Este lhe diz que há, no texto, uma pergunta para você pensar e responder a 
respeito do assunto. 
 
Este lhe diz para anotar ou lembrar-se de um ponto importante. 
 
EEssttee llhhee ddiizz qquuee hháá uumm eexxeerrccíícciioo rreessoollvviiddoo 
 
Este lhe diz que há uma tarefa a ser feita por escrito. 
 
Este lhe diz que há um teste de auto-avaliação para você fazer. 
 
Este lhe diz que esta é a chave das respostas para os testes de auto-avaliação, 
perguntas e tarefas. 
 
 
V 
SUMÁRIO 
11 EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLE........................................................................1 
1.1 DEFINIÇÕES, CONCEITOS E IMPORTÂNCIA DA AUTOMAÇÃO .......................................2 
1.2 A CONCEPÇÃO HUMANA DO TRABALHO ..........................................................................5 
1.3 EVOLUÇÃO DAS TÉCNICAS INDUSTRIAIS.........................................................................6 
1.4 EVOLUÇÃO DO EMPREGO DAS FONTES DE ENERGIA FLUIDAS..................................11 
1.5 DESENVOLVIMENTO DO COMÉRCIO E DA INDÚSTRIA..................................................17 
1.5.1 Desenvolvimento da Manufatura ...............................................................................20 
1.6 DESENVOLVIMENTO DA CIÊNCIA DAS MÁQUINAS ........................................................23 
1.6.1 Desenvolvimento dos Motores de Combustão Interna ..............................................30 
1.7 IMPORTÂNCIA DOS SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAL ........................................32 
1.7.1 Sistema.......................................................................................................................32 
1.7.2 Período Empírico ou Experimental ............................................................................33 
1.7.3 Período da Mecanização ou Automatização..............................................................34 
1.7.4 Período da Automação Propriamente Dita ................................................................41 
1.8 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO NOS NAVIOS.....................................................................47 
1.8.1 Implicações Técnicas e Sociais da Automação dos Navios ......................................50 
1.8.1.1 Normas Técnicas Aplicadas a Praça de Máquinas Desguarnecidas.......................................................52 
1.9 DESENVOLVIMENTO DA INFORMÁTICA ..........................................................................56 
1.10 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 1 .................................................................63 
22 FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO ...................................................................66 
2.1 ELEMENTOS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL........................................67 
2.2 NORMAS TÉCNICAS ...........................................................................................................70 
2.2.1 Norma Técnica S5.1 da ISA.......................................................................................71 
2.2.2 Padrões de Comunicações ........................................................................................74 
2.3 TÉCNICAS DE CONTROLE DE PROCESSO......................................................................79 
2.3.1 Classificação dos Controles de Processos ................................................................79 
2.3.2 Controle Manual .........................................................................................................81 
2.3.3 Malha Aberta (open-loop)...........................................................................................82 
2.3.4 Comando Automático Industrial .................................................................................82 
2.3.4.1 Comando Simples..................................................................................................................................83 
2.3.4.2 Comando com Neutralização.................................................................................................................83 
2.3.4.3 Comando de Entrada Fixa .....................................................................................................................84 
2.3.4.4 Comando de Entrada Variável...............................................................................................................84 
2.3.4.4.1 Comando Temporizado............................................................................................. 84 
2.3.4.4.2 Comando Seqüenciado............................................................................................. 84 
2.3.5 Malha Fechada (close-loop).......................................................................................84 
2.3.6 Controle Automático de Processos Industriais ..........................................................85 
2.3.7 Classificação dos Tipos de Controle Automático.......................................................86 
2.3.7.1 Controle Auto-operado..........................................................................................................................88 
2.3.7.2 Automatização.......................................................................................................................................88 
2.3.7.3 Automação ............................................................................................................................................90 
2.4 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS PROCESSOS ...........................................................90 
 
 VI 
2.4.1 Mudança na Carga do Processo............................................................................... 91 
2.4.2 Inércia do Processo................................................................................................... 92 
2.4.2.1 Resistência............................................................................................................................................ 92 
2.4.2.2 Capacitância ......................................................................................................................................... 92 
2.4.2.3 Tempo Morto........................................................................................................................................ 94 
2.5 ESTRATÉGIAS DE AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS................................. 94 
2.5.1 Controle Antecipativo (Feedforward)......................................................................... 96 
2.5.2 Controle Automático Descontínuo (on-off) ................................................................ 97 
2.5.2.1 Controle Automático Descontínuo (on-off) com Zona Morta...............................................................98 
2.5.2.2 Controle Descontínuo (on-off) por Válvula Termostática................................................................... 101 
2.5.3 Controle Automático Contínuo ................................................................................ 101 
2.5.3.1 Controle Proporcional (P)................................................................................................................... 102 
2.5.3.2 Controle Integral................................................................................................................................. 105 
2.5.3.3 Controle Derivativo ............................................................................................................................ 105 
2.5.3.4 Controle Proporcional mais Integral (PI)............................................................................................ 105 
2.5.3.5 Controle Proporcional mais Derivativo (PD)...................................................................................... 107 
2.5.3.6 Controle PID....................................................................................................................................... 108 
2.6 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 2................................................................. 108 
33 INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE .................................................................................... 110 
3.1 GENERALIDADES .................................................................................................................. 111 
3.2 TERMINOLOGIA TÉCNICA DA INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL.................................................... 113 
3.2.1 Segurança Intrínseca .............................................................................................. 116 
3.2.2 Unidades Fundamentais. ........................................................................................ 117 
3.3 MEDIDORES DE PRESSÃO ..................................................................................................... 119 
3.3.1 Definição de Pressão .............................................................................................. 120 
3.3.2 Escala de Pressão................................................................................................... 122 
3.3.3 Classificação dos Instrumentos Medidores de Pressão ......................................... 126 
3.3.4 Manômetro de Coluna Líquida. ............................................................................... 127 
3.3.5 Manômetro de Tubo em “L” Inclinado. .................................................................... 128 
3.3.6 Barômetro................................................................................................................ 129 
3.3.6.1 Barômetro de Cisterna ........................................................................................................................ 130 
3.3.6.2 Barômetro Metálico ou Aneróide. ...................................................................................................... 130 
3.3.7 Manômetros por Deformação Elástica (Mecânicos) ............................................... 131 
3.3.7.1 Manômetro de Diafragma................................................................................................................... 132 
3.3.7.2 Manômetro de Fole............................................................................................................................. 133 
3.3.7.3 Manômetro de Bourdon...................................................................................................................... 134 
3.3.8 Medidores e Sensores de Pressão Elétricos. ......................................................... 135 
3.3.8.1 Calibre de Tensão ............................................................................................................................... 136 
3.3.8.2 Sensores Piezelétricos......................................................................................................................... 137 
3.3.8.3 Sensores Piezoresistivos ..................................................................................................................... 138 
3.4 MEDIDORES DE TEMPERATURA ............................................................................................. 138 
3.4.1 Temperatura ............................................................................................................ 139 
3.4.1.1 Escalas de Temperatura ...................................................................................................................... 140 
3.4.1.2 Pontos Fixos de Temperatura ............................................................................................................. 142 
3.4.2 Classificação dos Medidores de Temperatura........................................................ 143 
3.4.3 Termômetro de Líquido com Bulbo de Vidro........................................................... 143 
3.4.4 Termômetro Bimetálico ........................................................................................... 145 
3.4.5 Termômetro Tipo Pressão Mola.............................................................................. 147 
3.4.5.1 Termômetro de Bourdon Enchimento com Líquido ........................................................................... 148 
3.4.5.2 Termômetro de Bourdon de Enchimento Líquido e Vapor................................................................. 150 
3.4.6 Termômetro de Bourdon de Enchimento Líquido e Gás......................................... 150 
 
 
VI I 
3.4.6.1 Sistemas de Compensação...................................................................................................................151 
3.4.7 Termopar ..................................................................................................................153 
3.4.7.1 Principio de Funcionamento do Termopar ..........................................................................................154 
3.4.7.2 A f.e.m. de Peltier................................................................................................................................154 
3.4.7.3 A f. e. m. Thomson..............................................................................................................................155 
3.4.7.4 Material dos Termopares .....................................................................................................................155 
3.4.8 Pirômetro ..................................................................................................................161 
3.4.9 Termoresistência......................................................................................................162 
3.5 MEDIDORES DE NÍVEL .....................................................................................................163 
3.5.1 Medidores Diretos ....................................................................................................166 
3.5.1.1 Sonda...................................................................................................................................................166 
3.5.1.2 Visor....................................................................................................................................................166 
3.5.1.3 Bóias....................................................................................................................................................168 
3.5.2 Medidores Indiretos Baseados na Pressão Hidrostática .........................................171 
3.5.2.1 Tipo Caixa de Diafragma ....................................................................................................................171 
3.5.2.2 Tipo Pressão Diferencial .....................................................................................................................1723.5.2.3 Tipo DP-Cell .......................................................................................................................................172 
3.5.2.4 Tipo Manométrico com Sistema Pneumático (Borbulhamento)..........................................................173 
3.5.2.5 Medidores de Nível Baseados no Deslocamento.................................................................................174 
3.5.3 Medidores de Nível Elétricos ...................................................................................175 
3.5.3.1 Medidores de nível por condutividade elétrica....................................................................................175 
3.5.3.2 Medidores de Nível Capacitivos..........................................................................................................176 
3.5.4 Medidor de Nível Radioativo ....................................................................................176 
3.5.5 Medição de Nível de Sólidos....................................................................................177 
3.6 MEDIDORES DE VAZÃO ...................................................................................................178 
3.6.1 Grandezas Físicas e Características dos Líquidos.................................................178 
3.6.2 Princípios Físicos .....................................................................................................182 
3.6.2.1 Quantidade em volume de líquido num determinado período de tempo..............................................184 
3.6.2.2 Medição da vazão do líquido na unidade de tempo.............................................................................185 
3.6.3 Medidores de Vazão do Tipo Pressão Diferencial ...................................................186 
3.6.3.1 Tomada Piezométrica ..........................................................................................................................187 
3.6.3.2 Tubo Pitot............................................................................................................................................187 
3.6.3.3 Tubo Venturi .......................................................................................................................................188 
3.6.3.4 Bocal ou Tubo de Vazão .....................................................................................................................189 
3.6.3.5 Placa de Orifícios ................................................................................................................................189 
3.6.4 Medidores de Vazão de Área Variável.....................................................................190 
3.6.4.1 Rotâmetros ..........................................................................................................................................190 
3.6.5 Medidores Volumétricos...........................................................................................191 
3.6.5.1 Tanque Medidor ..................................................................................................................................191 
3.6.5.2 Disco Nutante......................................................................................................................................191 
3.6.5.3 Movimento Alternativo .......................................................................................................................192 
3.6.5.4 Movimento rotativo oscilante..............................................................................................................192 
3.6.6 Deslocamento Positivo do Fluido.............................................................................192 
3.6.6.1 Medidores de turbina...........................................................................................................................193 
3.6.7 Medidores Eletromagnético......................................................................................195 
3.6.8 Medidor de Vazão Ultra-Sônico ...............................................................................196 
3.7 ELEMENTO FINAL DE CONTROLE ..................................................................................197 
3.7.1 Válvula de Deslocamento Linear .............................................................................198 
3.7.2 Válvula de Deslocamento Rotativo ..........................................................................199 
3.7.3 Componentes da Válvula de Controle .....................................................................199 
3.7.3.1 Conjunto de Corpo ..............................................................................................................................199 
3.7.3.2 Sedes de Válvulas................................................................................................................................200 
3.7.3.3 Obturador ............................................................................................................................................201 
3.7.3.4 Conjunto do Atuador ...........................................................................................................................202 
 
 VI I I 
3.8 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 3................................................................. 204 
44 CONTROLADORES................................................................................................................. 207 
4.1 CONTROLADOR PNEUMÁTICO ...................................................................................... 208 
4.1.1 Ar de Controle ......................................................................................................... 210 
4.1.1.1 Fundamentos Físicos do Ar ................................................................................................................ 210 
4.1.1.2 Propriedades do Ar de Controle.......................................................................................................... 211 
4.1.1.3 Produção do Ar Comprimido.............................................................................................................. 212 
4.1.1.4 Métodos de Tratamento de Ar Comprimido ....................................................................................... 213 
4.1.1.5 Resfriamento do Ar ............................................................................................................................ 214 
4.1.1.6 Reservatório de Ar.............................................................................................................................. 215 
4.1.1.7 Secagem do Ar.................................................................................................................................... 215 
4.1.1.7.1 Secagem por Absorção........................................................................................... 216 
4.1.1.7.2 Secagem por Adsorção ou Regeneração ............................................................... 216 
4.1.1.7.3 Secagem a Frio....................................................................................................... 217 
4.1.1.7.4 Pré-aquecimento do Ar ........................................................................................... 217 
4.1.1.8 Filtros de Ar de Controle .................................................................................................................... 217 
4.1.1.9 Dreno Automático do Condensado..................................................................................................... 219 
4.1.1.10 Unidade de Conservação .................................................................................................................. 219 
4.1.1.11 Válvulas Reguladora de Pressão....................................................................................................... 221 
4.1.1.12 Distribuiçãode Ar de Controle em Navio......................................................................................... 222 
4.1.2 Bico Palheta ............................................................................................................ 225 
4.1.3 Transmissor Pneumático......................................................................................... 226 
4.1.4 Amortecedor de Oscilação ...................................................................................... 228 
4.1.5 Amplificador de Sinal Pneumático........................................................................... 228 
4.1.6 Extrator de Raiz Quadrada...................................................................................... 229 
4.1.7 Controlador Pneumático.......................................................................................... 231 
4.1.7.1 Detector de Erro.................................................................................................................................. 231 
4.1.7.2 Controlador Pneumático de Duas Posições (on-off) ........................................................................... 231 
4.1.7.3 Controlador Pneumático Proporcional................................................................................................ 233 
4.1.7.4 Controlador Pneumático Proporcional e Integral (PI)......................................................................... 234 
4.2 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO (SDCD) ............................................ 235 
4.2.1 Origem do SDCD..................................................................................................... 235 
4.2.2 Configuração do SDCD........................................................................................... 237 
4.2.3 Comunicação de um SDCD .................................................................................... 238 
4.2.4 Controladores Autônomos Interligados ao SDCD................................................... 238 
4.3 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ......................................................... 238 
4.3.1 Benefícios do Uso de CLPs .................................................................................... 240 
4.3.2 Operação do CLP.................................................................................................... 241 
4.3.3 Componentes do CLP ............................................................................................. 242 
4.3.3.1 Fonte de alimentação .......................................................................................................................... 242 
4.3.3.2 Unidade Central de Processamento (CPU) ......................................................................................... 243 
4.3.3.3 Relógio de Tempo Real ...................................................................................................................... 243 
4.3.3.4 Bateria ................................................................................................................................................ 243 
4.3.3.5 Memória do Programa Monitor .......................................................................................................... 243 
4.3.3.6 Memória do usuário............................................................................................................................ 243 
4.3.3.7 Memória de dados .............................................................................................................................. 244 
4.3.3.8 Memória imagem dos módulos de entradas........................................................................................ 244 
4.3.3.9 Memória imagem das entradas e saídas .............................................................................................. 244 
4.3.3.10 Circuitos auxiliares ........................................................................................................................... 244 
4.3.3.11 Módulos de Entrada.......................................................................................................................... 245 
4.3.3.12 Módulos ou interfaces de saída......................................................................................................... 246 
4.3.4 Capacidade do CLP ................................................................................................ 247 
4.3.5 Linguagens de Programação Para CLP.................................................................. 248 
 
 
IX 
4.3.5.1 Intercambialidade Entre Representações .............................................................................................248 
4.3.5.2 Estrutura da Linguagem e Representações ..........................................................................................249 
4.3.5.2.1 Álgebra de Boole..................................................................................................... 249 
4.3.5.2.2 Portas lógicas.......................................................................................................... 250 
4.3.5.2.3 Instruções Básicas .................................................................................................. 251 
4.3.5.2.4 Instruções e Blocos Especiais................................................................................. 252 
4.3.6 Passos para a Automação de um Processo com CLP ............................................255 
4.4 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 4 .................................................................256 
55 COMANDO E CONTROLE PNEUMÁTICO..............................................................................258 
5.1 CARACTERÍSTICAS DOS CIRCUITOS PNEUMÁTICOS .................................................259 
5.1.1 Identificação dos Elementos dos Circuitos Pneumáticos ........................................261 
5.1.1.1 Identificação por Algarismo ................................................................................................................262 
5.1.1.2 Identificação por Letras.......................................................................................................................263 
5.2 VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL (VCD).............................................................264 
5.2.1 Normalização da Simbologia das VCDs Segundo DIN 24300 ................................264 
5.2.2 Elementos de Acionamento ou de Comando...........................................................267 
5.2.3 Características de Construção.................................................................................270 
5.2.4 Válvulas de Sede .....................................................................................................271 
5.2.4.1 Válvulas de Sede Tipo Esfera..............................................................................................................271 
5.2.4.2 Válvula de Sede Tipo Prato.................................................................................................................272 
5.2.4.3 Sede Prato (Assento) Flutuante ...........................................................................................................275 
5.2.4.4 Sede de Prato Servocomandada...........................................................................................................276 
5.2.5 Válvulas Corrediças .................................................................................................277 
5.2.5.1 Válvula Corrediça Longitudinal ..........................................................................................................278 
5.2.5.2 Válvula Corrediça Plana Longitudinal ................................................................................................279 
5.2.5.3 Válvula Corrediça Giratória ................................................................................................................2805.2.6 Valores de Vazão nas Válvulas ...............................................................................281 
5.3 VÁLVULAS DE BLOQUEIO................................................................................................282 
5.3.1 Válvula de Retenção ................................................................................................282 
5.3.2 Válvula Alternadora (OU) .........................................................................................282 
5.3.3 Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional (VRU) ..................................................283 
5.3.3.1 VRU com Acionamento Mecânico......................................................................................................284 
5.3.4 Válvula de Escape Rápido .......................................................................................285 
5.3.5 Válvulas de Simultaneidade.....................................................................................285 
5.3.6 Válvula Limitadora de Pressão ................................................................................286 
5.3.7 Válvula de Seqüência...............................................................................................286 
5.3.8 Válvulas Reguladoras de Fluxo ...............................................................................286 
5.4 COMBINAÇÕES DE VÁLVULAS........................................................................................287 
5.4.1 Bloco de Comando Pneumático...............................................................................287 
5.4.2 Bloco Temporizador NF (comutação retardada)......................................................287 
5.4.3 Bloco Temporizado Normalmente Aberto ................................................................288 
5.5 COMANDO E CONTROLE ELETROPNEUMÁTICO..........................................................289 
5.5.1 Conhecimentos Elétricos Necessários.....................................................................289 
5.5.2 Principais componentes de comando eletropneumáticos........................................290 
5.5.3 Válvulas Solenóides de Comando Direto.................................................................293 
5.5.4 Válvulas Solenóides com Servocomando................................................................294 
5.6 ATUADORES PNEUMÁTICOS ..........................................................................................295 
5.6.1 Simbologia dos Atuadores .......................................................................................295 
5.6.2 Atuadores Pneumáticos Lineares ............................................................................296 
5.7 CIRCUITOS PNEUMÁTICOS E ELETROPNEUMÁTICOS................................................297 
 
 X 
5.7.1 Circuitos Pneumáticos de Comando Direto ............................................................ 298 
5.7.2 Circuitos Pneumáticos de Comando Indireto .......................................................... 300 
5.7.3 Circuitos de Comando Eletropneumático................................................................ 302 
5.8 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 5................................................................. 305 
66 COMANDO E CONTROLE ELETRO-HIDRÁULICO............................................................... 307 
6.1 HIDRÁULICA ..................................................................................................................... 308 
6.1.1 Fundamentos Físicos da Hidráulica. ....................................................................... 309 
6.1.2 Fluido Hidráulico...................................................................................................... 310 
6.1.2.1 Propriedades do Fluido de Pressão ..................................................................................................... 310 
6.1.2.2 Tipos de Óleos Hidráulicos................................................................................................................. 312 
6.2 ELEMENTOS HIDRÁULICOS E ELETRO-HIDRÁULICOS............................................... 313 
6.2.1 Simbologia Gráfica de Hidráulica Segundo DIN ISO 1219 ..................................... 313 
6.2.1.1 Símbolos Básicos................................................................................................................................ 314 
6.2.1.2 Símbolos Funcionais........................................................................................................................... 315 
6.2.1.3 Tipos de Atuação ................................................................................................................................ 316 
6.2.1.4 Conversão de Energia e Armazenamento de Energia ......................................................................... 317 
6.2.1.5 Comando e Regulagem de Energia..................................................................................................... 318 
6.2.2 Unidade Hidráulica / Reservatório........................................................................... 321 
6.2.3 Bombas Hidráulicas................................................................................................. 323 
6.2.3.1 Bombas de Engrenagens..................................................................................................................... 324 
6.2.3.2 Bombas de Palhetas ............................................................................................................................ 326 
6.2.4 Regulador de Pressão............................................................................................. 328 
6.2.5 Regulador de Vazão................................................................................................ 329 
6.2.6 Filtros de Circuitos Hidráulicos................................................................................ 330 
6.3 CIRCUITOS DE COMANDO/CONTROLE HIDRÁULICO ............................................................. 331 
6.3.1 Circuito Aberto......................................................................................................... 332 
6.3.2 Circuito Fechado ..................................................................................................... 332 
6.3.3 Exemplos de Circuitos Hidráulicos.......................................................................... 333 
6.4 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 6................................................................. 335 
77 BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................ 338 
88 RESPOSTAS DOS TESTES DE AUTOAVALIAÇÃO ............................................................. 339 
 
 
 
 
 
1 
AUT 
UNIDADE DE ENSINO 1 
11 EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA DE CONTROLE 
 
“O meio em que o homem vive, é ampliado em função de novos 
conhecimentos, novas opções e, conseqüentemente, novas 
tecnologias. As sociedades humanas não só selecionam um meio 
como também fazem os seus meios” 
 (USHE 1973, p.17) 
 
 
 
Nesta unidade, você deve adquirir as seguintes competências 
 
- Conhecer como evoluiu a tecnologia do controle automático industrial; e 
- Compreender a importância da automação industrial para a sociedade. 
 
 2 
1.1 DEFINIÇÕES, CONCEITOS E IMPORTÂNCIA DA AUTOMAÇÃO 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Entender o que é automação industrial; 
- Conhecer a evolução da automação industrial; e 
- Compreender a importância da aplicação da automação industrial para o 
capitalista, o trabalhador e a sociedade. 
- Compreender como o ser humano concebe e realiza um trabalho; e 
- Analisar a concepção do trabalho na ótica do ser humano. 
Provavelmente você já trabalhou com equipamentos, máquinas esistemas 
automatizados. Talvez já tenha lido algumas publicações que tratam do assunto ou escutado 
algumas explicações sobre a automação industrial. 
 
Mas, você seria capaz de definir ou conceituar tecnicamente 
Automação? 
É bem provável que para alguns estudantes responder essa questão será tarefa fácil, 
porém para outros haverá dificuldade. Então, vamos ajudá-los. 
A AUTOMAÇÃO, como é denominado o controle automático nos dias atuais, toma por 
referência o desenvolvimento de um programa para que o controlador do processo execute a 
monitoração e tem por base as técnicas da eletrônica digital. 
Para formalizar esse entendimento, vamos analisar o controle do funcionamento do 
sistema de resfriamento do motor principal (MCP) de um determinado navio, conforme ilustrado 
na figura a seguir. 
 
Fig.1.1 - Sistema de resfriamento do MCP controlado por CLP. 
Durante as manobras de fundeio, atracação ou desatracação de um navio, operando 
com controle manual, as temperaturas e pressões do MCP se modificam em função de maior 
 
 
 
3 
AUT 
ou menor regime de rotação, obrigando o Oficial de Máquinas ou seu auxiliar a manter uma 
atenção especial na operação, abrindo ou fechando as válvulas do referido sistema, isto é, 
aumentando ou reduzindo o fluxo para os aparelhos trocadores de calor (resfriadores), a fim de 
conservar o MCP operando dentro das faixas desejáveis de temperatura. 
No caso de uma falha humana, esta acarretará choques térmicos, ou seja, se o 
operador abrir demasiadamente a válvula e/ou fechá-la imediatamente, causará variações 
elevadas dos máximos e mínimos da temperatura. 
 
Um operador humano, limitado pelas suas capacidades, utiliza o conhecimento 
adquirido e as informações sensoriais, para pensar, analisar e executa a ação mais 
apropriada de controle do processo. 
Porém, se deixarmos aos cuidados de um controlador lógico programável (CLP), 
devidamente programado, a análise dos valores das variáveis enviados pelos transmissores e 
medidos por sensores (S) adequados e a decisão de como deve atuar os acionadores 
(motores) elétricos, pneumáticos ou hidráulicos das válvulas de três vias de controle (CV) do 
fluxo de água dos resfriadores, teremos um sistema de automação, minimizando assim as 
tarefas e os riscos de acidentes. 
 
Na automação, há auto-adaptação a condições diferentes de modo a que as ações do 
sistema de maquinismos conduzam a resultados ótimos. O órgão central de um 
sistema de automação é, na maior parte dos casos, o computador eletrônico. 
O professor português Horta Santos conceitua a AUTOMAÇÃO da seguinte forma: 
 
“Automação é o conjunto das técnicas que permitiram a criação de dispositivos 
capazes de estender o nosso sistema nervoso e a capacidade de pensar”. 
Ele considera também que a automação só foi possível graças ao aparecimento de uma 
nova ciência, a CIBERNÉTICA, e suas realizações concretas apoiadas pelo avanço da 
eletrônica (ROBÓTICA), especialmente no domínio dos COMPUTADORES. 
 
”a CIBERNÉTICA é uma ciência que corta transversalmente os entrincheirados 
departamentos da ciência natural: o céu, a terra, os animais e as plantas. Seu caráter 
interdisciplinar emerge quando considera a Economia não como um economista, a 
Biologia não como um biólogo, e as Máquinas não como um engenheiro. Em cada 
caso seu tema permanece o mesmo, isto é, como os sistemas se regulam, se 
reproduzem, evoluem e aprendem. Seu ponto alto é de como os sistemas se 
organizam.” Gordon Pask (1961), 
A cibernética está ligada à inteligência artificial, na medida em que é a sua 
concretização prática. A inteligência artificial teoriza, e a cibernética encontra formas de 
materializar e de aplicar esses modelos teóricos. 
A cibernética, ligada à robótica, encontra modelos em que os sistemas criados pela 
Inteligência artificial se alojam. Assim, a inteligência artificial relacionada com as ciências 
cognitivas compreende e reproduz os processos mentais, ao mesmo tempo em que a 
cibernética e a robótica compreendem e reproduzem os processos biológicos e motores dos 
seres humanos. Ao longo da história da cibernética e da robótica, máquinas cada vez mais 
próximas dos comportamentos humanos foram substituindo, progressivamente, os autômatos 
que caracterizaram os primeiros passos dessa ciência. 
 
 4 
Atualmente, vemos robôs que jogam futebol em equipe, que dobram folhas de papel, 
atribuindo-lhes formas; que conseguem passar linhas por buracos de agulha, etc.; que 
conseguem realizar tarefas tão minuciosas e tão particulares, que até há bem pouco tempo 
apenas eram do domínio humano. 
As investigações, em cibernética e robótica, caminham no sentido de aperfeiçoar a 
percepção visual e o controle motor dos robôs e de encontrar linguagens de programação que 
permitam uma melhor comunicação homem-máquina, máquina-máquina e máquina-homem. 
Esses assuntos são estudados em cursos avançados de automação. 
Diversos Engenheiros e autores, de livros sobre controle automático de processos, 
consideram a necessidade de fazer distinção idiomática dos vocábulos AUTOMAÇÃO e 
AUTOMATISMO, para melhor entendimento do controle automático nos dias atuais. 
 
“automação significa a dinâmica organizada dos automatismo, ou seja, suas 
associações de uma forma otimizada e direcionada à consecução dos objetivos do 
progresso humano.” FIALHO1, 
 
 
“automatismo, são os meios, os instrumentos, máquinas, processos de trabalho, 
ferramentas ou recursos, capazes de potencializar, reduzir, ou até mesmo eliminar a 
ação humana” (FIALHO) 
Por outro lado, sabe-se que as inovações mecânicas e as modernas tecnologias 
produzem desemprego nas áreas industriais; porém, os economistas, os sociólogos e outros 
estudiosos do assunto nunca chegaram a um consenso sobre esse desemprego ser transitório 
ou permanente. Da mesma forma, não sabemos se a automação contribui para a promoção ou 
o aviltamento dos trabalhadores. 
O importante é que você saiba que a automação destina-se a estimular a 
produtividade e a reduzir o custo unitário da produção. Por essas características, ela tem 
sido o grande propulsor da chamada “globalização”, interferindo nos canais de comunicação, 
na diplomacia e, por fim, no volume do comércio internacional. 
 
Quais fatos explicam a evolução do controle automático de processos 
industriais? 
Ao recorrermos aos registros históricos da humanidade, verificamos que, nos 
primórdios, os sistemas de controle de processos industriais foram projetados e desenvolvidos 
por meio de procedimentos empíricos baseados na intuição e na experiência cumulativa, ou 
seja, a maioria dos raciocínios envolvidos não tinha por base cálculos matemáticos ou 
aplicação de conhecimentos da física. 
Contudo, esta aproximação não cientifica e por tentativas, como ocorreu, satisfez as 
necessidades de controle por longo tempo. 
Da mesma forma, os historiadores consideram que o maior desenvolvimento 
tecnológico que a humanidade já presenciou ocorreu no século XX e que uma das tecnologias 
que mais repercussão alcançou e se mantém em constante desenvolvimento é a de controle 
automático de processos industriais, ou seja, da automação industrial. 
 
1 Fialho, Arivelto Bustamante (2003). 
 
 
 
5 
AUT 
 
Fig.1.2 - O ser humano e seu ambiente artificial 
Os principais cien-
tistas dedicados ao estudo 
do desenvolvimento tec-
nológico consideram que 
a evolução do controle 
automático ocorreu devido 
à necessidade de o ser 
humano superar as suas 
limitações. 
Na atualidade, esta importância sustenta-se em dois fatos principais: 
 
1. substituir o trabalho humano nas tarefas monótonas, repetitivas, inseguras e 
cansativas; e 
2. permitir, com baixo custo de investimento, sensível melhoria na qualidade 
de operaçãodos processos, o que possibilita ao produto fabricado ser 
competitivo no mercado, gerando lucros razoáveis. 
Para Horta Santos, desde os seus primórdios, o ser humano vem criando dispositivos 
que possibilitem estender as suas capacidades, ou seja, seus poderes, tais como: 
- habitações e vestuários para se proteger, como extensão de sua epiderme; 
- a piroga (canoa), carroça, carro, trem, avião, foguete, etc., ampliando a sua 
capacidade de locomoção; 
- as máquinas para ampliar o poder de seus músculos e agir sobre a natureza; 
- o rádio e o telefone, para ouvir e falar mais longe; 
- o telescópico, a televisão e o radar, para amplificar a sua própria capacidade de ver; e 
- o computador, que aumentou e aperfeiçoou o seu poder de comunicação e controle. 
 
Neste momento é importante que você faça uma reflexão sobre o que lhe foi 
apresentado. Anote os pontos de que discorda, justificando-os a seguir crie 
exemplos para os fatos com que concorda, etc. 
1.2 A CONCEPÇÃO HUMANA DO TRABALHO 
O processo de evolução de uma invenção tecnológica envolve um trabalho humano 
que, quase sempre, implica a alteração do meio ambiente e do padrão de comportamento da 
humanidade, originando nova fase de desenvolvimento. 
 
Como se define o trabalho humano? 
 
 
O trabalho é uma atividade que consiste em atuar sobre as matérias primas 
encontradas na natureza, com o objetivo de transformá-las, para melhor 
satisfazer as necessidades das espécies. 
 
 
 6 
 
“O trabalhador não transforma apenas o material sobre o qual opera; ele imprime ao 
material o projeto que tinha conscientemente em mira, o qual constitui a lei 
determinante do seu modo de operar ao qual tem de subordinar sua vontade” 
(Aristóteles) 
O que regula o trabalho nos outros animais é a sua característica instintiva, que lhe é 
inata, antes de aprendida. Já no trabalho humano, o mecanismo regulador é o poder do 
pensamento conceptual, que tem origem em todo um excepcional sistema nervoso. 
Assim sendo, só a espécie humana é capaz de fazer um trabalho propositadamente 
orientado pela inteligência. É esse modo de trabalho que faz a humanidade evoluir e que 
mantém a evolução. As diversas formas sociais que conhecemos e as que ainda hão de surgir 
dependem da característica distintiva do trabalho humano. 
O processo de trabalho começa com um contrato ou acordo que estabelece as 
condições da venda das forças de trabalho pelo trabalhador e sua compra pelo empregador. 
Portanto, no contrato normal de trabalho: 
 
“O que o trabalhador vende e o que o capitalista compra não é uma quantidade 
contratada de trabalho, mas a força para trabalhar por um período contratado de 
tempo”. (MAX, 1985) 
1.3 EVOLUÇÃO DAS TÉCNICAS INDUSTRIAIS 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Reconhecer os principais inventos relacionados às máquinas que 
contribuíram para o desenvolvimento dos sistemas de controle. 
- Compreender como ocorreu a evolução das técnicas industriais. 
No mundo ocidental, a evolução industrial ocorreu com grande lentidão até o início do 
emprego das máquinas térmicas, pois as sociedades antigas viviam da economia agrária e 
artesanal, com produções domiciliares, voltadas para um pequeno mercado interno. 
 
Fig.1.3 - Ferramentas primitivas 
 
Fig.1.4 - Ferramentas para trabalho em madeira 
As técnicas predominantes eram rudimentares, baseadas em processos empíricos, 
transmitidos de geração em geração, e empregavam apenas ferramentas simples (manuais), 
inventadas com base na utilização da energia muscular de origem humana ou animal, pois 
essas não se diferenciavam. Os resultados alcançados satisfizeram as necessidades 
específicas do momento e, por razões relacionadas ao sobrenatural religioso, as investigações 
praticamente pararam no tempo. 
 
 
 
7 
AUT 
Antes de prosseguirmos, é importante que saibamos as definições técnicas de 
ferramentas e máquinas, para obtermos uma melhor compreensão dos fatos relacionados as 
técnicas industriais de controle. 
 
“ferramentas são os utensílios empregados para execução direta de certos trabalhos 
que envolvam os atos de bater, esfregar e cortar”. Marx 
O termo “máquina” é de difícil definição tendo em vista a sua diversidade de aplicação. 
Adotamos a definição de de Karl Marx2, que acreditamos ser a mais concisa, pois ele tomou 
por base os pensamentos de Poncelet, Ure e Babbage. Porém, também citaremos as 
definições de Willis e Reùleaux, que fazem distinções entre a parte e o todo. 
 
“toda a maquinaria inteiramente aperfeiçoada consiste em três partes essencialmente 
diferentes: o mecanismo motor, o mecanismo de transmissão e, por fim, a 
ferramenta ou máquina de acionamento”. Marx 
 
“toda máquina consiste em uma série de peças ligadas entre si de formas variadas 
que, ao se movimentar uma delas, todas elas recebem um movimento, cuja relação 
com o da primeira é governada pela natureza da conexão”. Willis 
 
“uma máquina é uma combinação de corpos resistentes, dispostos de tal forma que, 
por seu intermédio, as forças mecânicas da natureza podem ser coagidas a efetuar 
trabalhos, acompanhados por certos e determinados movimentos”. Reùleaux 
 
 
Fig.1.5 - Ferramentas manuais para calafetar 
embarcações 
1 - 
2 - 
3 - 
4 - 
5 - 
6 - 
7 - 
8 - 
9 - 
10 - 
11 - 
12 - 
13 - 
14 - 
15 - 
16 - 
17 - 
 
 
Observando a figura 1.5, consulte um dicionário técnico ou mesmo um colega, 
para identificar os nomes das ferramentas enumeradas de 1 a 17. 
Mas, foi no tratado de Herão de Alexandria, sobre “Mecânica”, que começaram a ser 
definidas matematicamente as aplicações das “máquinas” ferramentas simples. No seu 
estudo sobre levantamento de grandes pesos, ele demonstrou como cinco máquinas simples 
poderiam movimentar um peso por meio de uma determinada força. 
Por mais que as ferramentas tenham sido criadas para serem utilizadas com as mãos, 
muitas delas foram adaptadas a máquinas, sem grandes alterações da forma ou da finalidade. 
O aperfeiçoamento técnico delas ocorreu por acaso, em cima das próprias dificuldades e 
 
2 Karl Marx, Capital. Vol I, p. 407. Chicago: , 1912 
 
 8 
necessidades do trabalhador, em peças e ferramentas de seu uso, buscando diminuir o esforço 
empregado, melhorar a performance de seu trabalho e a qualidade de vida. 
Não houve análise da aplicação prática, porque não havia nenhuma preocupação com a 
produtividade e com a incidência da mão-de-obra no custo do produto final ou coisa 
parecida já que esses conceitos eram desconhecidos antes da era industrial. 
 
Os historiadores da Antiguidade consideram que tenha sido a alavanca a primeira 
ferramenta mecânica empregada pelo ser humano. 
Nas figuras a seguir são ilustradas ferramentas, as máquinas-ferramentas simples e 
algumas aplicações de instrumentos ou equipamentos simples da Antiguidade 
 
Fig.1.6 - Ferramentas para trabalho manual em oficinas 
 
Fig.1.7 - Alavanca 
 
Fig.1.8 - Alavanca 
 
Fig.1.9 - Cunha 
 
Fig.1.10 - Roda e eixo 
 
Fig.1.11 - Parafuso 
 
Fig.1.12 - Roldana 
 
Fig.1.13 - Plano Inclinado 
 
Fig.1.14 - Nora romana aperfeiçoada 
 
 
 
9 
AUT 
 
Fig.1.15 - Parafuso de água de Arquimedes 
Também era empregado para esgotar os porões 
dos navios. 
 
Fig.1.16 - Cadeia de alcatruzes 
 
Fig.1.17 - Guincho romano 
 
Fig.1.18 - Guindaste romano 
 
Fig.1.19 - Picota (shafus). 
A picota, também conhecida como 
cegonha, era utilizada no Egito (550a.C.), 
para tirar água de poços ou de rios. Ao 
lado, uma foto, onde vemos egípcios 
utilizando-as na captação de água do rio 
Nilo para se usadana irrigação das 
plantações agrícolas. 
Fig.1.20 - Exemplo do emprego da picota 
 
 
 10 
 
Fig.1.21 - Transmissão mecânica por meio de 
engrenagens, acionada por roda d’água. 
Invenção romana do século IV. 
Conforme as dificuldades iam 
surgindo, os homens usavam de sua 
inteligência para estudá-las e superá-
las. Assim, foram criadas as 
máquinas primitivas e as formas de 
controlá-las, ou melhor, iniciaram-se 
os estudos que originaram os 
“tratados” sobre mecânica pura e 
aplicada. 
 
Tratados são os escritos dos inventores ou cientistas sobre os estudos que fizeram 
sobre os seus inventos, que precederam a intuição ou foram feitos depois da 
concepção da idéia 
Dentre os tratados da Antiguidade, destacamos os de: 
- Filon de Bizâncio (270-200 a.C.); 
- Marcus Vitruvius Pollio (Séc. II a.C.); 
- Aristóteles (384-322 a.C.); 
- Euclides (Séc. III a.C.); 
- Herão de Alexandria (Séc. II d.C.); e 
- Pappus de Alexandria (284-305 d.C.). 
 
 
AGORA TEMOS UM DESAFIO! Escolha um dos cientistas mencionados, para 
fazer uma pesquisa sobre o que eles estudaram em seus tratados. 
 
As bases para a análise e a concepção 
dos mecanismos de engrenagens, elementos 
principais dos primeiros sistemas de controle, 
foram definidas pelos fabricantes de relógios3. 
Começou com os tratados do século XIII em 
árabe e castelhano sobre os relógios de água, 
os quais foram empregados desde o antigo Egito 
até o século XVIII. 
No século XIV, sugiram os relógios 
mecânicos, destacando-se o tratado de 
Giovanni Dondi sobre o seu relógio planetário e 
o relógio do Palácio da Justiça de Paris, no 
reinado de Carlos V. 
 
Fig.1.22 - Relógio marítimo de Christian 
Huygens (1661) 
 
3 Ou t ras i n fo rm aç ões cons u l t em USHE (H i s tó r i a das I nvenções Mec ân ic as , 1973 ) . 
 
 
 
11 
AUT 
 
Fig.1.23 - Imprensa medieval 
Nesta evolução, devemos destacar, 
também, a invenção da imprensa, que se 
deu na Alemanha por volta de 14574 e 
espalhou-se por toda a Europa, 
propiciando o registro das grandes 
invenções e os desenhos precisos das 
máquinas e mecanismos de Leonardo da 
Vinci (1451-1519), além de alguns 
tratados da mecânica. 
O aperfeiçoamento das técnicas da 
metalurgia, principalmente daquelas aplicadas à 
fundição de peças de ferro, que contribuiu para o 
desenvolvimento da mais importante máquina-
ferramenta que o homem inventou, o torno 
mecânico. A partir de então, foi possível 
construir com mais precisão as peças dos seus 
conjuntos mecânicos, como eixos, polias, 
engrenagens, cames etc., assim como outras 
máquinas, propiciando a confiabilidade dos 
mecanismos e a automatização dos seus 
funcionamentos. 
Fig.1.24 - Torno de veio (eixo) (1785) 
1.4 EVOLUÇÃO DO EMPREGO DAS FONTES DE ENERGIA FLUIDAS 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
- Compreender a evolução do emprego das fontes de energia fluídas 
conhecidas; 
- Conhecer os aspectos básicos relacionados a energia; e 
- Entender os tipos de energia. 
Energia é o termo técnico, originário da Física, mais empregado em nossa vida 
cotidiana. Foi estudado no Módulo Mecânica Técnica, porém vamos rever o assunto, na 
perspectiva de dirimir qualquer dúvida que tenha ficado com relação a questão das “energia 
pneumática” e “energia hidráulica”. 
Por ser uma palavra muito abrangente e, por isso mesmo, muito abstrata energia é 
difícil de ser definida com poucas palavras de um modo preciso. 
 
4 O mais antigo livro impresso de que temos noticias é o Livro de Salmos de Mogúncia, de 1457 (fonte de consulta: 
Grandes Impérios e Civilizações – A Europa Medieval. Vol. II – Edições Delprado) 
 
 12 
 
Usando apenas a experiência do nosso cotidiano, poderíamos conceituar energia 
como “algo que é capaz de originar mudanças no mundo”. 
Exemplos: O deslocamento de uma embarcação. A queda de uma folha. A correnteza de um 
rio. A rachadura em uma parede. O vôo de um inseto. A remoção de uma colina. A construção 
de uma represa. Em todos esses casos, e em uma infinidade de outros que você pode 
imaginar, a interveniência da energia é um requisito comum. 
 
Como já visto, muitos livros definem energia como “capacidade de realizar 
trabalho”. Mas esta é uma definição limitada a uma área restrita da física: a 
Mecânica. 
À medida que procuramos abranger outras áreas da Física (calor, luz, eletricidade, por 
exemplo) no conceito de energia, avolumam-se as dificuldades para se encontrar uma 
definição concisa e geral. Mais fácil é descrever aspectos que se relacionam à energia e 
que, individualmente e como um todo, nos ajudam a ter uma compreensão cada vez melhor do 
seu significado. 
- Conversão de energia: A quantidade que chamamos energia pode ocorrer em diversas 
formas. Ou seja a energia pode ser transformada, ou convertida, de uma forma em outra. 
Exemplo: A energia mecânica de uma queda d’água é convertida em energia elétrica a qual, 
por exemplo, é utilizada para estabilizar a temperatura de um aquário (conversão em calor) 
aumentando, com isso, a energia interna do sistema em relação à que teria à temperatura 
ambiente. As moléculas do meio, por sua vez, recebem do aquário energia que causa um 
aumento em sua energia cinética de rotação e translação. 
- Transferência de energia: Cada corpo e igualmente cada “sistema” de corpos contém 
energia. Energia pode ser transferida de um sistema para outro. 
Exemplo: Um sistema massa/mola é mantido em repouso com a mola distendida. Nestas 
condições, ele armazena energia potencial. Quando o sistema é solto, ele oscila durante um 
determinado tempo mas acaba parando por causa do atrito e da resistência do ar. A energia 
mecânica que o sistema possuía inicialmente acaba transferida para o meio que o circunda (ar) 
na forma de um aumento da energia cinética de translação e rotação das moléculas do ar. 
- Conservação de energia: Quando energia é transferida de um sistema para outro, ou 
quando ela é convertida de uma forma em outra, a quantidade de energia não muda . 
Exemplo: A energia cinética de um automóvel que pára é igual à soma das diversas formas de 
energia nas quais ela se converte durante o acionamento do sistema de freios que detém o 
carro por atrito nas rodas. 
- Degradação de energia: Na conversão, a energia pode transformar-se em energia de 
menor qualidade, não aproveitável para o consumo. Por isso, há necessidade de produção 
de energia apesar da lei de conservação. Dizemos que a energia se degrada. 
Exemplo: Em nenhum dos três exemplos anteriores, a energia pode “refluir” e assumir sua 
condição inicial. Nunca se viu automóvel arrancar reutilizando a energia convertida devido ao 
acionamento dos freios quando parou. Ela se degradou. Daí resulta a necessidade de 
produção constante (e crescente) de energia. 
 
 
 
13 
AUT 
- Energia Mecânica são todas as formas de energia relacionadas com o movimento de 
corpos ou com a capacidade de colocá-los em movimento ou deformá-los 
As classes de energia mecânica são: 
1. Energia potencial (Ep): É a que tem um corpo que, em virtude de sua posição ou 
estado, é capaz de realizar trabalho; 
2. Energia Cinética (EC) : É a que todo corpo em movimento tem associada a esse 
movimento que pode vir a realizar um trabalho (em uma colisão por exemplo). 
- Manifestação da energia - As forças, que integradas manifestam a existência do Universo 
estão associadas as três formas de energia existentes: a Energia Gravitacional, a Energia 
Eletromagnética e a Energia Nuclear. Juntas, elas criam o todo e tudo que existe é formado 
por elas. 
1. A energia gravitacional é manifestada pela força de atração entre corpos que 
possuem massa, produzindouma ação sobre toda a matéria existente. 
 Apesar da força da gravidade ser a mais fraca de todas, possui uma intensidade de 
longo alcance atuando no Universo como um todo. 
 
A gravitação solar participa - em conjunto com a energia eletromagnética e a 
nuclear - na composição da energia solar. Por meio da gravitação terrestre, causa 
influência no movimento das massas de ar e água, contribuindo para formação da 
energia fluídica. 
2. A energia eletromagnética se origina da fonte de interação da força da carga 
elétrica. Resulta numa força de atração ou repulsão entre partículas, conforme suas 
polaridades 
 
A energia eletromagnética participa da composição da energia solar e é a sua própria 
manifestação, pois é por meio dela que a energia radiante do sol chega até nós. 
Pelas ligações atômico-moleculares forma a energia química, que em conjunto com o 
sol origina a biomassa. 
3. A energia nuclear resulta das forças que atuam entre as partículas que compõem o 
núcleo da matéria. 
 
A fusão nuclear possibilita a liberação de energia no interior do sol, contribuindo 
para formação da energia solar. As ligações nucleares originam os elementos 
radioativos, que pela fissão nuclear produzem grandes quantidades de energia em 
forma de calor. Esse processo resulta em produção de resíduos de alto impacto 
social e ambiental, inviabilizando o uso dessa fonte como substituta da geração 
termelétrica. A alternativa para o aproveitamento dessa fonte energética é por meio 
da energia geotérmica. 
4. A energia solar é formada pela gravitação solar, juntamente com a energia 
eletromagnética e as reações nucleares (fusão=junção; fissão=separação) no 
interior do sol. A parcela da energia solar que chega até a terra contribui na 
composição do planeta e manifesta a vida. 
 
 14 
“ A energia solar pode ser armazenada pelos vegetais através da fotossíntese 
na forma de hidratos de carbono, originando a biomassa. Também chamada 
massa da vida, compreende toda matéria orgânica animal (zoomassa) ou 
vegetal (fitomassa). Restos e rejeitos orgânicos industriais, urbanos e rurais, 
dejetos oriundos do sistema de esgoto e aterros sanitários, são também fonte 
de biomassa energética. O petróleo é biomassa fóssil, possuindo um período 
de formação de milhões de anos” . 
“As energias química, mecânica e elétrica compreendem três formas de 
energia que estão diretamente associadas com as energias que forma o todo: 
energia eletromagnética, energia nuclear e energia gravitacional. Devido 
a essa característica, toda manifestação de vida na biosfera é resultante da 
transformação da energia solar em energia química (produção de hidratos de 
carbono, gorduras e proteínas a partir da fotossíntese) e da energia química 
em energia mecânica e calor no metabolismo celular. A origem dos recursos 
abióticos é produto das reações nucleares e químicas nas diferentes fases de 
formação geológica da Terra” (STI/MIC, 1979). 
5. A energia fluídica ou fluxo, como os físico preferem, é originada pela influência da 
energia solar no aquecimento e evaporação das massas de ar e marítimas, e pela 
força de gravitação terrestre devido à energia gravitacional. Através da fotossíntese, 
forma a biomassa. Portanto, a conversão da energia solar em fluídica e biomassa é 
fundamental para existência da Terra. 
 
Energia de fluxo é composta da energia hídrica e da energia eólica. Água e ar são 
elementos equivalentes com densidades diferentes, ambos são chamados fluídos. 
Como já mencionado, o Homem desde o próprio processo de hominização (formação 
do ser humano), que busca superar suas dificuldades, assim primitivamente utilizou-se do fogo 
como fonte de calor e luz, tanto para cozinhar os alimentos quanto, para iluminar os 
ambientes. Mais tarde o fogo passou a ser empregado no tratamento térmico de materiais e 
tornou-se elemento constitutivo do próprio crescimento da humanidade, em sua vida material, 
cotidiana e simbólica. 
Na sua evolução o Homem, para à realização de trabalhos que empreguem força e 
movimento não compatível com o ser humano, passou a utilizar-se das diversas fontes de 
energia disponível na natureza. 
Os estudos pioneiros sobre a mecânica permitiram que, aos poucos, houvesse uma 
evolução da utilização da energia muscular dos animais e dos homens para as energias 
fluidas (fluxo): eólica e hidráulica, depois para a pneumática e, mais tarde com estudos 
modernos, para as energias térmica e elétrica. 
 
Sabe-se que os chineses, nos primórdios da civilização, foram os primeiros seres 
humanos a fazer uso da energia eólica sobre as velas, para propulsão das 
embarcações, e que permaneceram até os dias atuais. 
No Ocidente, os primeiros estudos sobre emprego do ar comprimido (pneumática) são 
encontrados nos trabalhos de Filom, de Bizâncio, e de Herão, de Alexandria. Mas, sabe-se 
que as primeiras aplicações da pneumática ocorreram por volta do ano 2.500 a.C. em “foles” 
e mais tarde, também, foi utilizado em equipamentos de mineração, em usinas siderúrgicas e 
em órgãos musicais. 
 
 
 
 
15 
AUT 
 
Fig.1.25 - Emprego da energia eólica na propulsão de embarcações a vela. 
Depois, no final do século XV, a eólica foi utilizada nos moinhos de vento da agricultura 
européia e nas azenhas. O aperfeiçoamento do funcionamento do moinho de vento fez 
aparecer um dos primeiros instrumentos de controle automático: 
 
O aparelho de posicionamento automático do hélice do moinho de vento 
(mostrado na figura a seguir), inventado por Meikle em 1750. 
 
 
Fig.1.26 - Moinho de vento – Meikle 
Esse aparelho fazia o ajuste automático 
do eixo do hélice, visando a uma melhor 
posição relativa ao vento. 
Funcionamento: O pequeno hélice h é um 
motor que gira enquanto o vento não está a 90º 
de seu eixo. Sua rotação gira toda a estrutura 
superior e carrega o eixo do hélice principal, H. 
Quando o pequeno hélice (h) pára com seu 
eixo a 90º do vento, o hélice grande (H) pára na 
direção do vento, obtendo assim a posição de 
máxima captação de energia. 
Porém, a aplicação da pneumática na indústria, passou a ocorrer sistematicamente 
somente em meados do século XIX em ferramentas de perfurar, em locomotivas, em “correio” 
de tubos e outros dispositivos acionados por ar comprimido. 
Por volta de 1920, começou a ser empregado como ar de controle na automatização e 
racionalização dos processos de trabalho, tendo se acentuado a partir de 1950. Nos dias atuais 
a energia eólica é bastante aproveitada no acionamento de geradores de energia elétrica, de 
construção semelhante aos moinhos de vento. 
 
A palavra “Pneumática” provém da expressão pneuma, do antigo grego, que 
significa fôlego (respiração), vento e humanidade. Nos dias atuais, nos navios e na 
Indústria trata especificamente do ar de controle. 
 
 
Todos os gases são facilmente compressíveis, e é esta propriedade que mais os 
diferencia dos líquidos como meio de transmissão de energia. 
 
 16 
Exemplos: O comportamento de um gás, ao transmitir energia, pode ser entendido facilmente, 
analisando-se os exemplos a seguir: 
- Se pegarmos uma bomba comum de bicicleta, puxarmos o cabo para fora e cobrirmos com 
o dedo a saída, o ar no interior comportar-se-á de forma muito semelhante a uma mola; 
um peso colocado sobre o cabo oscilará para cima e para baixo. 
- Se colocarmos um corpo razoavelmente pesado sobre uma mesa e empurrarmos com o 
cabo da bomba, ainda com a saída fechada, notar-se-á que o êmbolo entra ou sai à 
medida que varia o atrito do corpo contra a mesa. 
- Sacudir para cima e para baixo o cabo da bomba não produzirá nenhum aquecimento 
apreciável; mas, se a bomba for usada continuamente para forçar a saída de ar sobre 
pressão, ela acabará ficando bastante quente, assim como o ar que a deixa. 
- Ao se esvaziar um pneude bicicleta, o ar que sai dará a sensação de estar bastante frio. 
Pode mesmo tornar a válvula tão fria, que fará aparecer uma camada de gelo. 
A energia hidráulica que, não tendo o inconveniente de depender da irregularidade do 
vento, e sim dos leitos regulares dos rios e de suas características menos caprichosas, evoluí 
ao longo do tempo, da simples nora (figura 1.17), empregada para retirar (bombear) água do 
rio para abastecer os canais de irrigação agrícola, aos sofisticados engenhos de rodas 
hidráulicas aliada à transmissão mecânica por meio de engrenagens (figura 1.27) que 
convertiam-na em de energia mecânica para mover os pesados martelos de forjar o ferro, os 
foles das forjas, as mós de moer o trigo e afiar as ferramentas, etc. As rodas hidráulicas, mais 
tarde, passaram a bombear água tanto para as cidades como para o campo. 
 
Fig.1.27 - Rodas hidráulicas de Babegal, 
cidade romana do século IV 
Atualmente, a hidráulica é empregada para 
acionar as turbinas das hidrelétricas, para 
produzirem energia elétrica, como é o caso da 
hidrelétrica de Xingó, mostrado na figura a seguir. 
 
 
Fig.1.28 - Hidroelétrica do Xingó 
 
 
 
17 
AUT 
 
 
A gravura da figura 1.27 mostra uma parte dos moinhos de água de Babegal, cidade 
romana do século IV, vizinha da capital imperial Arles. As rodas tinham mais de 2m 
de diâmetro, eram acionadas pela água que corriam nos aquedutos e caíam sobre 
elas a um ângulo descendente de 30°. O movimento er a convertido para acionamento 
das rodas de moer (mos) horizontais por meio de um conjunto de engrenagens. 
 
 
Um outro engenho famoso que empregava este tipo de energia foi a “A máquina de 
Marly”, que acionava as fontes de Versalhes. Tinha 14 rodas hidráulicas que 
forneciam o mínimo de 75 cavalos-vapor (CV). 
Provavelmente, a dificuldade encontrada para o emprego das energias eólica e 
hidráulica em grandes quantidades residiu no alto custo de produção, se comparado com o 
trabalho produzido pelos animais, pelos homens e pelas máquinas térmicas, o que justifica 
essas energias terem sido pouco exploradas. 
A tabela a seguir demonstra o resultado do estudo desenvolvido por Rankine5, 
comparando as potências das energias, baseados nos números de d’Aubuisson6, para oito 
horas de serviço. 
Fontes de Energia Potência da Energia Exercida em (CV) 
- Homem acionando uma bomba 0,036 
- Homem acionando uma manivela 0,04 – 0,078 
- Homem acionando um cabrestante 0,0047 
- Cavalo fazendo girar um molinete a passo 0,267 – 0,578 
- Rodas acionadas pela parte superior, de 5,5 m 2 – 5 
- Moinho de poste 2 – 8 
- Moinho de torre 6 - 14 
 
 
Os conteúdos que acabamos de estudar serão de grande valia para compreensão 
dos sistemas de controle industrial. Por essa razão faça um estudo mais detalhado 
sobre o que lhe foi apresentado, consulte outras publicações, anote os pontos 
importantes e associe no que for possível com as técnicas de controle automático. 
1.5 DESENVOLVIMENTO DO COMÉRCIO E DA INDÚSTRIA 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Compreender a importância do desenvolvimento do comércio e da industria 
para a evolução da tecnologia de automação industrial. 
 
“São as grandes crises que levam a humanidade a descobrir novas 
tecnologias, novas formas de trabalho e novas relações trabalhistas.” 
 
5 Rankine, W. J. M. Useful rules and tables. Londres: 1873 
6 D’Aubuisson de Voisins. Boston, 1852. 
 
 18 
Se você analisar esse pensamento em função da automação industrial concluirá que 
assim é como ela tem se comportado ao longo da sua evolução. Vejamos alguns fatos 
importantes da humanidade. 
Assim aconteceu na Idade Média, com a Guerra dos Cem Anos (1346-1450, entre 
França e Inglaterra), com a Peste Negra e as revoltas populares que provocaram a escassez 
da mão-de-obra, antes tão abundante, causando o desequilíbrio da oferta de mercadoria. A 
solução encontrada foi aproveitar os conhecimentos técnicos existentes para introduzir novas 
formas de trabalho por meio das quais os homens pudessem produzir mais. 
 
Na produção feudal, foi adotado o arrendamento das terras e liberdade aos 
servos, para venderem seus excedentes nos mercados das cidades. 
Com isso, ocorreu o incremento de técnicas para o aumento da produção, como a 
charrua e a rotação trienal das culturas. Surgiram então povoamentos rurais independentes 
dos domínios dos senhores feudais, que, não tendo quem trabalhasse em suas terras, além 
das despesas com as guerras, foram se endividando e acabaram por se desfazer delas. Assim, 
liberaram os seus servos, aumentando ainda mais o êxodo para as grandes cidades, 
favorecendo os mercadores e os financistas. 
Às crises do século XIV provocaram um desequilíbrio da oferta de mercadoria e 
mudanças na economia dos Estados europeus, de forma tal que só os Países de regime 
político centralizados conseguiram se adequar e puderam levar adiante um empreendimento 
de caráter estatal, que se transformou em um instrumento de riqueza e poder: a expansão 
ultramarina. 
 
Fig.1.29 - Piloto quinhentista e uso 
da bolina. 
 
Fig.1.30 - Navio Espanhol do século XV (Caraça). 
Portugal, sob a dinastia de Dom Dinis e seus sucessores, na busca de superar as suas 
dificuldades, deu início à expansão ultramarina, que foi consolidada pelo Infante D. Henrique. 
Este incentivou o desenvolvimento de instrumentos que facilitaram a arte de navegar e atraiu 
para Portugal, precisamente para a Ponta de Sagres, os melhores navegadores da Europa, 
marinheiros experientes e estudiosos da arte de navegar, os quais propiciaram ao Estado 
português expandir e manter um domínio do comércio marítimo por quase cem anos, 
 
 
 
19 
AUT 
tornando-se o maior império marítimo colonial já existente e o primeiro Estado moderno 
europeu. 
Com a consolidação da monarquia na Espanha, em 1492, os reis católicos deram início 
às grandes navegações marítimas que levaram a esse país descobrir e conquistar novas 
terras, as quais lhes propiciaram muito ouro e rápido enriquecimento, o que a tornou dona de 
inúmeras colônias nas Américas. A disputa com a França obrigou a Espanha a formar uma 
frota para proteger sua costa e seus navios comerciais, criando assim a sua famosa 
“invencível armada”, que lhe deu o título de “a senhora dos mares” europeus. 
França, Inglaterra, Holanda e Alemanha, a exemplo de Portugal e Espanha se 
dedicaram às conquistas marítimas. Mas a cobiça, a ambição e o desejo de ser o melhor, o 
dominador, fizeram esses principais países europeus travarem entre si um “jogo de guerra”, 
que levou a destruição econômica de uns e o crescimento de outros. Após o desastre da 
“invencível armada” espanhola, em 1588, quando tentavam conquistar a Inglaterra, as 
diversas batalhas perdidas nos anos seguintes e a aliança dos ingleses com os Países Baixos 
levaram a Espanha à perda da liderança dos mares e à ascensão dos holandeses e ingleses. 
A Holanda, devido à qualidade de suas terras, não produzia o suficiente para sustentar 
a sua população. Então, fez do comércio marítimo o sangue vital de sua sobrevivência, 
tornando-se a nação dominadora do “mercantilismo” e a principal construtora naval da Europa 
no século XVII. 
A Inglaterra, também dona de um poderio marítimo e almejando expandir-se, criou 
mecanismos que levaram a uma rivalidade marítima entre essas nações. O principal foi o “Ato 
da Navegação”, de 1651, o qual determinava que só os navios britânicos tinham autorização 
para levar carregamentos para a Grã-Bretanha, com exceção dos navios que conduziam 
produtos de seu próprio país; todo navio que navegasse pelo Canal da Mancha deveria saudar 
seus navios de guerra e que a pesca de “arenques”, a 30 milhas de sua costa, pagaria 
impostos.Essa decisão britânica foi a causa principal que levou à guerra contra a Holanda e 
contra a França. O resultado destas lutas foi entregar aos ingleses, por volta da segunda 
metade do século XVII, o domínio dos mares. Controlando os mares e aperfeiçoando as suas 
companhias monopolistas, pouco tempo levou para que a Inglaterra se tornasse a soberana 
dos mercados coloniais. 
 
A expansão marítima quatrocentista e quinhentista, capitaneada por Portugal e 
Espanha, seguidas pela Holanda, Inglaterra e França, foi batizada como 
“mercantilismo” e pode ser considerada como uma “Revolução Comercial”. 
Os descobrimentos marítimos provocaram mudanças na economia, fizeram aparecer 
uma reserva de capital e propiciaram uma outra concepção do universo, ampliando as idéias 
geográficas do homem. Trouxeram à tona novas matérias-primas, novas especiarias, novos 
mercados consumidores e a necessidade de acelerar a produção. 
 
 20 
1.5.1 Desenvolvimento da Manufatura 
O comércio marítimo não só ajudou as igrejas a aumentarem o seu entesouramento 
como também fez surgir uma classe de negociantes ricos, desejosos de aumentar suas 
riquezas. Por isso, investiam seus ganhos em todas as atividades que acreditavam dar lucros. 
A exigência de grandes quantidades de objetos fabricados para que houvesse o 
intercâmbio comercial entre os países ou com suas colônias, aliada ao enriquecimento de uma 
camada da população, aumentou a procura de produtos essenciais e de luxo, aguçando a 
curiosidade do homem europeu, promovendo debates e estudos que forçosamente levaram a 
descobertas de novas tecnologias e aperfeiçoamento de todas as artes já conhecidas, surgindo 
então as primeiras indústrias e os primeiros estaleiros. 
 
Você sabe como evoluíram as indústrias? 
 
 
As primeiras indústrias foram pequenas oficinas, denominadas de “artesanato das 
guildas“, onde o artesão trabalhava duramente, ao mesmo tempo em que dirigia 
outros trabalhadores da oficina 
Esse método de produção não foi capaz de atender ao aumento da demanda, sendo 
obrigado a se modificar. Apareceu, então, a “manufatura”, o embrião do capitalismo industrial, 
em que um significativo número de trabalhadores passa a ser empregado de um patrão, que 
detém o controle da comercialização da produção. As primeiras unidades eram pequenas e a 
produção tinha como insumo a lã de carneiro. 
 
As unidades de manufatura, para proteção de seus interesses, organizavam-se em 
associações corporativistas com o capitalista financiando a produção (compra das 
matérias primas, pagamento dos empregados diaristas, aprendizes e do artesão), ou 
formavam uma cooperativa de trabalhadores. 
Com a evolução da manufatura e a intensificação do comércio marítimo, apareceram 
outras unidades de produção que dependiam da importação de matéria-prima, das técnicas 
estrangeiras, como por exemplo, o algodão importado da Índia, do linho e da seda e da 
exportação da sua produção. 
Na Inglaterra, as primeiras fábricas que trabalhavam com algodão não foram bem 
recebidas pelos industriais e trabalhadores da lã. Estes, alegando que haveria queda no preço 
dos produtos baseados na lã, incendiaram as indústrias e conseguiram, no ano de 1700, que o 
governo inglês proibisse a importação de tecidos de algodão. Essa proibição incentivou a 
produção de algodão na própria Inglaterra, fez surgir diversos inventos mecânicos e agrícolas 
que levaram ao grande desenvolvimento da indústria têxtil. 
As invenções no campo da indústria têxtil fizeram aparecer as primeiras técnicas de 
controle automático na produção industrial e, conseqüentemente os primeiros choques 
entre os trabalhadores e a tecnologia, ou melhor, entre o trabalho manual e a máquina. Dessas 
invenções as que consideramos mais importantes foram: 
a ) O tear mecânico de fazer meias, inventado por volta de 1589, por William Lee, pároco de 
Calverton. Nesse tipo de tear, o operador era não só uma fonte de energia, mas também 
um meio de coordenar os movimentos das diversas peças da máquina. 
 
 
 
21 
AUT 
 
As vantagens da máquina inventada foram: fazer a teia da meia para costura até o 
pé; fabricar finas meias de seda e de fantasia, sem perder a velocidade de 
funcionamento; produzir de 1000 a 1500 malhas por minuto, enquanto que as 
pessoas que faziam malhas manuais chegavam no máximo a 100 malhas por 
minutos; e por fim podia ser operada por uma criança de doze ou treze anos, que 
acionava a máquina por meio de um pedal e com as mãos controlava a fiação. 
b ) O tear mecânico de fazer fita, originário do Oriente, que, no Ocidente, porém, tem duas 
versões sobre sua invenção: 
1. segundo um escritor veneziano de 1629, a primeira versão foi em Danzing, por volta de 
1579, inventado um tear para tecer diversos comprimentos de fitas simultaneamente, 
por um só operário. O conselho da cidade ficou apreensivo e, receando que muitos 
tecelões pobres ficassem sem trabalho, mandou estrangular o inventor secretamente; e 
2. a segunda é de um escritor holandês que afirma que esse tipo de tear foi inventado em 
Leyden, por volta de 1621. 
c ) O aperfeiçoamento do tear de fitas foi feito por John Kay e Vaucanson, em 1745. Eles 
patentearam um sistema mecânico que tornou possível fazer a lançadeira movimentar-se 
de uma extremidade da tela à outra: 
 
John Kay criou a “lançadeira volante” (uma espécie de corredeira). Esta era 
acionada por cordas e alavancas comandadas por meio excêntricos (cames) 
movimentados por pedais, sincronizando, assim, os movimentos da máquina. Por 
causa desse invento, sua casa foi depredada por trabalhadores da indústria têxtil, e 
ele teve de fugir da Inglaterra. 
Vaucanson criou a barra de acionamento, o movimento de cremalheira e a roda 
dentada para acionar os eixos. 
Exemplo: técnica de comando por eixo e excêntricos (cames) usado, em anos recentes, 
no controle automático de purificadores de óleo em navio mercantes (figura a seguir). 
 
Fig.1.31 - Comando elétrico do funcionamento 
de um purificador de óleo de navio. 
Funcionamento: Um sinal de ação (manual, 
pneumático, hidráulico, elétrico) atua no 
disjuntor (T), colocando o motor elétrico (M) 
em funcionamento, o qual faz o eixo de 
cames girar até que os contatos (K1) e (K2) 
fechem os seus respectivos circuitos 
elétricos. K2 alimenta a solenóide que atua 
abrindo a válvula de controle da água de 
selagem do purificador. O tempo que a 
válvula ficará aberta é regulado pela rotação 
do eixo de cames. 
d ) Fuso (spinning-jenny) de Hargreaves. Este tecelão e carpinteiro inventou, na década de 
1760, uma roda de fiar com vários fusos, que funcionava à mão, mas propiciava o aumento 
da produção. Uma pessoa que antes fiava um fio por vez, após esta invenção, passou a 
fabricar oito ou mais fios. Porém, o fio era pouco resistente, servindo apenas para o 
trançado; 
e ) A fiandeira de Arkwright. Barbeiro e fabricante de peruca, Richard Arkwright patenteou, 
em 1769, a máquina water-frame. Essa máquina esticava os fios antes que se 
 
 22 
enrolassem no fuso e utilizava força hidráulica para movimentar o cilindro. Podia fiar 
algodão mais rapidamente do que a velha roca e produzia um fio mais resistente. Tornou 
possível produzir, em 1773, um tecido feito exclusivamente de algodão e não mesclado 
com linho, como era o costume; 
f ) A mula (mule-jenny) de Samuel Crompton, inventada por volta de 1779. 
 
Crompton unificou a técnica de Hargreaves e a de Arkwright, fazendo com que os 
fusos fossem montados em um carril móvel e as agulhas fizessem um duplo 
movimento para esticar os fios em volta do cilindro, reproduzindo o movimento do 
fio, tal qual se realizava na fiação manual. A máquina inventada funcionava a 
energia hidráulica e, mais tarde, passou a ser acionada por máquina a vapor 
g ) A técnica de reprodução “automática” de gravuras,papelão perfurado, criada pelo 
francês Basile Bouchon, por volta de 1725. Ver a figura a seguir. 
 
Orifícios eram feitos em um rolo de papel, de acordo 
com o desenho que se desejava tecer. Quando esse 
papel em código era pressionado contra uma fileira 
de agulhas, as que coincidiam com as perfurações 
permaneciam na mesma posição. As demais eram 
movidas para a frente, formando, assim, o desenho 
do tecido. Era uma máquina simples, comandava 
uma única fileira de agulha. 
 
Fig.1.32 - Tear de Basile 
Bouchon 
Esta técnica é semelhante às utilizadas pelas 
rendeiras do Nordeste brasileiro, para fazer os belos e 
perfeitos trabalhos das rendas de birro. 
h) Anos mais tarde, Joseph-Marie Jacquard aperfeiçoou a idéia de Bouchon, passando para 
cartões perfurados e conseguiu a patente do primeiro tear automatizado. 
 
Fig.1.33 - Controlador com programação em 
fita perfurada, (decádas 60 e 70). 
 
A linguagem empregada por esses 
inventores para estabelecer uma 
comunicação com a máquina resumia-
se a nada mais do que: orifício e não-
orifício, semelhante à linguagem 
binária (0 e 1), empregada nos cartões 
perfurados ou fitas perfuradas (figura 
ao lado) dos primeiros computadores 
de automação de processos e dos 
torno mecânico e fresa com controle 
numérico de nosso tempo. 
i) A gerência rudimentar, a princípio assumida pelo capitalista, em função de ser ele o 
proprietário do capital, surgiu com a aglomeração da produção, em função da necessidade 
da coordenação das atividades, tais como: 
a) ordenação das operações; 
b) centralização do suprimento de materiais; 
 
 
 
23 
AUT 
c) escalonamento, mesmo rústico, das prioridades; 
d) atribuição de funções; 
e) registros de custos (folhas de pagamento, matérias primas, produtos acabados); 
f) registro de vendas; 
g) cadastro de crédito; e 
h) cálculos dos lucros e da perdas. 
Na análise deste desenvolvimento, não mencionamos os inventos orientais, porém 
devemos lembrar que, desde o século V a.C., a China já conhecia as técnicas de fundição do 
ferro por aquecimento pelo carvão, o tear de laço, o papel, a imprensa e técnicas de 
navegação marítima: manuseio da vela como elemento propulsor, o leme para manter o rumo, 
bússola para orientar a navegação, estanqueidade dos compartimentos para garantir a 
flutuabilidade das grandes embarcações e a tão conhecida pólvora. 
As invenções dos chineses chegaram ao Ocidente por meio das Cruzadas e dos 
renovados contatos da Europa com outros povos, e consolidaram-se em decorrência do 
crescimento demográfico, do renascimento urbano e da necessidade de aprimorar a agricultura 
para atender a essas novas demandas. 
1.6 DESENVOLVIMENTO DA CIÊNCIA DAS MÁQUINAS 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Reconhecer os principais inventos relacionados às máquinas que contribuíram 
para o desenvolvimento dos sistemas de controle automático industrial. 
Tomando por base o trabalho histórico de USHER7, podemos considerar que o 
desenvolvimento industrial, especificamente as técnicas aplicadas às máquinas térmicas, 
começa com os estudos de Herão e Filon sobre o funcionamento do sifão, que já era 
empregado no Egito antigo, mas sem considerar o princípio do vácuo. 
 
Fig.1.34 - Bomba aspirante-premente 
 
Fig.1.35 - Órgão acionado por vento 
Depois, vem a invenção da bomba aspirante-premente, atribuída a Ctesíbio, e 
descrita por Filon em seu tratado de hidráulica. Devemos contabilizar, também, a evolução dos 
dispositivos sonoros, empregando a força da água ou dos ventos. 
 
7 USHER, Abbott Payson. História das Invenções Mecânicas. vol. I. Lisboa: Edições Cosmos, 1973 
 
 24 
Devido às limitações desses inventos, o ser humano continuou os estudos em busca de 
soluções. Uma nova teoria nasceu com os princípios de Galileu, no tratado ”Diálogos 
referentes a duas novas ciências” (1638) e prosseguiu com os eficientes estudos de 
Torricelli (1644), comprovados por Blaise Pascal, no tratado “O equilíbrio dos líquidos e o 
peso da massa de ar”, publicado em 1664, após sua morte. 
Paralelamente, Von 
Guericke, em 1654, definiu os 
princípios da bomba de 
sucção, ao desenvolver uma 
importante experiência sobre a 
força da pressão atmosférica, 
utilizando a aplicação da pressão 
de ar a um êmbolo, conforme 
mostra a figura a seguir. 
A partir de então, as 
preocupações se voltaram para 
as modificações dos modelos das 
bombas existentes, buscando um 
melhor aproveitamento da 
pressão atmosférica. 
 
Fig.1.36 - Experiência de Von Guericke 
Assim sendo, em 1675, Samuel Moreland obteve a patente da invenção da bomba de 
êmbolo. A figura a seguir representa a bomba de êmbolo montada no edifício York, em 
Londres, cerca de 1710. 
 
Fig.1.37 - Bomba de êmbolo 
Funcionamento: Um dispositivo de energia mecânica 
eleva o êmbolo até o fim de seu curso, criando vácuo no 
cilindro e propiciando que a água o encha. Cessada ação 
do dispositivo de elevação e devido ao peso dos discos de 
chumbo montado no êmbolo, que é proporcional à altura 
que a água deve subir, força-se o cilindro a descer, 
elevando-se (bombeando) a água que passa por uma 
válvula de retenção, que evita que ele retorne. A vedação 
do cilindro é feita pelo conjunto formado pela caixa de 
gaxetas e a sobreposta (bucin). As gaxetas são feitas de 
couro. 
Com a melhor eficiência das bombas as atenções voltaram-se para o aproveitamento da 
energia do vapor d’água. Este já era conhecido da humanidade pelo menos 100 anos a.C., 
mesmo não se fazendo distinção de vapor e ar, tendo em vista a sua aplicação em alguns 
dispositivos de Herão de Alexandria, como a eolipila (Turbina de reação) da figura a seguir. 
 
 
 
 
25 
AUT 
 
Fig.1.38 - A eolipila de Herão de Alexandria 
 
Salomon de Caus, em 1615, 
declarou que “o vapor é água 
evaporada que, depois de arrefecer, 
regressa à sua condição original”. 
A partir dessa distinção, os estudiosos 
definiram que as potencialidades da pressão 
de vapor eram de muito mais importância do 
que as da pressão de ar. Na esteira destes 
estudos, destacaram-se Edward Somerset, 
Ramelli, Bates, Worcester, Savery e Papin. 
O estudo de Worcester sobre a aplicação do vapor d’água, segundo seu biógrafo, 
começou em 1628, contando com a ajuda do mecânico Caspar Kaltoff. Por problemas políticos, 
foi exilado, teve seus bens confiscados, inclusive seus estudos e foi preso quando regressou. 
Na prisão, tentando recuperar seus estudos sobre as bombas, escreveu um tratado sobre o 
funcionamento de uma máquina para elevar água. Quando foi solto, dedicou-se a construir sua 
máquina. 
 
A Máquina (bomba) inventada por Worcester, foi denominada de “Centenas”, (figura 
a seguir) e construída para elevar água no castelo de Vauxhall. 
 
Funcionamento: A fornalha (D) e a caldeira (C) 
são representadas por linhas tracejadas, O vapor 
sai da caldeira por meio de uma válvula de quatro 
vias (b) e dos tubos de abastecimentos (B e B’). 
Os dois reservatórios (A e A’) estão ligados à 
fonte de água pelos tubos (G e G’), e estão 
equipados com tubos de saída (F e F’) que se 
unem numa válvula de quatro vias (C). Produz-se 
um vácuo parcial no reservatório vazio (A), pela 
condensação de uma certa quantidade de vapor. 
A água é, então, forçada a entrar no reservatório 
pela pressão de ar que atua sobre a superfície da 
água na fonte. Quando o reservatório está quase 
cheio de água, entra vapor através da válvula de 
vapor e a sua pressão é suficiente para forçar a 
água a sair do reservatório. Quando o 
reservatório esta quase vazio, fecha-se a entrada 
do vapor, rapidamente seguida pela condensação 
e formação de vácuo. 
Contemporâneo de Worcester, o inglês 
Thomas Saverypatenteou, em 1698, uma 
máquina para retirar água de minas, cujo princípio 
de funcionamento era semelhante ao da máquina 
de Worcester. 
Fig.1.39 - Engenho de Worcester 
 
Estes engenhos só eram eficientes para determinadas pressões e certas 
profundidades. 
 
 26 
Estudos sobre o funcionamento dos êmbolos, desenvolvidos por Hautefeuille (1678), 
Robert Hooke (1678) e Samuel Moreland (1681), contribuíram para que o americano 
Newcomen, entre 1705 e 1712, desenvolvesse a primeira máquina térmica, que funcionava 
com base na condensação do vapor. Denominada de máquina alternativa a vapor de 
condensação, acionava uma bomba de extração de água de poço. Sua potência chegou a 5 ½ 
CV. A figura anterior (1.40) mostra o esquema dessa máquina e a gravura nos dá uma idéia de 
como eram esses primeiros engenhos. 
 
Esquema da instalação 
 
Gravura de 1732 
Fig.1.40 - Máquina alternativa a vapor de condensação de Newcomen. 
 
 
Como funcionava a máquina alternativa a vapor de condensação? 
 
 
Funcionamento: Quando a máquina estiver parada, devido ao movimento dos 
contrapesos (12), o êmbolo (6) fica posicionado no topo do cilindro, que estará frio e 
cheio de ar. Todas as válvulas estarão fechadas. Alimentando a fornalha (2) da 
caldeira (1) com carvão, aliado à presença de oxigênio contido no ar e uma chama, 
ocorrerá a combustão. Esta reação química produzirá energia calorífica, que será 
transmitida por processos termodinâmicos (condução, convecção e radiação) para a 
água contida no tubulão da caldeira (3). A água transforma-se em vapor d’água 
saturado (4). Abrindo-se a válvula de vapor (8), o vapor se expande para dentro do 
cilindro, expulsando o ar pela válvula (17), que se abre pela pressão maior. A ação 
do vapor enche e aquece o cilindro rapidamente. Então, fechando-se a válvula de 
vapor (8) e abrindo-se a válvula de injeção de água (9), o jato de água condensa o 
vapor rapidamente. A condensação do vapor provoca uma queda de pressão no 
interior do cilindro, permitido que a pressão atmosférica, atue sobre o êmbolo, 
forçando-o a descer. À medida que o processo de condensação continua, a descida 
do êmbolo é acelerada. Quando o êmbolo atinge o seu ponto morto inferior, o jato de 
injeção é fechado e abre-se a válvula de vapor (8). A primeira baforada de vapor 
liberta o cilindro de qualquer evaporação existente e cria pressão suficiente para 
permitir que a água de condensação escoe livremente para o reservatório (5). Devido 
aos contrapesos, o êmbolo eleva-se tão rapidamente quanto a entrada do vapor, pois 
há peso suficiente para levantar o êmbolo mas não para criar o vácuo. (continua.) 
 
 
 
 
27 
AUT 
 
Funcionamento (continuação): Desta forma, a subida do êmbolo e o enchimento do 
cilindro com vapor são simultâneos, embora o vapor não exerça qualquer força ativa 
contra o êmbolo. As válvulas são abertas e fechadas automaticamente, por meio da 
haste (tirante) (10). 
Diversos cientistas dedicaram-se a estudar o funcionamento da máquina de Newcomen, 
a fim de aperfeiçoá-la, mas o relativo sucesso ficou restrito à sua utilização como unidade de 
bombeamento. Não foi possível fazê-la produzir, na prática, movimento rotativo, por meio de 
manivelas, como já acontecia com as rodas hidráulicas, em razão de a máquina produzir 
trabalho apenas no curso de descida do êmbolo. 
Porém, James Watt, fazendo um estudo, científico e crítico sobre essa máquina, 
verificou que ocorria uma grande perda de calor devido ao arrefecimento e ao aquecimento do 
cilindro. Então, teve a idéia de fazer modificações radicais no funcionamento da máquina. 
Essas mudanças podem ser entendidas observando-se a gravura a seguir e a sua descrição. 
Descrição: Ele começou por fazer a instalação de uma câmara de condensação em 
separado. Tomou como cilindro uma seringa de latão, empregada em cirurgia, que media 
4,45cm de diâmetro e 25cm de comprimento (ver figura ao ado). Contrariamente à máquina de 
Newcomen, inverteu a posição do cilindro (C) e prendeu um peso (E) ao êmbolo (D). Para 
liberar o cilindro da água condensada, a haste do êmbolo foi brocada e equipada com uma 
válvula (J) na sua extremidade inferior. Criou uma câmara de condensação (G), em estanho, 
imersa num reservatório de água fria. Para retirar o ar e a água desta câmara, adicionou uma 
pequena bomba manual (K). 
 
Fig.1.41 - Máquina, experimental, 
de James Watt - 1765 
Funcionamento: O vapor era direcionado da caldeira (A) 
a ambas as extremidades dos cilindros pelas tubulações 
(B). Tendo sido produzido vapor, era fechada a válvula 
para o condensador e a válvula de vapor para a parte 
inferior do cilindro, e aberta a válvula de vapor para a 
parte superior do cilindro. O ar do cilindro era expelido 
por meio da válvula da haste do êmbolo e ao redor da 
válvula do condensador. Então, a bomba do condensador 
era acionada para cima, produzindo um vácuo parcial no 
condensador. Neste instante, era fechada a válvula 
superior de vapor, aberta a válvula do condensador e a 
válvula inferior de vapor. Assim, o vapor da parte superior 
do cilindro passava para o condensador e era 
condensado. O vapor da parte inferior do cilindro atuava 
sobre o êmbolo, impulsionando o contra o vácuo e 
elevando um peso de 8,100 kg, indicando uma pressão 
efetiva de cerca de 6,170 kg por 6,45 cm². 
Desta forma, James Watt demonstrou a eficiência da máquina e consolidou os 
princípios fundamentais. À medida que iam sendo construídas, essas máquinas eram 
aperfeiçoadas e aumentavam de tamanho, de tal forma que, rapidamente, atingiram o limite 
das possibilidades existentes para a construção. 
 
Em 5 de janeiro de 1769, James Watt obteve a patente de sua máquina de 
condensação e conseguiu que o Dr. Roebuck fosse seu sócio financeiro para o 
empreendimento. 
 
 28 
Mas, em decorrência da escassez do carvão em determinadas regiões e do seu alto 
custo em outras, seu sócio faliu e vendeu sua parte para Boulton, que transferiu a construção 
para Soho, em Birmingham (1774). 
Os novos sócios dedicaram-se às máquinas empregadas para bombeamento num 
sistema de royaltry. Devido à grande dificuldade de receber dinheiro dos usuários e ao elevado 
custo do carvão, eles decidiram construir uma máquina para uso industrial. 
 
Fig.1.42 - Máquina a vapor de James Watt 
 
Fig.1.43 - Locomotiva a vapor 
Assim, Watt dedicou-se a construir uma máquina que fosse capaz de produzir um 
movimento rotativo a partir do movimento recíproco (alternativo) e conseguiu patentear seu 
novo invento em 1781 e 1782, nascendo assim a máquina de ação dupla, com o vapor 
trabalhando alternadamente de ambos os lados do êmbolo. Nasceu, então, a máquina 
alternativa a vapor. (ver figura a seguir). 
 
 
Fig.1.44 - Máquina alternativa a vapor empregada nos navios mercantes e detalhes da 
entrada de vapor no cilindro 
 
 
Qual a técnica de controle automático que surgiu com a invenção da 
máquina alternativa a vapor de James Watt? 
 
 
Dois dispositivos foram de importância fundamental para o emprego dessa máquina: 
um foi o condensador, que é estudado em outra disciplina, e o outro foi o regulador 
Centrífugo de velocidade, que estudaremos mais adiante. 
 
 
 
 
29 
AUT 
 
O Regulador Centrífugo, de James Watt, em 1775, foi o segundo aparelho de 
controle automático que o homem criou, e foi o precursor da aplicação do conceito de 
realimentação (Feedback). Por essa razão é considerado, por muitos, como o 
primeiro controlador automático. 
Em função das deficiências dos materiais empregados na construção das caldeiras e 
das máquinas alternativas a vapor, as potências dessas máquinas ficaram restritas à faixa de 
40 a 50 CV. Raríssimas chegavam a 80 CV. 
 
Fig.1.45 - Instalação propulsora a maquina alternativa a vapor 
1. Hélice;2. Eixo propulsor; 
3. Eixo de manivelas; 
4. Cilindros; 
5. Conjunto conector 
e biela; 
6. Volante; 
7. Caldeira de baixa 
pressão; 
8. Caldeira de alta 
pressão; e 
9. Tubulação de 
vapor. 
Com o aperfeiçoamento da fundição do ferro, no final do século XVIII, outros inventores, 
como o Inglês Murdock, o francês Cugnot, o americano Oliver Evans e o inglês Richard 
Trevithick, dedicaram-se a construir máquinas que podiam funcionar com vapor de alta 
pressão. O aperfeiçoamento da caldeira, realizado por Booth e Hackworth, permitiu que fosse 
alcançado êxito no teste que Rainhill fez, nos meados de 1830, e determinasse a eficiência das 
máquinas de condensação, encerrando essa fase primitiva da técnica de vapor. 
 
Com essa nova tecnologia, romperam-se as amarras da corrente que emperrava a 
produção industrial, dando origem às fábricas modernas. 
A máquina a vapor substituiu o trabalho físico dos homens e dos animais. Energias 
muito mais poderosas eram postas a serviço do homem, permitindo-lhe uma maior ação sobre 
a natureza. 
Essa revolução industrial iniciou-se na Inglaterra, nas indústrias têxteis e se estendeu 
depois à América e ao resto da Europa Ocidental. Por volta de 1800, já havia pelo menos 500 
máquinas alternativas a vapor em funcionamento. Foram aceleradas e aperfeiçoadas as 
comunicações, os transportes e a fabricação. O comércio mundial foi estimulado. Houve um 
rápido aumento da população, provocando o crescimento das cidades até chegar aos nossos 
dias com as megametrópoles. 
Por outro lado, o avanço do conhecimento tecnológico da fabricação do aço e da 
produção do vapor fez surgiu uma nova máquina térmica - a Turbina a Vapor. 
Os princípios básicos de funcionamento deste tipo de máquina perdem-se nos séculos 
pois podemos encontrá-los, como já mencionado, na turbina de reação, de Heron de 
Alexandria, cerca de 100 anos a.C. e na turbina de ação, de Giovanni Bianca, em 1629. 
 
 30 
 
Fig.1.46 - Parsons 
 
Fig.1.47 - Princípio da propulsão a Turbina a Vapor 
 
As primeiras tentativas de aplicação prática das turbinas de reação e ação foram 
feitas a partir de 1884, por Charles Algenor PARSONS e LAVAL. 
Depois de vencidas inúmeras dificuldades de construção, eles obtiveram êxito em 1894, 
com a adaptação de uma turbina a vapor a um pequeno barco torpedeiro. A este barco de 30 
metros de comprimento e 45 toneladas de deslocamento, foi dado o nome de "TURBINIA" 
1.6.1 Desenvolvimento dos Motores de Combustão Interna 
Consolidada a máquina alternativa a vapor, o ser humano voltou suas atenções para o 
desenvolvimento da energia motora, cujos estudos começaram com Carnot, publicado em 
1824. Porém, a dificuldade de se aproveitar essa energia residia no fato de que o combustível 
teria que ser um gás ou, na pior das hipóteses, um líquido facilmente vaporizável. Esse tipo de 
combustível só apareceu por volta da metade do século XIX, quando surgiram as primeiras 
indústrias de exploração e refino do petróleo. 
Foi o franco-belga Jean Joseph Étienne 
LENOIR, em 1859, quem projetou e construiu a 
primeira máquina de combustão interna capaz de 
realizar um trabalho, empregando como combustível 
o gás de iluminação. Em 1860, ele a adaptou a uma 
carruagem e, mais tarde, a empregou como máquina 
propulsora de um barco 
Fig.1.48 - Lenoir 
 
Fig.1.49 - Motor a gás de Lenoir 
Após a invenção de Lenoir, muitos estudos foram desenvolvidos para aperfeiçoar o 
invento do motor de combustão interna. 
O francês, Alphonse Beau de Rochas desenvolveu uma teoria sobre o funcionamento 
do motor de combustão interna de quatro tempos, a qual chegou às mãos do caixeiro viajante 
alemão Nikolaus August Otto, que, depois de muito estudá-la conseguiu, em 1876, construir o 
primeiro motor desse tipo. Foi batizado, em sua homenagem como “motor de ciclo Otto ” 
mas, também é conhecido como motor de explosão ou de inflamação por centelha. 
 
Nesse motor, uma mistura de ar e combustível é inflamada por uma centelha no 
interior dos seus cilindros. 
 
 
 
31 
AUT 
 
Fig.1.50 - Nikolaus August Otto 
Em 1885, o primeiro veículo impulsionado por um 
motor a gasolina circulou pelas ruas de Munique, na 
Alemanha. Era um triciclo patenteado por Karl Benz, 
precursor da famosa fábrica de automóveis Mercedes Benz 
 
Fig.1.51 - Motor de Ciclo Otto 
O engenheiro alemão Rudolph Diesel, em 1890, 
financiado por uma cervejaria de St. Louis, iniciou suas 
pesquisas que buscavam melhorar a eficiência do 
funcionamento do motor do ciclo Otto. Sua dedicação foi 
premiada em 1892, quando patenteou um motor de maior 
rendimento, que mais tarde receberia o seu nome - “motor do 
ciclo Diesel”, mas que também ficou conhecido como motor de 
inflamação por compressão. 
 
Fig.1.52 - Rudolph Diesel 
 
 
Fig.1.53 - Motor Diesel marítimo de 4 
tempos. 
 
 
O motor Diesel trabalha de maneira 
semelhante ao do ciclo Otto, porém 
utiliza um combustível mais pesado 
(óleo diesel ou havy fuel oil) derivado 
de petróleo. 
A combustão ocorre devido a alta 
compressão do ar, a qual eleva a temperatura 
no cilindro, e injeção do combustível na 
câmara de combustão no momento preciso, 
ou seja, para que ocorra a queima do combustível, 
não é necessário a centelha, como nos motores 
do ciclo Otto. 
Essa invenção se impôs rapidamente. As 
máquinas a vapor foram pouco a pouco 
suplantadas em eficiência, e logo surgiram os 
motores navais e motores estacionários sem 
concorrentes que fossem parecidos. 
Na propulsão marítima, essa nova 
tecnologia teve a sua primeira grande aplicação 
por volta do ano de 1912, depois de cerca de 15 
anos de desenvolvimento. 
Graças ao seu elevado rendimento térmico, o motor criado por Rudolph Diesel há cerca 
de 100 anos, após os diversos melhoramentos aplicados ao longo de um século de pesquisas 
e evoluções, é considerado nos dias de hoje a máquina motriz de maior eficiência térmica, ou 
 
 32 
seja, capaz de transformar a maior quantidade de energia fornecida sob a forma de calor 
em trabalho mecânico com um mínimo de perdas e, por essa razão, este tipo de máquinas 
é aplicada em larga escala nas marinhas mercantes de todo os países. 
A primeira revolução industrial trouxe, de fato, um progresso nunca antes alcançado, 
com o aumento da riqueza e do nível de qualidade de vida para uma parte da população. 
Nesse período, surgiu o sistema corporativo fazendo desaparecer o artesanato medieval e, 
conseqüentemente, o ofício do artesão e o declínio do aprendizado. 
Houve uma maior interdependência entre o capital e o trabalho, dando início a produção 
em massa e a padronização dos produtos, primórdio da “produção em série”. 
Por outro lado, para a grande maioria da população, a industrialização mostrou-se 
danosa devido aos distúrbios sociais que provocaram (migração do camponês para a cidade, 
declínio do artesão e do aprendiz, etc.) e não provocou a sonhada distribuição de renda. 
Permaneceu a pobreza e a miséria, entre outras mazelas. 
 
Essa fase de evolução da industrialização, ainda hoje encontrada, é definida como 
mecanização ou automatização. 
1.7 IMPORTÂNCIA DOS SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAL 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
- Compreender as diversas aplicações da palavra sistema; e 
- entender a organização dos sistemas de automação de processos 
industriais. 
- reconhecer a importância dos sistemas de controle automático de 
processos industriais; 
- compreender como se desenvolveu o controle de processo industrial; e 
- reconhecer como evoluiu as técnicas dos sistemas de controle automático 
de processos industriais. 
1.7.1 Sistema 
A palavra sistema tem diversas aplicações. Emprega-se para designar pequenos 
sistemas, como o sistema de injeção de combustívelde motores de veículos, grandes e 
complexos sistemas, como o nosso sistema nervoso, o sistema econômico mundial, o 
sistema de defesa americano, o sistema de informação, o sistema de controle de planta 
industrial, o sistema de controle de navegação dos navios e dos aviões, etc.. A literatura 
científica define como sendo: 
 
“sistema é uma disposição de componentes físicos, conectados ou relacionados de 
tal maneira a formar e/ou atuar como um conjunto”. 
À primeira vista, parece imprópria a utilização do termo para conjuntos tão diferentes, 
mas na prática esses conjuntos apresentam várias características comuns, como é 
demonstrado a seguir: 
1. compõem-se de muitas partes diferentes, onde os componentes podem ser bastante 
 
 
 
33 
AUT 
distintos (elementos físicos, humanos, regras e regulamentos sobre as inter-relações dos 
elementos); 
2. interação de seus diversos componentes (cada um influencia sobre o outro); 
3. evoluem de um estado para outro (em pequenos intervalos de tempo os sistemas móveis 
parecem estáticos). 
4. em sua maioria, são homeostático (quando observado em curtos períodos, o seu 
funcionamento parece manter continuidade ou estabilidade. Por outro lado, quando 
observado em períodos bastante longos, tendem a evoluir e mudar seu estado). 
5. seqüência: 
 
 
Em qualquer sistema há sempre uma unidade central processadora e todo sistema 
possui um tipo de controle. 
Exemplos: 
a) controle político exercido por funcionários sobre diversos sistemas sociais; 
b) computadores de controle para sistemas de armas militares; 
c) controle da navegação pelo piloto automático; 
d) controle de funcionamento do motor propulsor do navio (MCP), por meio de programa 
de computador (softwares) etc. 
 
Resumindo, um sistema constitui-se de três diferentes funções: função perceptiva, 
função reativa e função controladora. 
Para um melhor entendimento da importância dos sistemas de controle industrial é 
necessário que façamos um estudo da sua evolução. Para tal, vamos dividi-lo em três 
períodos: O empírico ou experimental; o da automatização e o da automação. 
1.7.2 Período Empírico ou Experimental 
Nesse período os sistemas de controle eram projetados através de procedimentos 
empíricos baseados na intuição e na experiência cumulativa, ou seja, a maioria dos raciocínios 
envolvidos não considerava cálculos matemáticos, ou seja, não empregava métodos teóricos e 
analíticos. 
Os instrumentos indicadores das condições das variáveis eram o único meio que o ser 
humano tinha para controlar manualmente os processos industriais. Até então, uma unidade 
fabril era dependente de uma única fonte de potência mecânica. 
As fábricas dispunham de energia gerada por uma roda d’água ou por um moinho de 
vento, acoplada a um eixo que se estendia ao longo da fábrica. Desse eixo, por meio de 
correias, as máquinas fabris recebiam a energia mecânica necessária ao seu funcionamento. 
 
 34 
 
Assim, o controle era interdependente e centralizado, exigindo do operador uma 
atividade mental baseada na intuição e na experiência, além de uma exposição 
constante ao perigo, devido à falta de segurança da instalação 
Contudo, essa abordagem não científica e por tentativas satisfez as necessidades de 
controle por longo tempo. Porém, com o advento das máquinas alternativa a vapor e, 
conseqüentemente, com o aumento acentuado da demanda da produção industrial, o homem 
foi obrigado a desenvolver técnicas e equipamentos de controle que fossem capazes de 
substituí-lo nesta nova tarefa, libertando-o de grande parte deste esforço braçal e mental. 
1.7.3 Período da Mecanização ou Automatização 
Durante muitos anos, sociólogos, filósofos e outros profissionais se dedicaram a 
analisaram o trabalho humano em todos os seus aspectos, de tal forma que seus estudos 
propiciaram mudanças na maioria das funções dos trabalhadores. 
Na área industrial foram reduzidas a gestos simples e mecanizadas como os 
empregados na linha de produção de Ford. 
 
Desses estudos, os mais conhecidos foram o estudo do rendimento das máquinas-
ferramentas de Taylor e a definição de normas de controle dimensional dos 
produtos fabricados. 
A padronização permitiu automatizar a execução das tarefas, resultando numa maior 
precisão no trabalho e aquisição, pelos trabalhadores, de habilidades mais restritas, 
levando-os a perderem a noção do que e para que produziam. 
O precursor da técnica de produção em série foi o americano Eli Whitney, que criou o 
sistema de peças permutáveis (estandardizada). Esse sistema foi utilizado na fabricação de 
uma máquina de descaroçar algodão e de um rifle para o exército americano. 
 
Na cadeia de produção em série ou em massa, todos os movimentos das 
máquinas são sincronizados, temporizados e repetitivos. 
Na indústria que opera com controle automático baseado na produção em série, o 
controle é feito por operadores humanos, de forma que a máquina fornece a força e o 
operador(a) o pensamento. Ele dispõe de informações sensoriais, dos dados dos 
instrumentos de medição e de informações de outras variáveis e faz a correção necessária 
para obter a melhor performance do sistema. 
 
Neste caso, o operador(a) é o senhor(a) da máquina, pois pode comandá-la e pará-la 
quando desejar. Por outro lado, a máquina exige que o operador acompanhe os seus 
movimentos, sejam eles lentos, sejam rápidos, dentro de rigorosos limites de tempo. 
Qualquer falha do operador pode provocar grandes prejuízos e acidentes fatais. Diz-se, 
então, que o operador fica reduzido à condição de escravo da máquina, sem nenhuma 
possibilidade de alterar seu comportamento. 
Com a criação do regulador de velocidade das máquinas a vapor por James Watt e 
de outros avanços tecnológicos, as máquinas passaram a dispor de um motor dedicado e 
somado a eles os métodos de padronização o controle do processo foi descentralizado. 
Estava dado o primeiro passo para o controle automático. 
 
 
 
35 
AUT 
 
Como funciona a estratégia de controle por realimentação? 
 
 
Na estratégia de controle por realimentação o equipamento (controlador) age sobre 
o elemento de controle (válvula de controle), baseando-se em informações da 
variável física controlada, detectadas na saída do processo, por instrumentos de 
medidas (sensor). 
 
 
 
Fig.1.54 - Regulador centrífugo de velocidade das máquinas a vapor – James Watt 
Funcionamento: Neste tipo de regulador, quando a velocidade do eixo E ultrapassa o valor 
desejado, a força centrífuga sobre cada massa M tem uma componente normal à haste de 
suporte, que vence a componente da força-peso; as massas M se afastam do eixo vertical e o 
cursor C sobe; o cursor C aciona a válvula de controle de vapor, reduzindo sua vazão e, por 
sua vez, reduzindo a velocidade do motor e do eixo E. O inverso ocorre quando a velocidade 
esta abaixo da desejada. 
O aumento do tamanho das plantas industriais e a complexidade dos processos 
exigiram maior atenção com a segurança e a qualidade dos produtos. Na busca de soluções 
para os problemas que surgiram, diversas pesquisas foram desenvolvidas e produziram uma 
evolução das técnicas de controle automático na área industrial ou, melhor dizendo, iniciou o 
processo de automatização das fábricas. 
Dentre essas técnicas, as que mais se destacaram foram: 
a) a aplicação do cálculo diferencial para análise matemática do comportamento de um 
sistema máquina-regulador, utilizado por Clerk Maxwell, em 1868; 
b) o desenvolvimento científico da aplicação da energia pneumática, tornando essa 
energia a primeira forma de processamento de sinal a ser empregada para a 
automatização de processo industrial; 
c) a introdução da estratégia e/ou a filosofia de Controle Distribuído; 
 
Nos primórdios do Controle Distribuído,os instrumentos de controle (reguladores 
mecânicos, controladores pneumáticos, medidores, etc.) eram instalados próximo aos 
equipamentos do processo a serem controlados. A ação do controle era executada 
pelo operador, que também fazia o registro das variáveis e a comunicação, por troca 
de informações verbais, com o gerente de operação da planta. 
 
 36 
d) aplicação dos primeiros controladores pneumáticos de conexão direta ao processo, por 
volta de 1930. Porém, foi mantida a filosofia de controle distribuído, ou seja, o controlador e 
a interface homem-máquina (IHM) permaneceram junto do processo (no campo); 
e) a teoria da reação (Regeneration Theory) desenvolvida por H. Nyquist, da Bell 
Telephone Company, em 1932. Essa teoria definiu o primeiro método de análise de 
sistema à realimentação e estabeleceu um critério para o estudo de estabilidade em tais 
sistemas. O conceito de estabilidade é extremamente importante na operação de sistemas 
de controle; 
 
Um sistema estável é aquele que permanecerá em repouso, a menos que sofra um 
distúrbio (perturbação) de fonte externa, e que retornará ao estado de repouso 
quando todas as excitações desaparecerem 
f) a fabricação do primeiro controlador pneumático com ação proporcional mais integral 
(PI). Obs. Esta estratégia de controle será estudado mais adiante na unidade 
“Controladores”; 
g) a padronização da faixa de alimentação (20 a 22 PSI) e de transmissão de sinal 
pneumático (3 a 15 PSI), ou seja, definido o primeiro protocolo de comunicação, antes 
da Primeira Guerra Mundial; 
h) concentração dos controladores e instrumentos indicadores dos valores das variáveis em 
consoles de controle da máquina (CCM) nas salas de controle, graças ao 
desenvolvimento técnico e emprego dos instrumentos pneumáticos do tipo regulador de 
pressão, foles, relés, transmissor, atuadores, amplificadores de sinal, controladores a 
corda, aperfeiçoamento de funções (extração de raiz quadrada, multiplicação, etc.); 
i) criação do servocon-
trole (figura anterior), por 
N. Minorsky baseado no 
conceito de realimen-
tação (feedback), para a 
manutenção automática, 
do rumo do navio. 
Definido em um artigo 
intitulado “Dictional 
Stability of Automatically 
Steered Bodies”, durante 
a Primeira Guerra Mun-
dial; 
 
Fig.1.55 - Controle do rumo do navio por servocontrole 
j) no final da década de 50 começou o emprego da energia elétrica, com utilização de relés 
elétricos, após a padronização de transmissão de sinal elétrico, estabelecida entre 4 a 
20mA e o advento da eletrônica analógica. Os equipamentos eletrônicos analógicos 
empregavam válvulas eletrônicas, por essa razão eram grandes e consumiam muita 
energia. Porém, possibilitou: 
- a substituição das longas linhas de sinais pneumáticos ou hidráulicos por cabos elétricos. 
- Instalar a sala de controle mais distante da área de processo; e 
 
 
 
37 
AUT 
- a utilização de terminais multiplexe remoto que aceleraram a comunicação entre os 
elementos do sistema de controle de processo. A figura a seguir ilustra esse sistema de 
controle remoto. 
 
Fig.1.56 - Diagrama de blocos de automatização de uma instalação propulsora a turbina a 
vapor com padrão analógico de 4-20 mA. e 3–15 PSI. 
 
 
Na sala de controle eram montados painéis imensos (quadro mímico) contendo as 
lógicas de seqüenciamento e segurança da planta. (ver figura a seguir) 
 
 
Fig.1.57 - Console com quadro mímico da AEG de um sistema de propulsão a turbina a 
vapor 
k) a evolução dos componentes eletrônicos analógicos que permitiu a fabricação dos 
controladores de arquitetura dividida e a implementação da filosofia ou configuração de 
 
 38 
“sistema de automação distribuída com operação hierarquizada”. Os profissionais que 
até então eram técnicos de mecânica, especialista em mecânica fina, passaram a ser 
técnicos de eletrônica denominados de instrumentistas. 
 
 
No modelo de “automação distribuída com operação hierarquizada” a interface 
humano máquina (IHM) era montada no painel do console de controle da máquina 
(CCM) da sala de controle e toda a parte eletrônica responsável pela manipulação de 
sinais e execução dos cálculos e controles das placas ficava localizada em armários, 
em uma sala auxiliar anexa. Os acionamentos e intertravamento eram feitos por relés. 
 
 
Fig.1.58 - Console da sala de controle de um navio da década de 70. 
As vantagens da automação distribuída com operação hierarquizada são: 
a) a larga compatibilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes; 
b) interfaces padrões para os sistemas de controle; e 
c) equipamentos padrões de suporte. 
As desvantagens desse modelo de automação são: 
a) os equipamentos consumiam muita energia e ocupavam grandes espaços; 
b) os sinais transmitidos não eram confiáveis; 
Foram essas características que possibilitou ao sistema distribuído com operação 
hierarquizada ser empregado em praticamente todas as indústrias que se modernizaram até o 
final dos anos 80. Nessa época começou a ser substituído por sistemas eletrônicos digitais. 
 
Essa tecnologia foi aplicada nos primeiros navios brasileiros (liners, nacionais ou 
poloneses), eram navios semi-automatizados. Os fabricantes principais foram: AEG, 
com os modelos LOGISTAT; a SIEMES, com os modelos SIMOS e DIFA 21; e a 
English Electric, com os modelos M-2112. 
As figuras a seguir ilustram alguns componentes dessa tecnologia. 
 
 
 
39 
AUT 
 
Fig.1.59 - Controlador eletrônico de temperatura 
 
Fig.1.60 - Registradora de alarme – 
Sistema SIMOS-31 da 
SIEMENS 
 
Fig.1.61 - Controlador pneumático - FISHER 
 
Fig.1.62 - Temporizador eletromecânico 
 
Fig.1.63 - Controlador eletrônico LICA o17 
 
 
 
 40 
 
Fig.1.64 - Armário eletrônico analógico AEG 
 
Fig.1.65 - Controlador eletrônico analógico 
 
Fig.1.66 - CCM - Sistema SIMOS-31 
 
Fig.1.67 - Placa de um controlador eletrônico analógico da AEG 
A automatização produziu muitos reflexos econômicos e sociais saudáveis. Houve um 
aumento da produtividade, e diversos produtos manufaturados foram lançados no mercado em 
grandes quantidades e com preços mais baixos. O comércio e os transportes desenvolveram-
se para atender ao aumento do fluxo de mercadorias. E uma grande parte da humanidade 
emergiu da miséria que tinha vivido até então. 
 
 
 
41 
AUT 
 
Com a automatização o homem aprendeu a dominar a força bruta das ferramentas 
mecânicas, mas não as forças que se desenvolveram no mundo capitalista: as crises 
econômicas, as lutas de classes, crises de desemprego e outras mais. 
Com a evolução tecnológica surgiram as grandes empresas e com estas uma nova 
classe social: os trabalhadores urbanos. Também se romperam os dois fatores de produção: 
capital e trabalho, que até então tinham convivido juntos. Apareceram as teorias econômicas 
e os conceitos de sucesso financeiro, as técnicas de contabilidade e o mercado de 
capital. 
1.7.4 Período da Automação Propriamente Dita 
Segundo ARNSTEIN (1965), a automação e os aperfeiçoamentos tecnológicos 
provocam uma revolução de várias facetas: 
 
“é industrial, porque afeta mercadorias e serviço; é psicológica, porque influi 
nas atitudes dos trabalhadores, supervisores e outros cidadãos; é científica, 
porque, propiciada por cientistas, produz novos instrumentos e recursos para 
outros avanços da ciência; é econômica, pela sua influência sobre o padrão 
de vida; é social, por alterar os hábitos humanos; é política, porque exige 
novas soluções para as suas conseqüências”. Arnstein (1965) 
Vivemos uma era, considerada por muitos como uma Segunda ou Terceira Revolução 
Industrial, que provavelmente teve seu início por volta de 1945, com o advento dos 
semicondutorese a válvula eletrônica. 
Válvula Eletrônica, ou Válvula termoiônica ou Válvula Termiônica, é um dispositivo 
eletrônico formado por um invólucro de vidro de alto vácuo chamada ampola e que contém 
vários elementos metálicos. Os elementos metálicos internos são, o filamento, cuja função é 
o aquecimento do cátodo para a emissão de elétrons, o cátodo, emissor de elétrons, a placa, 
ou ânodo, receptor de elétrons, a grade de controle, que, dependendo de sua polarização, 
aumenta ou diminui o fluxo eletrônico do cátodo ao ânodo, além de outras grades que podem 
formar as válvulas tríodos, pêntodos, etc. 
 
Fig.1.68 - Válvula eletrônica 
 
Fig.1.69 - Transistor 
A eletrônica de potência evoluiu, com a invenção do transistor, um novo componente 
eletrônico que viria substituir, com vantagens, a válvula eletrônica. O transístor começou a se 
popularizar na década de 1950 tendo sido o principal responsável pela revolução da 
 
 42 
eletrônica na década de 1960, e cujas funções principais são amplificar e chavear sinais 
elétricos. O termo vem de transfer resistor (resistor de transferência), como era conhecido 
pelos seus inventores. 
 
O transistor foi fruto de pesquisa desenvolvida no Laboratório da Bell Telephone 
demonstrado em em dezembro de 1947 (e não em 1948 como é freqüentemente 
dito), por uma equipe formada por John Bardee, Walter Houser Brattain e William 
Bradford Schockley, os quais ganharam o Prêmio Nobel de Física, em 1956. Seu 
advento marcou o início da segunda geração de computadores. 
A aplicação dos primeiros componentes eletrônicos ao controle automático 
(automatização eletrônica), propiciaram diminuindo o tamanho dos painéis, maior 
confiabilidade aos sinais de controle e fizeram surgir os primeiros controladores eletrônicos 
(feira da International Society for Measurement and Control – ISA - de 1958 “ISA’s -13th 
Annual Show”, em Filadélfia). 
Sua evolução introduziu o computador em nossas vidas e conseqüentemente a 
automação propriamente dita, pois essas máquinas passaram a monitorar os processos, 
nas diversas áreas da indústria e do comércio. Atuando como computador supervisório, 
mantiveram a filosofia ou configuração de sistema de controle centralizado. 
Os principais recursos de automação e técnicas empregadas na área industrial 
integrados a computadores são: 
a) CAD (Computer Aided Design) – Trata-se do projeto assistido por computador. Este é 
utilizado para modelamento matemático bastante poderoso quanto a cálculos e integração 
gráfica. As chamadas estações de trabalho substituem, em princípio, as pranchetas de 
desenho dos projetistas e desenhistas. 
b) CNC (Computerized Numerical Control) – Utilizam-se computadores dedicados e 
específicos para controlar máquinas ferramentas por meio de controle numérico. Um 
programa especificamente elaborado é inserido no computador com vistas a controlar os 
diversos órgãos das máquinas para execução de tarefas, tais como: trajetória da 
ferramenta, velocidade de corte, seleção de ferramentas, etc. 
c) Robótica – Um robô industrial é um elemento multifuncional projetado para, por meio de 
movimentos programados, executar tarefas diversificadas (movimentar peças, ferramentas 
ou dispositivos; pintar; soldar; etc.). 
d) Tecnologia de Grupo – É a técnica de apoio à manufatura que permite reconhecer e 
explorar semelhanças, identificando e agregando peças ou componentes em um único 
processo produtivo. O método baseia-se nas características e condição dos elementos, de 
tal modo que sejam formadas famílias de elementos, considerando a empresa como um 
todo. Essa técnica permite a produção em massa de lotes médios e pequenos de peças. 
e) Sistemas Flexíveis de Manufatura – É o conjunto de duas ou mais unidades de 
manufatura, interconectadas por equipamentos de manipulação de material, sob supervisão 
de um ou mais computadores de dedicação plena. Esses sistemas possibilitam a utilização 
plena de máquinas CNC, robôs manipuladores e técnicas organizacionais do tipo 
tecnologia de grupo. Consiste no emprego de “células de fabricação”, e cada célula tem 
autonomia e pode executar peças de algumas famílias. Cada célula é interdependente das 
demais e constitui um universo próprio. O fluxo integrado e automático das informações 
 
 
 
43 
AUT 
constitui a base para todas as atividades dos sistemas flexíveis de manufatura. Isto 
compreende: 
i - armazenamento, transferência e transporte automático da matéria-prima; 
ii - distribuição e carregamento automático das unidades que compõem o sistema; e 
iii - identificação das partes e seleção de programas das máquinas CNC. 
g) CIM (Computer Integrated Manufacturing) – É a utilização das diversas ferramentas 
computacionais disponíveis (computadores de diversos portes, redes locais, bancos de 
dados, CAD, CAM, CNC, Robótica), com o objetivo de integrar o fluxo de informações de 
cada departamento e processo de fabricação com o fluxo de informações administrativas e 
gerenciais da empresa. O CIM parte do pressuposto de que a informação é o elemento 
chave da boa administração e que o melhor meio de obtê-la rápida e corretamente é 
através do uso integrado dos diversos recursos computacionais existentes na atualidade. O 
CIM permite uma alimentação “do que fazer” pelos grandes sistemas aos níveis 
operacionais de fábrica e uma realimentação “do que foi feito” por esses mesmos 
sistemas. 
h) Automação de Processos – É um modelo de controle, baseado em um objetivo 
preestabelecido, desenvolvido em um determinado softwares e instalado em um 
computador, o qual acompanha a evolução do processo controlando as funções 
necessárias à realização desse objetivo. O acompanhamento da evolução do processo 
pode ser feito em “tempo real” ou em medições efetuadas em intervalos de tempo 
preestabelecido. O modelo de controle é um programa que contém a lógica de medição x 
ação, podendo utilizar funções matemáticas e tabelas de referência. O controle pode ser 
dinâmico (o próprio computador dispara as ações) ou estático (o computador informa ao 
operador, e esse efetua a ação). 
i) Controlador Programável (CP) – É um componente de automação que tem um 
funcionamento semelhante ao do computador e esta inserido na base de operação da 
maioria das técnicas existentes. Esse equipamento apareceu no final dos anos 60 e inicio 
dos anos 70, devido ao advento da eletrônica digital com a invenção do 
microprocessador, com o passar dos anos o CP evoluiu para o atual controlador lógico 
programável (CLP). Na língua inglesa é Programable Logic Controller – (PLC). 
 
 
O CLP foi criado em 1968 sob a liderança do engenheiro Richard 
(Dick) Morley e seu colega Michael Greenberg pela empresa 
automobilística americana Hydronic Division da General Motors 
Co., com o nome de MOdular DIgital CONtroller, donde derivou 
o nome MODICON de seu primeiro fabricante, para fazer a 
verificação de continuidade da fiação (chicotes) dos carros. 
 
 44 
 
Fig.1.70 - Controlador Lógico Programável (CLP)-Programable Logic Controller - PLC 
Para a invenção deste equipamento dois fatores foram importantes: 
a) Um foi substituir os grandes gabinetes ou painéis elétricos de comando, que 
empregavam lógica à relés eletromecânicos, por algo menor, mais confiáveis e mais 
flexíveis, quanto a facilidade de se alterar a programação de controle todas as 
vezes que havia mudanças na linha de montagem. Pois, tais mudanças implicavam 
em altos gastos de tempo e dinheiro; e 
b) O outro foi o advento da eletrônica digital com a invenção do microprocessador, 
permitindo a construção dos microcomputadores. 
As pesquisas desenvolvidas em torno do transistor possibilitaram que Robert N. Noyce, 
através de processos de “contaminação” de cristais de silício, inventasse o circuito 
integrado (conhecido como chip ou CI). 
 
O silício é o elementoquímico, metalóide, com número atômico 14 e massa atômica 
28,09. 
 
 
Fig.1.71 - O chip eletrônico 
Robert N. Noyce, 
Gordon E. Moore e Andrew 
Grove em 1968 fundaram a 
empresa INTEL. 
 
 
O que o chip? 
 
 
O chip (CI) é um componente eletrônico resultante da montagem de um conjunto de 
diversos transistores interligados formando um circuito eletrônico digital capaz de 
produzir efeitos elétricos semelhantes àqueles obtidos com transistores, de acordo 
com um projeto lógico preestabelecido (portas lógicas), em uma única pastilha de 
silício. 
 
 
 
45 
AUT 
Os primeiros CLPs possuíam somente grandes cartões de entrada e saída digitais, 
denominados de TTL´s, para aplicações de intertravamento e seqüenciamento, mas deveriam 
ter as seguintes características: 
- ser robusto capaz de resistir aos ambientes industriais agressivos,; 
- ser facilmente reprogramados, usando uma linguagem conhecida pelo pessoal da 
engenharia e da manutenção elétrica; 
- boa confiabilidade operacional e vida útil grande; 
- as mudanças de programa teriam que ser feitas rapidamente; e 
- era necessário incorporar ferramentas de diagnóstico para facilitar e tornar mais 
ágeis as localizações de defeitos. 
Na evolução do CLP, foram criadas as interfaces homem-máquina no lugar das 
lâmpadas de indicação, cartões de entrada analógica para medição de variáveis analógicas 
tipo pressão, temperatura, vazão e nível e cartões de saída analógicas para controle 
regulatório. 
Na esteira do CLP, surgiu na década de 70 o Sistema Digital de Controle Distribuído 
(SDCD). Sua invenção foi fruto da evolução dos componentes eletrônicos e a necessidade de 
melhorar a performance do controle regulatório. 
Inicialmente os sistemas criados ficaram conhecidos como “sistemas proprietários” 
devido empregarem protocolo de comunicação fechados entre os elementos de controle com 
base no sinal de 4-20 mA., de tal forma que só o fabricante podia fazer a substituição dos 
elementos quando tinham defeitos ou quando era necessário melhorar a operação do 
processo. 
Porem com advento do protocolo digital de comunicação aberto HART´s, que é uma 
freqüência superposta ao sinal 4-20 mA, foi possível a troca de dados ou melhor a integração 
entre os sistemas abertos e fechados e os SDCDs começaram a mudar a forma de atuar no 
controle do processo. 
O ambiente operacional nas indústrias e nos navios, desde a introdução dos 
Controladores lógicos Programáveis (CLP) e dos Sistemas Digitais de Controle Distribuído 
(SDCD), sofreram grandes mudanças, de sorte que, nos últimos anos, a informática passou a 
ser o componente mais importante para a produtividade e a competitividade. 
Com a introdução desta tecnologia rompeu-se as fronteiras entre as diversas áreas da 
automação e, surgiram novos paradigmas dos sistemas de gerenciamento e controle 
automático industrial ou do navio. Estes paradigmas são: 
- Flexibilidade para alterar as configurações atendendo às novas demandas; 
- Distribuição de funções críticas, como o controle para o campo; 
- Maior número de informações, que não sejam de processo, para gerenciamento da 
instrumentação e do processo; 
- Arquitetura mais enxuta com custo menor; 
- Interoperabilidade entre vários fabricantes aumentando as possibilidades de escolha 
e redução de custos com sobresselentes; 
 
 46 
- Totalmente digital; 
- Possibilidade de expansão a custo reduzido. 
Três são as tendências atuais da automação de processos/manufatura industrial: 
1 - Enterprise Resource Planning (ERP) – proporciona soluções flexíveis e rápidas 
para atender as exigências de mercado. 
2 - Interoperabilidade dos componentes – possibilita uma manutenção com custo 
menor pois permite a composição com outros fabricantes. 
3 - Sistemas inteligentes (totalmente digitais) – Permite a volta da filosofia de Sistema 
de Controle de Campo (FCS) onde as funções de controle são distribuídas no 
campo, reduzindo a complexidade e o custo do sistema. 
Estas tendências tem por aplicação sistemas baseados no protocolos digitais de 
comunicação, com a filosofia “open system”, ou melhor, protocolo aberto. Dentre eles temos o 
conceito/modelo de automação denominado de FIELDBUS ou suas variáveis como o Profibus 
DP, Profibus PA, Fundation Fieldbus, ASI Bus, Device Net, Modbus e Ethernet. 
O SDCD, o protocolo HART´s, o PROFIBUS DP e PA, assim como o FIELDBUS, 
são estudados em cursos avançados. O CLP, será estudados com mais detalhes na 
unidade de ensino 4. 
Os principais modelos de automação de processos industriais contemporâneos são 
definidos da seguinte maneira: 
1 - sistema híbrido é o que envolve controle a programa e controle à realimentação; 
2 - sistema supervisório é o que permite a visualização do processo e a possibilidade 
de interferência do operador (SDCD, SCADA etc.); 
3 - sistemas inteligentes são os que permitem autodiagnóstico do equipamento, 
correção de valores e substituição de equipamentos por ação do computador, 
visualização e simulação do processo e interferência por parte do operador. São 
construídos com base na tentativa de “imitar” uma característica do ser humano ou 
da natureza. Esses sistemas abrangem uma série de técnicas de controle as quais 
servem para nomeá-los. Assim temos: “FIELDBUS”, “PROFIBUS-DP”, “sistema 
especialista”, sistemas baseados em “Lógica Fuzzy“ ou difusa, “redes neurais”, e 
os algoritmos genéticos. 
A automação, nos dias atuais, é aplicada em todas as áreas econômicas e engloba 
conhecimentos de diversos ramos da Tecnologia, da Matemática, da Física, da Química, da 
Sociologia, da Psicologia e da própria Filosofia. Portanto, conclui-se que seja a melhor solução 
para manutenção dos mais rígidos padrões de qualidade. 
O controle automático visa a substituir o homem nas tarefas mais cansativas, 
monótonas, repetitivas, precisas e onde seja necessária extrema rapidez de resposta. 
Pois, como é sabido, o homem é naturalmente lento assim como a sua atenção é 
sujeita a erros e distorções. 
Observamos em todos os noticiários as mesmas crises vividas na Primeira Revolução 
Industrial, o grande desequilíbrio entre a oferta e a procura por postos de trabalho, ou seja, 
desemprego maciço nos setores que automatizam sua produção e, desta vez, as inovações 
 
 
 
47 
AUT 
tecnológicas invadem todos os setores da cadeia produtiva, da comercialização, dos escritórios 
de negócios, da comunicação, etc. 
Em uma unidade fabril, ou mesmo em qualquer que seja a atividade econômica, o fato 
primordial é o processamento das informações. Atualmente, a melhor ferramenta disponível 
para a execução desse trabalho é o computador interligado em sistemas de comunicação, que 
possibilita a volta da centralização do controle do processo, mas de forma flexível, em que o 
gerenciamento é feito por setores ou mesmo de máquinas através de microcomputadores 
(PCs) que transmitem e recebem as informações dos computadores principais. 
Desta forma, as funções da atual automação resumem-se em : 
a) comunicação (informação); 
b) computação; e 
c) controle. 
 
Pode-se dizer, então, que o computador é a principal causa da “Revolução 
Industrial Contemporânea”, por ser o principal componente da moderna 
automação. 
 
1.8 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO NOS NAVIOS 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Reconhecer os aspectos técnicos, sociais e econômicos que envolveram a 
automatização dos primeiros navios mercantes; 
A industria marítima considera que o primeiro navio construído com base no conceito de 
“automatização” foi o cargueiro “KINKASAN MARU”8, terminado em 1961 pelo estaleiro 
“Mitsui Shipbuilding and Engineering Co.”, para a “Mitsui Steamship Co.”. 
Mesmo sendo um navio semi-automatizado, possuía um sistema extensivo de controle 
remoto centralizadoe automatizado, que contagiou a indústria marítima e os maiores 
armadores do mundo. 
 
Fig.1.72 - N/M Kinkasan Maru primeiro navio a motor automatizado (1961) 
 
8 A revista The Motor Ship de junho de 1962, publicou uma descrição detalhada dos controles remotos 
automáticos desse navio. 
 
 48 
 Kinkasan Maru era um navio de 9.800 twd (8.316 tb), com propulsão a hélice acionada 
por um motor Mitsui-B&W, de 8 cilindros, tipo 874-VT2BF-160, de 12.000 bhp a 115 rpm, que 
proporcionava uma velocidade máxima de prova de 21,7 nós e uma velocidade de cruzeiro de 
18, ¼ de nós. A energia elétrica era fornecida por um grupo de três alternadores de 450 volts e 
240 kW, acionados por motores Mitsui-B&W e tinha 38 tripulantes. 
O que motivou o governo e a indústria marítima japonesa a apostar no desenvolvimento 
de tecnologias voltada para a automatização dos seus navios, foi a carência de marinheiros 
para tripular as embarcações, devido ao grande desenvolvimento que o país atravessava na 
época. Um navio do mesmo porte do Kinkasan Maru, que não fosse automatizado possuía 50 
tripulantes. 
 
Segundo a empresa operadora desse navio, a implantação do sistema de controle 
automático representou uma economia de 190.000 libras. O investimento inicial na 
automação do navio custou 50.000 libras e na época o desembolso com um tripulante 
custava em média 1.500 libras por ano. Como houve uma redução de 12 tripulantes, 
ocorreu um ganho de 240.000 libras por ano. 
Com base nesses valores econômicos, a automatização empregada foi estendida a 
outros navios convencionais da Companhia, assim como foram introduzidas outras medidas 
para melhorar as condições de segurança de trabalho. 
Em resumo as principais ações tecnológicas tomadas foram: 
a) instalação de uma sala de controle nas máquinas, com ar condicionado; 
b) centralização de todos os alarmes e medidores; 
c) introdução de um controle automático no sistema de purificação de óleo 
combustível e no sistema de óleo lubrificante das máquinas auxiliares; 
d) controle automático da temperatura de entrada de refrigeração da camisa; 
e) controle automático da temperatura de entrada de óleo combustível; 
f) controle automático da temperatura de entrada de óleo lubrificante; 
g) previsão de medidor remoto, de nível de água da caldeira; 
h) dispositivo de corte automático de combustível a pressão elevada e a nível baixo 
da água de caldeira; e 
i) instalação de um regulador Woodward no motor principal (B&W). 
Na Mitsui-O.S.K. Line, entre 1966 e 1967, 18 navios sofreram as melhorias citadas 
anteriormente, levando a uma economia de três homens na equipe de serviço de quartos da 
máquina, de modo que ficou apenas um oficial de máquinas e um ajudante em cada quarto. 
Dos três tripulantes retirados do serviço de quarto, dois foram dispensados do navio e um 
passou para o serviço de manutenção. Nesta Companhia a equipe de máquinas cuidava da 
inspeção dos instrumentos e das máquinas, assim como fazia várias espécies de manutenção, 
tais como: 
a) remoção e limpeza dos pistões; 
b) substituições de válvulas injetoras; 
c) substituições e ajustagem de válvulas de aspiração e descarga; e 
d) outras necessárias, quando o navio estava docado em dique-seco. 
 
 
 
49 
AUT 
 
Fig.1.73 - Sala de controle e console do N/M Kinkasan Maru 
 
Fig.1.74 - Praça de máquinas do Kinkasan 
Maru (Sist. de tratamento de óleo 
lubrificante) 
 
Fig.1.75 - Painel mímico de controle 
distribuído, aplicado ao 
sistema de tratamento de 
óleo lubrificante (N/M 
Kinkasan Maru). 
A implantação de sistemas de controle automáticos requer uma atenção especial com a 
manutenção, provocado pela necessidade de inspeção especializada e ajuste das partes 
principais dos dispositivos de controle. No caso do Kinkasan Maru, o aumento dos custos de 
manutenção foi estimado em 800 libras por ano. 
Após entrar em operação o Kinkasan Maru, a Companhia desenvolveu um estudo sobre 
a eficiência dos sistemas implantados. Esse estudo apontou diversas melhorias que poderiam 
ser efetivadas, entre as quais foram citadas as seguintes: 
 
 50 
a) o controle da máquina principal (MCP) pelo passadiço, consistia em uma chave de 
“partida e parada” e um dispositivo (mostrador) de controle de injeção de combustível 
separado. Conseqüentemente, o oficial de náutica (convés), no controle da máquina, 
tinha que operar os três elementos dentro de um tempo muito curto. Para superar 
essa dificuldade, foi instalado um novo tipo de telégrafo pelo qual o oficial de náutica 
podia manobrar a máquina em um único movimento; e 
b) na máquina foi de deslocar o dispositivo (punho) de controle, que ficava do lado do 
motor, para dentro da sala de controle, graças à instalação de um sistema de 
conexão de alavancas e um painel indicador de gráfico (console). 
 
Fig.1.76 - Controle remoto eletro-hidráulico para partida e parada do MCP do N/M Nichiko 
Maru (1962), semelhante ao do Kinkasan Maru. 
 
 
Caso você queira ficar mais bem informado sobre o assunto, faça uma pesquisa 
sobre a evolução da automação nos navios mercantes de 1980 a 1990. 
1.8.1 Implicações Técnicas e Sociais da Automação dos Navios 
Devido a automatização do controle da operação das máquinas e equipamentos dos 
sistemas da praça de máquinas, o qual passou a ser feito por sistema supervisório, surgiu o 
conceito de praça de máquinas desguarnecida. Foi em 1965 no Japão, que começaram a 
 
 
 
51 
AUT 
serem discutidas as questões relacionadas à operação do navio com a praça de máquinas não 
tripulada (desguarnecida), pelo menos no período entre 16:00h e 06:00h. 
Essa estratégia permitiria ao oficial de máquinas trabalhar de 07:00h às 16:00h (8 horas 
por dia) na manutenção preventiva, em vez dos deveres convencionais atribuídos ao serviço de 
quarto normal e no período noturno o controle passaria para estações localizadas em 
ambientes estratégicos como o passadiço, escritório da máquina, etc.. 
Estações de alarme seriam espalhadas em diversos locais onde provavelmente deveria 
estar o oficial de máquinas de pernoite (responsável para atender os problemas que 
ocorressem num determinado período da noite, exemplo: de 16:00h as 20h). 
Durante as reuniões, o assunto principal discutido foi a questão da segurança, fie ficou 
definido que, para um navio ter a condição de operar com praça de máquinas periodicamente 
desguarnecida, ele deveria dispor do seguinte: 
a) um sistema de detenção de incêndio para a praça de máquinas; 
b) um sistema de extinção de incêndio para o mesmo local; 
c) um alarme para avisar sobre água em excesso no porão (dalas); 
d) um meio de esgotar essa água; 
e) um sistema de controle das máquinas de propulsão pelo passadiço; 
f) um sistema de alarme para dar aviso de falhas nas máquinas; 
g) abastecimento de energia elétrica garantida, mesmo em caso de parada da 
máquina propulsora ou dos alternadores; e 
h) controles manuais para as máquinas essenciais, a serem usados em caso de falha 
do sistema de controle. 
Para se ter uma idéia de como essa estratégia influenciou na composição da tripulação 
do navio, observe o quadro a seguir: 
NAVIO KINKASAN MARU PROJETO DE NAVIO NAVIO ATUAL 
 
OFICIAL AUXILIAR TOT. OFICIAL AUXILIAR TOT. OFICIAL AUXILIAR TOT. 
CONVÉS 4 12 16 4 4 8 4 6 10 
MÁQUINAS 4 7 11 4 4 8 2 5 7 
RÁDIO 3 0 3 1 0 1 0 0 0 
CÂMARA 1 6 7 1 2 3 0 2 2 
Totais 12 25 37 10 10 20 6 13 19 
Com a evolução dos componentes dos sistemas de comando remoto pneumático ou 
eletro-pneumático, atuando com pressão de ar acima de 1,2 bar, em válvula de controle 
direcional (VCD) pneumática ou combinada com sinal elétrico atuando em solenóides, a 
partida e parada dos motores de combustão principal (MCPs) e dos motores de combustão 
auxiliar(MCAs), passaram a ser feitas com esses sistemas. 
 
 52 
1 . 8 .1 . 1 Norm as Té cni cas Ap l ic ad as a P ra ça de Má qui na s 
De sg uar ne c id as 
Os países mais desenvolvidos, que tem na Marinha Mercante um dos pilares de sua 
economia, criaram órgãos destinados a estudar as implicações da automação dos navios com 
vistas a implantação de tecnologias/equipamentos para praça de máquinas desguarnecidas. 
Vamos citar a seguir, alguns itens dos Regulamentos Dinamarqueses elaborados por 
um comitê designado pelo Instituto Dinamarquês de Pesquisas de Navios, apresentado em 
um seminário no ano de 1972. A proposta considerou que o navio deveria ter uma máquina 
propulsora com mais de 2.000 hp e que haveria pessoal para guarnecer a praça de máquinas 
em caso de avarias. Assim estava previsto que: 
1 – Controle Remoto 
As recomendações seguintes aplicam-se as instalações com hélices de pás fixas: 
- deve ser possível dar partida, para, regular e dar máquina a trás pelo passadiço; 
- deve ser possível assumir o controle manual do motor direto da praça de máquinas; 
- independente do suprimento de força do navio, deve ser possível parar as máquinas 
pelo passadiço (sistema de paralisação); 
- deve ser possível, da praça de máquinas, cancelar a operação automática das 
funções de paralisação ou diminuição de velocidade e operação remota do 
passadiço; 
- a transferência para operação manual deve ser efetuada suave e rapidamente, e 
nenhum defeito que ocorra em qualquer parte do sistema de automatização deverá 
causar dificuldade a operação manual; 
- o sistema de comunicação entre o passadiço e a praça de máquinas deve ser 
disposto de tal modo que seja indicado por luzes de sinalização constante, na praça 
de máquinas e no passadiço, que estação está com o controle. 
- a transferência de controle do uma estação para outra deve ser comunicada por 
telefone ou por outro meio. 
- deve ser proporcionados recursos para evitar o esvaziamento do deposito de ar de 
partida abaixo do nível de partida, no caso de falha do motor principal em partir; 
- deve ser proporcionada proteção para evitar sobrecarga não intencional do motor 
principal; 
- deve existir um dispositivo para assegurar que a transferência do controle para o 
passadiço somente possa ocorrer quando o suprimento de ar de partida for aberto 
para o motor; e 
- deve haver no passadiço indicação de rotações e direção de rotação, bem como a 
pressão do ar de partida. 
2 – Sistema de Segurança 
O motor principal deve ser provido com um sistema de segurança, para proteção em 
casos de defeitos comprometedores da operação. Deve ocorrer paralisação manual ou 
automática do motor principal quando houver alarme de: 
- pressão mínima de óleo lubrificante na admissão do motor principal, incluindo turbo- 
 
 
 
53 
AUT 
alimentador, engrenagens e acoplamentos; 
- temperatura máxima do mancal da escora do motor principal; 
Obs. Os sinais dos sensores devem tanto atuar automaticamente o sistema de 
paralisação, respectivamente um sistema de diminuição de velocidade, como 
indicar nos painéis de alarme, no passadiço e na praça de máquinas, que os 
sistemas de paralisação ou de diminuição de velocidade tem que ser atuados 
para proteger a máquina quando tiver avarias; 
Á diminuição de velocidade (manual ou automática) do motor principal deve ter lugar 
quando ocorrer alarme de: 
- temperatura máxima, tanto, nas saídas de descarga como nas cintas de ar de 
lavagem do motor principal. 
Deve haver ação por parte do pessoal quando ocorrer alarme de: 
- fluxo insuficiente de água de resfriamento para os êmbolos do motor; 
- temperatura máxima da água de resfriamento no coletor de saída do motor principal; 
- temperatura máxima da água de resfriamento no coletor de saída do motor auxiliar; 
- pressão alta de óleo lubrificante no motor auxiliar; 
- alarme de incêndio proveniente da praça de maquinas; 
- nível mínimo e máximo nos tanques de serviço de óleo combustível; 
- pressão mínima de ar de controle e partida; 
- temperatura mínima de óleo combustível apôs a bomba primária; 
- água subindo nos porões da máquina; 
- pressão mínima apôs a bomba primaria de óleo combustível; 
- nível nos tanques de serviço (day tanks) de óleo combustível; 
- pressão mínima no sistema hidráulico de hélices de passo variável; e 
- ligação automática de unidade de reserva ou suprimento defeituoso de meio 
(veiculo) de controle para o sistema de controle remoto do motor principal ou do 
hélice de passo variável. 
- para ser combinado com paralisação automática do queimador de óleo 
• pressão máxima da caldeira; 
• nível mínimo, de água em caldeira a óleo 
• apagamento em caldeira a óleo; 
• falta de força para o sistema de segurança. 
- falha do aparelho de governo, a ser combinado tanto com partida remota do 
passadiço como partida automática da unidade de reserva, se não for operada 
manualmente. 
3 – Registro 
Se as manobras não são registradas manualmente, devem ser providos meios para o 
registro automático. 
Os instrumentos de registro devem ser convenientes para períodos de, pelo menos, o 
 
 54 
mesmo, tempo que a duração pretendida para a operação da praça de maquinas não tripulada. 
4 - O sistema de alarme 
Painel principal do alarme central - Fica disposto na praça de máquinas ou 
compartimento de controle, e deve indicarmos circuitos que produzirem alarme. 
Painéis secundários de alarme - Um painel de alarme deve ficar localizado no passadiço 
para dar alarme acústico e indicar quando se tornar necessária a paralisação ou a diminuição 
da velocidade do motor principal e, se possível, com lazeira de tempo para quando for 
necessária a convocação do pessoal. Quando este painel da o alarme, deve ser estabelecida 
comunicação do passadiço para as acomodações dos maquinistas, pelos meios gerais de 
comunicação. 
Equipamento de alarme - O arranjo da central de indicação deve ser lógica. Somente 
deve ser possível cancelar o alarme acústico na praça de maquinas ou na sala de controle e 
indicação no passadiço, como em qualquer painel secundário na praça de maquinas ou sala de 
controle. O caráter da indicação (não sua extensão) em painéis secundários deve ser como a 
da central principal, e dispor de alarme acústico. Em refeitório e bares, entretanto, e aceitável o 
alarme visual. O sistema de alarme deve incluir alarme sem voltagem, o que significa que em 
caso de falha dos principais, alarme sobre os mesmos ocorrerá, com a força necessária de 
abastecimento de emergência. 
Circuitos - O sistema de alarme deve funcionar com circuitos normalmente fechados. 
Quando ocorre um alarme, o painel central principal deve indicar claramente o circuito 
defeituoso simultaneamente alarme acústico. Quaisquer defeitos nas lâmpadas indicadoras do 
sistema não devem ter influencia no funcionamento do alarme acústico. 
Geral - Os amplificadores eletrônicos devem ser protegidos contra sinal de entrada 
muito alto. Contatos dos reles eletromecânicos devem estar livres de vibração e garantidos 
para ter pelo menos 10 funções. Os circuitos indutivos devem ser protegidos por resistores 
instalados tão perto quanto possível do circuito indutivo. 
Sensores - Todos os sensores e caixas serão feitos de material resistente a corrosão do 
meio circundante. Os sensores quando parafusados devem ter um amplo diâmetro de rosca, 
relativamente a seu peso e devem ser desenhados para fixação em qualquer posição em tomo 
do eixo da rosca, e de tal forma que o sensor ou sua caixa, fique efetivamente imerso no meio. 
As caixas de terminais e gaxetas dos cabos dos sensores devem ser resistentes a água a 
prova de clima tropical e a prova de óleo. 
Abastecimento de força — Qualquer abastecimento de força deve ser do tipo de 
voltagem constante com ± 10%de variação nos principais para não ter influencia no 
funcionamento do sistema de alarme. A unidade de abastecimento de força deve ser 
dimensionada para 125% do consumo máximo do sistema de alarme. 
OBS. Devem ser usados nos sistemas tão poucos fusíveis quanto possível. 
 
 
 
 
 
55 
AUT 
5 - Precisão de Medida 
A tolerância de precisão para termostatos e interruptores de precisão não devem 
exceder os limites de ± 10%, do valor nominal, entretanto, deve ser de apenas ± 5% para os 
sensores de temperatura de descarga. 
Os sensores que não tiverem histerese ajustável devem ser de magnitude suficiente 
para assegurar que a variação natural na quantidade medida não dará funcionamento 
defeituoso. 
6 – Precauções Contra Incêndio 
Alarme contra incêndio - A praça de máquinas deve ser protegida por um sistema 
detector de fogo ou fumaça de um tipo aprovado pelas autoridades dinamarquesas e projetado 
de modo que possa ser facilmente testado e verificado e cujos defeitos produzam alarme. O 
alarme acústico de incêndio deve ser distinguível de outros alarmes acústicos, em caso de 
incêndio na praça de maquinas, o alarme deve sempre ser indicado no passadiço. O painel de 
alarme de incêndio deve ser localizado, ligado e disposto de tal modo que um incêndio na 
praça de maquinas não possa colocar o sistema de incêndio fora de ação. 
Precaução contra incêndio devido a vazamento de óleo combustível - Para reduzir o 
risco de incêndio de óleo, possíveis no caso de óleo combustível esguichar de tubulações de 
alta pressão avariadas sobre tubulações ou superfícies aquecidas, estas tubulações e 
superfícies deverão ser protegidas. 
Transbordamento de tanques - Os tanques de serviço de óleo combustível na praça de 
maquinas devem ser providos de som alarme de nível máximo de óleo. 
7 – Supervisão Corrente 
Os sensores e equipamentos de alarme devem ser testados, quanto ao funcionamento, 
pelo menos cada seis meses, sob supervisão do chefe de máquinas. Una anotação pára este 
efeito deve ser introduzida no livro de registros da praça de maquinas. 
Quando ocorre revisão geral, e em caso de distúrbios funcionais em que componentes 
ou fração tenham sido afetados ou desmontados sem correto funcionamento deve ser testado. 
8 – Sistema de Propulsão com Hélice de passo variável 
Aplica-se a instalações que tenham hélices de passo variável: 
- Deve ser possível controlar o passo do hélice do passadiço e da praça,de maquinas; 
- um dispositivo de transferência (switch -over) deve ser instalado na praça de 
maquinas e projetado de forma que o controle do passo do hélice possa ser 
executado somente do passadiço ou da praça de maquinas. 
- O seguinte equipamento deve ser disposto no passadiço: 
• controle do passo do hélice; 
• tacômetro paro o eixo do hélice; 
• indicador do passo do hélice; e 
• indicador de sobrecarga. 
- Os seguintes equipamentos devem ser dispostos na praça de maquinas ou na sala 
de controle: 
• controle do passo do hélice e controle de rotação do motor; 
• tacômetro para o motor e eixo do hélice; 
 
 56 
• indicador de passo do hélice; e 
• unidade de força hidráulica para hélice de passo variável, provida com uma 
bomba de óleo de reserva. 
 
O que estar definido na SOLAS sobre praça de máquinas desguarnecida? 
 
 
“Os arranjos estabelecidos deverão ser tais que garantam que a segurança do navio 
em todas as condições de navegação, inclusive manobrando, seja equivalente à de 
um navio tendo os compartimentos de máquinas guarnecidos. Deverão ser tomadas 
medidas, à satisfação da administração para assegurar que o equipamento está 
funcionando de maneira confiável e que arranjos satisfatórios são feitos para 
inspeções regulares e testes de rotina, de moda assegurar a operação confiável 
contínua. Todo navio deverá estar provido de evidências, provadas com documentos, 
à satisfação da administração, de sua aptidão para operar periodicamente com 
compartimentos de máquinas desguarnecida.” (SOLAS9 - 1974) 
 A automação aplicada aos navios e à indústria marítima, no momento, dispõe de uma 
diversidade muito grande de modelos e de instrumentos. Pode-se dizer que chegaram a um 
patamar de alta confiabilidade, compactação e consolidação. Porém, um problema adveio com 
essa prosperidade tecnológica: o de operação. 
A velocidade de lançamento de produtos novos é muito maior que a capacidade dos 
operadores de bordo (tripulação) absorverem todo o potencial que essas novas tecnologias 
oferecem. Os problemas com a operação, monitorização e gerenciamento dos sistemas de 
controle automático, no meu entender, estão relacionados com diversos fatores que envolvem 
não só o operador mas também a política da empresa. 
A resposta para os problemas que estamos vivendo com o advento da automação 
certamente há de vir daqueles que detêm em suas mãos o conhecimento tecnológico e o 
poder de tomada de decisão. No entanto, é necessário que essas pessoas se dediquem a um 
estudo profundo dos benefícios e males causados pela introdução de novas tecnologias. 
 
Consulte a SOLAS sobre a automação dos processos da praça de máquinas. 
1.9 DESENVOLVIMENTO DA INFORMÁTICA 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Reconhecer a importância do computador para o desenvolvimento dos 
sistemas de controle automático de processos industriais. 
O aparecimento do computador é um marco nas relações sociais dos seres humanos. 
Talvez seja das nossas invenções, a máquina que causou o maior impacto na vida do cidadão 
contemporâneo. Os computadores podem ser analógicos ou digitais. 
 
9 SOLAS:Safety of life at sea.A convenção internacional para salvaguarda da vida humana no mar de 
1974 entrou em vigor em 25 de maio de 1980, foi criada com o objetivo de estabelecer padrões de 
segurança para as embarcações que possuem uma arqueação bruta maior ou igual a 500AB, conhecida 
como embarcação SOLAS 
 
 
 
57 
AUT 
 
Fig.1.77 - Antigo computador analógico do 
laboratório de automação do CIAGA 
 
Fig.1.78 - Princípio do computador 
analógico 
Os sinais analógicos 
correspondem a informações distintas 
de um domínio de valores de maneira 
contínua, ponto a ponto. 
 
 
O computador analógico opera diretamente com os números e utiliza no seu 
funcionamento a analogia entre os valores tomados no momento em que há uma 
variação no processo que esta controlando e certas grandezas físicas (variáveis), 
como tensões e correntes elétricas, distância, rotação de um eixo, etc. 
SMITH, Ralph J. (1975)10, classifica os computadores analógicos de três tipos: 
Mecânicos, Eletromecânicos e Eletrônicos. 
A régua de cálculo é um dos mais antigos computadores analógicos. Essencialmente, é 
um dispositivo para adição de comprimentos análogos a logaritmos; operações aritméticas 
básicas (adição, multiplicação, diferenciação e integração). 
 
Os computadores digitais utilizam os números binários sob forma de sinais para 
processar números e símbolos. O sinal binário corresponde ao sinal de um 
parâmetro com apenas dois domínios de valores: 0 e 1. 
Portanto, são constituídos de elementos que só podem assumir um dos dois estados 
possíveis, semelhante a um interruptor elétrico que esteja aberto, ou fechado. Uma das suas 
principais características é a capacidade de armazenar grandes quantidades de informações. 
Nos dias atuais, quase só encontramos computadores digitais. Há, entretanto, os que 
têm as propriedades das duas categorias: são os computadores híbridos. 
 
Os aspectos mais notáveis do computador são: a capacidade de memória; a 
velocidade de atuação; a execução de certas tarefas mentais mais rápidas e perfeitas 
que o homem; substituir o homem no controle de certos processos industriais cujas 
tarefasfísicas são enfadonhas, repetitivas e até perigosas; a sua produção ser 
constante e previsível; poder controlar grande variedade de tarefas, sem “adoecer ou 
cansar”; e serem poucos os seus erros. 
Por ser um instrumento destinado a fazer cálculos, a origem do computador liga-se a 
um instrumento muito antigo dos países asiáticos, chamado ábaco, ainda hoje muito usado 
para efetuar cálculos matemáticos. 
 
10 Smith, Ralph J. Circuitos, Dispositivos e Sistemas – Curso de Introdução a Engenharia Elétrica. v. 2 . 
Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S. A. 1975. p.702 
 
 58 
O ábaco surgiu na China por volta do ano 3000 a C., e foi um dos primeiros 
instrumentos criados para auxiliar o homem a melhorar a sua velocidade de cálculos. A palavra 
ábaco vem do grego abax, que significa “tábua de cálculo”. Ele representa os números em 
unidades, dezenas, centenas e milhares através de contas ou pedras. 
 
Fig.1.79 - Valores das contas do Ábaco 
chinês 
As contas coloridas de cada ábaco formam 
o total da conta á sua direita e elas valem: 
• abaixo da barra (verde) e da direita para a 
esquerda:1; 10; 100; 1.000; ... 
• acima da barra: 5, 50, 500, 5.000, ... 
Para registrar um número, deslocam-se as 
contas para junto da barra. Observe os exemplos. 
C o n t a n d o : 
 
N ú m e r o d o i s 
 
N ú m e r o s e t e 
 
N ú m e r o v i n t e e s e t e 
 
 
No período que vai desde a Idade Antiga até o final da Idade Média, nada se pode 
afirmar da existência de outro dispositivo para auxiliar o homem a calcular. 
Essa falta de informação está relacionada com as guerras desse período, que 
destruíram as bibliotecas existentes, e com a monopolização do conhecimento por parte da 
Igreja, a qual salvou e divulgou as de seu interesse. 
 
Fig.1.80 - Tabela de multiplicação de John Napier 
Por volta de 1600, John 
Napier desenvolveu uma tabela 
para fazer a operação de 
multiplicação, mostrada em parte, 
na figura ao lado. 
Em 1642, Blaiser Pascal, 
tendo apenas 18 anos de idade, 
inventou sua máquina de calcular, 
que servia apenas para somar e 
subtrair. 
A Pascaline era mecânica, usava engrenagem; portanto era vagarosa e não 
apresentava nenhuma vantagem se comparada com o cálculo manual. 
 
 
 
59 
AUT 
 
Fig.1.81 - Máquina de calcular de Blaiser 
Pascal – Pascaline 
 
Meio século de-
pois, o matemático ale-
mão Gottfried Wilhelm 
Von Leibniz criou uma 
máquina de calcular 
capaz de desenvolver as 
quatro operações básicas 
(somar, subtrair, multipli-
car e dividir). 
 
Fig.1.82 - Máquina de calcular de Leibniz 
Em 1822, o inglês Charles 
Babbage, contando com o apoio do 
governo britânico, deu início ao 
projeto de uma calculadora, 
denominada de máquina 
diferencial. À medida que ia 
avançando, Babbage idealizava 
novos sistemas, que inutilizavam os 
anteriores. Após cinco anos, o 
projeto foi abandonado sem ter sido 
concluído. 
Não desistindo de suas 
idéias, idealizou novo projeto 
denominado máquina analítica, 
que seria capaz de realizar qualquer 
operação matemática. Babbage, 
não podendo contar com a ajuda do 
governo, recorreu a Ada Augusta, 
filha do poeta Lord Byron. 
 
 
Fig.1.83 - Máquina de cálculo diferencial de Babbage 
Ada era matemática amadora, mas acabou escrevendo as instruções para a máquina 
analítica, a qual pode ser considerada a primeira máquina programável e Ada, a primeira 
 
 60 
programadora de que se tem notícia. Devido à grande complexidade do sistema, o projeto foi 
esquecido. 
Por volta de 1938, o norte-americano Herman Hollerith inventou uma máquina para 
acumular e classificar informações. Essa máquina foi usada para o censo americano de 1890, 
levando dois anos para ser apurado, em oposição ao de 1880, que tinha levado sete anos e 
meio. O invento de Hollerith foi aperfeiçoado e comercializado, tendo sua empresa prosperado 
e mais tarde se transformado na famosa IBM (International Business Machines). 
Nesta mesma época Wilhelm Schickard criou uma máquina de calcular capaz de 
desenvolver as quatros operações básicas (somar, subtrair, multiplicar e dividir) e demonstrou 
que circuitos de interruptores eletrônicos eram capazes de expressar relações lógicas. 
Durante a II Guerra Mundial, a Marinha norte-americana, o matemático Howard 
Aiken, da Universidade de Harvard, e a IBM desenvolveram o MARK I, um computador 
eletromecânico que era capaz de multiplicar números de dez dígitos em 3 segundos. 
 
Esse equipamento era composto de 3.304 relés eletromecânicos e dispunha de 72 
palavras com 23 dígitos decimais cada uma e um tempo médio de 6 segundos para 
executar uma instrução, além de entrada e saída através de fita de papel perfurada. 
Em 1943, uma equipe Universidade da Pensilvânia, formado pelo engenheiro John 
Mauchley, seu aluno de pós graduação J. Presper Eckert e John Von Neumann, 
apresentaram ao Exército americano um projeto para construção de um computador, utilizando 
válvulas eletrônicas em vez dos relés eletromecânicos, destinado a efetuar cálculos para 
serem utilizados na frente de combate. Essa máquina recebeu o nome de ENIAC (Eletronic 
Numéric Integrator and Computer). Em 1944, Von Neumann, propôs uma arquitetura lógica na 
qual os programas ficassem internos à máquina, contribuindo assim para o sucesso do projeto. 
 
O ENIAC deu origem à primeira geração de computadores. Possuía 18.000 
válvulas eletrônicas, 1.500 relés e 800 quilômetros de fio, pesava 30 toneladas e 
consumia 140 KW. Compunha-se de uma arquitetura com 20 registradores, cada uma 
capaz de conter números digitais de até dez dígitos, sendo capaz de realizar 100.000 
operações aritméticas por segundo. A programação era elaborada por meio de 
chaves com múltiplas posições e soquetes que eram conectados por cabos. 
O projeto do ENIAC somente foi concluído em 1946, e, por isso, não pôde ser utilizado 
nas operações militares da II Guerra Mundial. 
Em 1949, um pesquisador da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, Maurice 
Wilkes, construiu o EDSAC, considerado o primeiro computador eletrônico a funcionar com 
um programa registrado. As instruções do programa foram inseridas no equipamento, tal 
quais os dados a serem processados, isto é, eram sinais elétricos armazenados numa parte 
que tomou o nome de “memória”. 
Em 1951, foi criada a empresa UNIVAC, que construiu o primeiro computador que 
processava tanto dados numéricos quanto alfabéticos, denominado de UNIVAC I (Universal 
Automatic Computer). Foi, também, o primeiro computador a ser usado em escala comercial. 
Anos mais tarde, a UNIVAC uniu-se à Burroughs, para formar a atual UNISYS. 
Com a invenção do transistor (1955) foi possível a redução do tamanho dos circuitos 
eletrônicos digitais, permitindo que fossem construídos computadores de menor tamanho sob o 
 
 
 
61 
AUT 
ponto de vista físico, então foram fabricados: os IBM 7090, IBM 7094 e IBM 1401, o DEC PDP-
1, o DEC PDP-8, que utilizava a tecnologia de “barramento unificado” para interligar os 
componentes internos do computador. 
Na década de 60, a CDC lançou o Cyber 6600, com um recurso denominado 
“paralelismo”, que o tornou o mais rápido computador da época. A empresa Burroughs 
preocupou-se mais com o software e construiu o B5000, que executava programas codificados 
em Algo 60, linguagem precursora da Pascal, quebrando o paradigma da época. 
 Surgiram então duas classes de computadores: os comerciais e os científicos e 
também uma série de problemas para as grandes empresas que eram obrigadas, pelas suas 
características de trabalho, a utilizarem os dois tipos que eram totalmente incompatíveis 
No ano de 1965, utilizando a tecnologia de circuitos integrados (CI), a IBM lançou 
uma nova linha de computadorescom arquitetura capaz de abranger soluções tanto para 
problemas comerciais quanto para problemas científicos, ficando conhecida como Família/360 
(30, 40, 50, 65, 75 e 95). 
Dessa data em diante conforme vão evoluindo os processadores, também se 
desenvolvem as linguagem de programação, os softwares e conseqüentemente os 
computadores. Alguns estudiosos divide os computadores em gerações: 
a) Primeira geração - Os computadores eram muito grandes, com válvulas eletrônicas, de 
difícil manutenção e enorme consumo de energia, obrigando a instalação de custosos 
sistemas de refrigeração. 
b) Segunda geração - As válvulas eletrônicas foram substituídas por transistores. Por isso, 
obteve-se uma considerável redução no tamanho e aumento da velocidade de 
processamento. 
c) Terceira geração - O aparecimento de placas que acomodavam as peças eletrônicas, de 
modo a reduzir o número de fios e os problemas causados pelo agregamento 
desorganizado dos transistores. 
d) Quarta geração - A quarta geração foi marcada pelo uso de circuitos integrados, trazendo 
vantagens como uma nova miniaturização dos equipamentos, aliada a uma maior 
velocidade de processamento. 
EVOLUÇÃO ���� 1° ESTÁGIO 
1945 - 1970 
2° ESTÁGIO 
1955 – 1980 
3° ESTÁGIO 
1970 - 1990 
4° ESTÁGIO 
1975 - ..... 
ÁREAS DE USO Científica Gerencial Social Individual 
OBJETIVO Defesa nacional e 
exploração espacial 
Produto Nacional 
Bruto (PNB) 
Bem-estar Nacional 
Bruto (BNB) 
Satisfação Nacional 
Bruta (SNB) 
VALORES Prestígio nacional Crescimento 
econômico 
Bem-estar social Auto-realização 
SUJEITO Nação Organização Público Indivíduo 
OBJETO DE USO Natureza Organização Sociedade Ser humano 
BASE CIENTÍFICA Ciências naturais Ciências administra-
tivas 
Ciências sociais Ciências comporta-
mentais 
OBJETO DA 
INFORMAÇÃO 
Alcance de metas 
cientificas 
Busca de eficiência 
empresarial 
Solução de 
problemas sociais 
Criação intelectual 
Tabela – Estágio de desenvolvimento dos computadores 
 
 62 
Existem vários parâmetros para definir os tipos de computadores. Tomando como 
referencial o “porte”, podemos dizer que até o fim dos anos 90 existiam: 
a) Mainframes são computadores de grande porte, alguns dos quais ocupam prédios inteiros. 
São utilizados pelas grandes empresas, no gerenciamento de sistema de controle, 
sistemas bancários, controle de vôos espaciais, previsão do tempo, etc.. São também 
chamados de supercomputadores, mas o seu tamanho, a cada dia que passa, vai 
diminuindo. 
b) Workstation são computadores mais poderosos e mais caros que os PCs. Geralmente 
trabalham com sistemas operacionais especiais, tais como, Unix e Windows NT. São 
utilizados, por exemplo, em sistemas hospitalares e bancários, que requerem alta 
confiabilidade. Outra aplicação é na computação gráfica, para criar animações para 
vinhetas de televisão. 
c) Microcomputadores ou PC: o primeiro foi lançado em 1981, desenvolvido pela IBM para 
atender a empresas que não necessitavam de mainframes ou workstation. A IBM utilizou 
componentes que podiam ser encontrados com facilidade no mercado e, não apostando no 
seu sucesso, liberou o uso da arquitetura PC para outros fabricantes. Com isso muitos 
passaram a produzir computadores compatíveis com IBM PC original. Hoje, é o mais 
popular dos computadores; nos dias atuais, está se tornando um eletrodoméstico comum. 
Há diversos fabricante com marcas de renomes, e outros sem marca. É possível você 
mesmo montar o seu PC. O que caracteriza esse tipo de computador é a sua configuração. 
d) Macintosh é fabricado pela Apple. Constitui-se de uma família de microcomputadores com 
diversas configurações. Durante anos, os Macs dominaram o mercado de estações 
gráficas, principalmente na editoração eletrônica e multimídia. Há programas especiais 
para trabalhar com esse tipo de computador. 
e) Notebook são modernos computadores portáteis que reproduzem todos os aspectos do 
funcionamento dos modelos de mesa. Pode-se trabalhar com eles em qualquer lugar, pois 
são alimentados por baterias que suportam horas de trabalho. Da mesma forma que os 
PCs ou os Macintoshs, o que determina sua aplicação é sua configuração. Os primeiros 
computadores portáteis, em média maiores que os atuais notebook, eram chamados de 
Laptops. Há uma outra variedade dos notebook, denominadas de Palmbook. 
Fechando o nosso passeio pela evolução industrial a seguir, faz-se um resumo dos 
fatos mais interessantes sobre o desenvolvimento da energia motora e o desenvolvimento da 
informação ou como queira, da informática, com relação ao avanço tecnológico, à difusão de 
máquinas e sistemas, ao desenvolvimento industrial e ao desenvolvimento social. 
Nota-se que, nos últimos tempos, a evolução tecnológica tem sido mais aplicada no 
processamento da informação, ou melhor, nos meios de comunicação utilizando-se da 
informática. 
DESENVOLVIMENTO DA ENERGIA MOTORA DESENVOLVIMENTO DA INFORMÁTICA 
1. Com relação ao avanço da tecnologia: 
(229 ANOS) 
� Máquina de Newcome (1708) 
� Máquina de James Watt (1775) 
� Ferrovia (1829) 
(36 ANOS) 
� Computador da 1ª geração (1946) 
� Computador da 2ª geração (1956) 
� Computador da 3ª geração (1965) 
 
 
 
63 
AUT 
� Automóvel FORD (1909) 
� Avião a Jato (1937) 
� Microprocessador (1973) 
� Computador da 4ª geração (1982) 
2. Com relação à difusão de máquinas e sistemas: 
� 1.500 Máquinas a vapor, de 1708 a 1800 (92 
Anos) 
� 1.000 Máquinas industriais de fiar, de 1784 a 
1833 (49 Anos) 
� 30 mil Computadores de 1946 a 1966 (20 
Anos) 
 
3. Com relação ao desenvolvimento industrial: 
� Construção da Ferrovia Transcontinental 
Americana, de 1828 a 1859 (41 Anos) 
� Estabelecimento das Indústrias de Manufa-
tura, de 1708 a 1909 (201 Anos) 
� Processamento de dados para Gestão de 
Empresas, de 1946 a 1955 (9 anos) 
� Formação da Rede Nacional de Informação 
Americana, de 1965 a 1972 (7 Anos) 
� Estabelecimento das indústrias de Informação, 
de 1946 a 1990 (44 Anos) 
4. Com relação ao desenvolvimento social: 
� Sociedade de consumo, de 1708 a 1930 (222 
anos) 
� Sociedade do conhecimento, de 1946 a 
2010 ? (64 anos) 
A evolução da tecnologia de controle da produção industrial pode ser dividida em três 
estágios, a saber: 
� 1º estágio - MECANIZAÇÃO SIMPLES seria aquele em que dispositivos mecânicos 
simples, tais como a alavanca, roldanas, etc. Auxiliam o ser humano em seu esforço 
físico pela multiplicação de esforços; 
� 2º estágio – MECANIZAÇÃO PROPRIAMENTE DITA é a substituição do esforço físico 
do ser humano pela máquina, permanecendo os comandos a cargo do ser humano; 
� 3º estágio – AUTOMAÇÃO é aquele em que o esforço físico e alguns esforços mentais 
do ser humano são substituídos pela máquina. A tomada (anotações) de dados, a 
análise, decisão e ação são executadas pela máquina, dispensando a presença do ser 
humano. 
1.10 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 1 
 
ATENÇÃO! Agora chegou aquele momento importante para consolidar o 
conhecimento estudado, é hora de você avaliar o que estudou. Primeiro tente 
responder sem fazer nenhuma consulta ao livro. Depois, então releia os textos, 
sobre as questões que teve dúvida em responder. 
1) Quais são os elementos de controle automático, observados na figura 1.1? 
 
 
 
2) Conceitue automação na concepção contemporânea. 
 
 64 
 
 
 
3) Cite três instrumentos ou equipamentos simples desenvolvidos na Antiguidade que facilitou 
(automatizou) uma ação de trabalho. 
 
 
 
4) Em função da expansão ultramarina a procura por produto manufaturado foi intensificada, 
provocando uma mudança na organização da produção. Quais foram as mudanças 
ocorridas que ajudaram a acelerar a produção? 
 
 
 
 
5) Explique a estratégia de controle porrealimentação. 
 
 
 
 
6) Quais são as faixas de transmissão de sinal definida no protocolo de comunicação para 
energia elétrica e energia pneumática ? 
 
 
 
7) Nas afirmações abaixo, corrija as que são FALSAS. 
7.1 - A técnica de reprodução “automática” de gravuras, papelão perfurados, criadas 
pelo francês Basile Bouchon é semelhante à linguagem de programação aplicada 
nas máquinas de controle numérico. 
 
 
 
7.2 - Funções da gerência rudimentar tais como: ordenação das operações, 
escalonamento das prioridades e atribuições de funções contribuíram para o 
desenvolvimento da produção automatizada. 
 
 
 
 
65 
AUT 
 
 
7.3 - A máquina alternativa a vapor foi o elemento propulsor da chamada primeira 
revolução industrial, desencadeada na França no século XVIII. 
 
 
 
7.4 - O funcionamento do sinfão empregado no Egito Antigo foi estudado por Herão e 
Filon. 
 
 
7.5 - Galileu (1638), Torricelli (1644) e Blaise Pascal em seus estudos desenvolveram as 
teorias referentes aos líquidos e a massa de ar. 
 
 
 
8) O cargueiro “KINKASAN MARU”, terminado em 1961 pelo estaleiro “Mitsui Shipbuilding 
and Engineering Co.”, para a “Mitsui Steamship Co,” foi o marco inicial da aplicação do 
controle automático nos navios mercantes que, mesmo sendo um navio semi-
automatizado, possuía um sistema extensivo de controle remoto centralizados e controle 
automatizados. Relacione cinco ações de controle implementadas 
 
 
 
9) Nos estudos efetuados em 1965 por peritos japoneses sobre a automatização de um navio 
para operar com praça de máquinas periodicamente desguarnecidas, foram relacionadas 
diversas características de segurança que o mesmo deveria possuir. Cite cinco dessas 
características. 
 
 
 
10) Diferencie computador analógico de computador digital. 
 
 
 
 
 
 66 
UNIDADE 2 
22 FUNDAMENTOS DO CONTROLE AUTOMÁTICO 
 
Fig. 2.1 - Estrutura do PROFIBUS 
 
Fig. 2.2 - Estrutura FIELDBUS da Empresa SMAR 
 
 
 
67 
AUT 
2.1 ELEMENTOS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Conhecer os elementos empregados na automação de processos industriais; 
- Compreender o significado dos termos técnicos empregados na automação 
de processos industriais; 
- Entender os fundamentos técnicos da automação industrial; 
Os sistemas de controle automático (automação) aplicado à produção industrial, ao 
longo de seu desenvolvimento, tem sido alvo de grandes polêmicas, quanto à definição ou 
classificação mais adequada tendo em vista a sua evolução. 
 
No intuito de propiciar um melhor entendimento vamos analisar os conceitos e as 
definições mais conhecidas assim como os termos técnicos mais empregados. 
Fizemos a opção de iniciar pela definição dos principais elementos da automação, por 
acreditar que é de suma importância o seu aprendizado pelas pessoas envolvidas 
com esse ramo da engenharia, para que tenha pleno conhecimento dos termos 
técnicos empregados a fim de denominá-los, assim como defini-los, visto que 
facilitará o entendimento dos conceitos que serão citados, assim como, os outros 
assuntos que serão estudados mais adiante. 
 
 
Os termos técnicos nomeiam os elementos do controle automático (automação) e 
visam padronizar a linguagem para evitar que se faça interpretações dúbias ou 
cometa-se erros e contradições. No Brasil o documento legal é o Vocabulário 
Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia, aprovado pela 
Portaria n.° 29, de 10 de março de 1995, do Preside nte do Instituto Nacional de 
Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – INMETRO. 
 
 
Fig. 2.3 - Elementos do controle automático e os símbolos gráficos da norma ISA S5.1 para 
representação de uma malha de controle em diagrama P&I. 
Os elementos que compõem os sistemas de controle automático são divididos em três 
grupos: elementos primários; elementos secundários e elementos finais de controle. 
 
 68 
 
Quais são os elementos que compõem esses grupos? 
 
 
A figura 2.3 ilustra esses elementos de acordo com o termo técnico que é 
denominado. 
Há uma grande variedade de elementos empregados na automação e a cada dia outros 
vão surgindo. A seguir vamos citar e definir os mais comuns, especificamente aqueles que 
vamos empregar em nosso estudo. Alguns deles citaremos também a denominação na língua 
inglesa, pois é muito comum no dia-a-dia dos técnicos de automação empregá-los. 
1. Processo (controlled system) - Trata-se de um determinado sistema industrial (planta), 
que possui um comportamento dinâmico, sobre o qual atuamos a fim de obtermos o 
controle de uma determinada variável ou produto. Um processo (sistema controlado) 
denota uma operação ou uma série de operações sobre materiais sólidos ou fluidos, na (s) 
qual (is) busca-se conseguir que estes materiais mantenham-se em um estado de utilização 
adequado a uma qualidade pré estabelecida. Exemplo: Água de alimentação de uma 
caldeira, sistema de óleo lubrificante de um motor Diesel, etc. 
2. Elementos primários são dispositivos com os quais consegue-se detectar (medir) 
alterações nas variáveis do processo. Exemplo: sensores de pressão, indicadores de 
temperatura etc. 
3. Elementos secundários são dispositivos que recebem e tratam o sinal do elemento 
primário. Exemplo: transmissores, controladores etc. 
4. Elemento final de controle (final control element) - É quem atua na variável manipulada 
em função de um sinal de comando/controle recebido. Normalmente é uma válvula. 
5. diagrama de bloco - Utilizado para dar uma melhor visualização da interdependência dos 
diversos órgãos que compõem o sistema, evidenciado as diferentes entradas e saídas das 
malhas de ação e de realimentação, tornando-as compreensivas. Ver figuras 2.4 e 2.5. 
 
Fig. 2.4 - Diagrama de blocos com os elementos da automação 
 
Os blocos, não tem apenas uma função ilustrativa, constituem um método eficaz 
para o estudo de sistemas complexos. Cada bloco tem uma tradução matemática 
das funções, podendo-se mesmo estabelecer operações entre eles e, nas malhas 
globais que os integram. Mais adiante vamos aplicá-lo no estudo das funções de 
transferência e na análise de alguns sistemas de controle automático. 
 
 
 
69 
AUT 
 
 
Fig. 2.5 - Diagrama de blocos do regulador de velocidade 
de James Watt 
Exemplo: a figura ao lado 
ilustra o funcionamento do 
regulador de velocidade das 
máquinas alternativas a 
vapor inventado por James 
Watt. 
6. Malha de controle é a 
combinação de 
instrumentos interligados 
para medir e/ou controlar 
uma variável. 
7. Variável manipulada (manipulated variable) - É o agente físico que recebe a ação do 
controlador e altera o meio controlado. Por exemplo numa caldeira é a vazão de água de 
alimentação. 
8. Variável controlada (controlled variable) - É o agente físico (variável) que se deve 
manter em um valor desejado. Exemplo: no controle de uma caldeira pode ser o nível de 
água do tubulão, a pressão de vapor, ou a combustão. 
9. Variável secundária - é o agente físico (variável) mais próximo da variável controlada e 
que de forma instantânea interfere na mesma. No caso do controle de uma caldeira é a 
vazão de vapor produzida. 
10. Variável de entrada (command variable) - É o valor emitido pelo elemento de ajuste do 
setpoint para o comparador. 
11. Valor de referência (set-point) - Como o nome diz, é o valor o qual pretende-se manter a 
variável controlada. Também chamado de valor desejado. 
12. Meio controlado – é a energia ou material do processo no qual a variável é controlada. 
Exemplo: no sistema de água de alimentação de uma caldeira é a água; no sistema de óleolubrificante de um motor Diesel é o óleo lubrificante. 
13. Agente de controle – É o elemento que altera o meio controlado, é a energia ou material 
do processo, da qual a variável manipulada é uma condição ou característica. Exemplo: em 
um trocador de calor a vapor o agente de controle é o vapor, pois a variável manipulada é o 
vapor e no controle de uma caldeira é a água de alimentação. 
14. Perturbação (Distúrbio) - É um sinal indesejável, pois tende a desestabilizar o sistema e, 
conseqüentemente, alterar o valor da variável comandada. 
15. Sensor - É o instrumento que detecta o valor da variável que deve ser controlada. A 
informação mensurada é enviada ao comparador do controlador. O sinal emitido, as vezes, 
precisa ser amplificado ou convertido (transcodificado). 
16. Conversor (converter) - Tem a função de converter o sinal recebido. Podem converter 
sinal elétrico em pneumático; elétrico em hidráulico; analógico em digital e vice-versa. 
Normalmente são instalados entre o sensor e o comparador, ou entre o controlador e o 
elemento final de controle. 
17. Comparador - Sua função é comparar o valor medido com o valor desejado, gerando um 
 
 70 
sinal de erro, cuja amplitude é proporcional à diferença algébrica entre o sinal de referência 
(setpoint) e o sinal de realimentação (feedback). 
18. Controlador (controller)- Sua função é gerar um sinal de controle, o qual irá posicionar o 
elemento final de controle, afim de manter a variável controlada dentro do valor desejado. 
Este sinal varia de amplitude em função do sinal de erro enviado pelo comparador. É 
desejado que esta ação do controlador seja feita no menor tempo possível. 
19. Transmissor (transmitter) – dispositivo que detecta uma variável de processo por meio de 
um elemento primário e que tem um sinal de saída cujo valor é proporcional ao valor da 
variável controlada. 
20. Amplificador de sinal - Tem a função de amplificar o sinal do sensor ou do controlador, 
quando esse é muito baixo, garantido uma informação precisa. Podem ser pneumáticos 
(bico palheta), elétricos e eletrônicos. 
21. Sinal de controle (negative deviation) - É o valor resultante da equação algébrica entre o 
valor desejado e o valor da variável controlada medido. Também denominado sinal de erro. 
22. Atuador (actuator) - É à parte do elemento final de controle, que recebe o sinal de 
acionamento do transdutor ou do conversor. Pode ser pneumático ou elétrico. 
2.2 NORMAS TÉCNICAS 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Conhecer as normas técnicas aplicadas à automação industrial; 
- discorrer sobre os padrões de comunicação aplicados a automação; 
As Normas Técnicas aplicadas à automação industrial definem os símbolos gráficos 
e codificações alfanuméricas que identificam os instrumentos ou funções programadas, 
utilizadas nos diagramas P&I de malhas de controle dos projetos e os termos técnicos 
empregados. O objetivo é facilitar o entendimento dos diagramas e malhas de instrumentação 
e, viabilizar a comunicação entre usuários, projetistas e fornecedores. 
No mundo existem diversas instituições de renome que ditam as normas técnicas 
aplicadas à automação. Entre elas temos: 
• ISA (Iternational Society for Measurement and Control ) antigamente denominada de 
Instrument Society of America. 
• SAMA - Scientific Apparatus Makers Association 
• ISO – Organização Internacional de Normalização. 
• DIN – Deustches Institut für Normung 
• IEC – International Eletrotechnical Comientten (Comissão Internacional de 
Eletrotécnica). 
• FF – Foundation Fieldbus. 
Essa quantidade de instituições e a não observância da legislação nacional, por parte 
dos que editam as literaturas sobre automação, provocaram nos últimos anos confusões e 
dúvidas nas definições dos termos técnicos. Como exemplo pode-se citar a palavra “variável” 
utilizada, na maioria dos livros e revistas, para definir as grandezas a serem medidas no 
 
 
 
71 
AUT 
processo, a qual, pelo documento legal do INMETRO, deveria ser designada de “grandeza” 
e/ou “mensurando”. Com base nas normas da ABNT o INMETRO elabora manuais de 
terminologia técnica. 
No Brasil a Associação Brasileira de Normas Técnicas, procura acompanhar as 
normas internacionais mais aceitas por fabricantes e usuários. 
 
Para classificação do grau de automação da praça de máquinas dos navios 
brasileiros, a Diretoria de Portos e Costa aplica as Normas da Autoridade Marítima 
para Embarcações Empregada na Navegação de Mar Aberto (NORMAM 01), 
especificamente o Anexo 1-C (Diretrizes Específicas para Elaboração dos CTS), Item 
4, Notação para Grau de Automação (NGAPM) do sistema de máquinas para navios. 
A Norma mais utilizada na área de automação é a estabelecida pela ISA, definida como 
Norma S5.1. Esta também é a adotada pela ABNT - NRB-8190 outubro/1983. No entanto, 
existem outras associações que adotam normas diferentes: 
 
A SAMA adota a Norma RC-22 (Fuctional Diagramming of Instrument and Control 
Systems – Analog and Digital Systems) para instrumentação aplicada à caldeira. 
2.2.1 Norma Técnica S5.1 da ISA 
Essa Norma Técnica estabelece que para representar os instrumentos ou função 
programada em um diagrama P&I de malha de controle deve ser empregado como símbolos 
um conjunto de letras e um conjunto de algarismos definidos conforme a tabela a seguir. 
1 º G R U P O D E L E T R A S 2 º G R U P O D E L E T R A S 
V A R I Á V E L M E D I D A F U N Ç Ã O 
Le
tr
a 
1ª Letra Modificadora Passiva ou de 
Informação 
Ativa ou de 
Saída 
Modificadora 
A Análise Alarme 
B Chama 
C Condutividade elétrica Controlador 
D Densidade Diferencial 
E Tensão Sensor 
F Vazão Razão 
G Escolha do usuário Visão direta 
H Manual Alto 
I Corrente elétrica Indicador 
J Potência Varredura, Seleção 
manual 
 
K Temporização Taxa variação com 
o tempo 
 Estação de 
controle 
 
L Nível Lâmpada piloto Baixo 
M Umidade Instantâneo Médio, Intermédio 
N / O Escolha do usuário Orifício de restrição 
P Pressão Conexão para teste 
Q Quantidade Integração, 
Totalização 
 
R Radiação Registrador 
S Velocidade, 
Freqüência 
Segurança Chave 
T Temperatura Transmissor 
U Multivariável Multifunção Válvula, Damper 
V Vibração, Análise 
mecânica 
 
 
 72 
W Peso, Força Poço ponta de prova 
X Não classificada Eixo dos X Não classificada Não classificada Não classificada. 
Y Estado, Presença, 
Seqüência de eventos 
Eixo dos Y Relé, Conversor 
Solenóide 
 
Z Posição, Dimensão Eixo dos Z Acionador, 
Atuador, 
Elemento final de 
controle. 
 
TABELA da Norma ISA S5.1 e SAMA de identificação das letras em malha de controle 
 
 
A primeira letra do conjunto de letras indica a variável controlada e as letras 
subseqüentes indicam a função que o instrumento desempenha na malha de 
controle. 
 
 
O primeiro algarismo indica a área/fábrica e o segundo indica a malha à qual o 
instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para completar a 
identificação, poderá ser acrescido um sufixo. 
Outras observações sobre essa Norma: 
a) Uma letra tipo “escolha do usuário” é utilizada para cobrir significados não listados e 
que serão utilizados de maneira repetitiva em um projeto particular. O significado da 
letra deve ser definido na legenda. 
b) a letra “A” cobre todos os tipos de analisadores. Recomenda-se que o tipo de análise 
realizado pelo instrumento seja definido fora do círculo de identificação. 
c) a função passiva “G” aplica-se a instrumentos ou dispositivos que fornecem uma 
indicação visual não calibrada, como os visores de vidro e monitores de TV. 
d) no caso de diagramas P&I, se necessário, as funções associadas com o uso da letra 
subseqüente “Y” sãodefinidas fora do circulo de identificação. 
e) os termos modificadores “alto”, “baixo”, “médio” ou “intermediário” correspondem a 
valores das variáveis medidas, e não aos valores dos sinais correspondentes, a não ser 
que seja indicado de outra forma. 
f) os termos modificadores “alto”, “baixo”, quando aplicados a posições de válvulas e 
outros dispositivos abre-fecha (on-off), são definidos como se segue: 
I - “alto” denota que a válvula está na posição completamente aberta ou se aproxima 
desta, e 
II - “baixo” mostra que ela está na posição totalmente fechada ou se aproxima desta. 
g) o termo “registrador” aplica-se a qualquer forma de armazenamento permanente de 
informações que permite recuperação por quaisquer meios; 
h) a primeira letra “V” (vibração ou análise mecânica) desempenha o mesmo papel em 
monitoração de máquinas que a letra “A” desempenha em análise de maneira geral. 
i) exceto para a variável vibração, espera-se que as demais variáveis de análise 
mecânica sejam definidas fora do círculo de identificação. 
A identificação funcional de um instrumento tem a seguinte seqüência: 
1. A função programada é a primeira letra selecionada de acordo com a especificação 
da tabela anterior; 
2. as letras de funções passivas ou de informação devem seguir em qualquer ordem; 
3. as letras de funções ativas ou de saída seguem-nas também em qualquer ordem, 
com exceção da letra de função de saída “C” (controle), que deve preceder a letra 
“V” (válvula), quando ambas coexistirem. 
4. se forem utilizadas letras modificadoras, estas deverão ser interpostas de forma que 
fiquem posicionadas seguindo imediatamente as letras que elas modificam; 
 
 
 
73 
AUT 
5. para instrumentos de função programada como é o caso do CLP é desenhado um 
hexágono envolvendo uma circunferência, conforme é mostrado na figura 2.3; 
6. a numeração da malha pode ser feita de forma paralela ou serial. Usualmente na 
indústria, utiliza-se numeração paralela. O número total dentro de um grupo não 
deve exceder de quatro; e 
7. todas as letras de identificação funcional deverão ser letras maiúsculas. 
Exemplo: A tabela a seguir mostra o instrumento TRC-21002A, identificado de acordo com a 
Norma ISA S 5.1. 
T RC - 2 10 0 2 A 
VARIÁVEL (controlada 
ou medida) 
FUNÇÃO (registrador 
controlador) 
ÁREA DE ATIVIDADE 
(planta ou fábrica) 
N.º SEQUENCIAL 
DA MALHA 
IDENTIFICAÇÃO FUNCIONAL IDENTIFICAÇÃO DA MALHA 
 
SUFIX0 
 onde: 
T = Variável medida : TEMPERATURA; 
R = Função passiva ou de informação: REGISTRADOR; 
C = Função ativa ou de saída: CONTROLADOR; 
2 10 = Área de atividade ou fábrica, onde o instrumento ou função programada atua; 
0 2 = Número seqüencial da malha; 
A = Sufixo. 
A figura a seguir mostra a simbologia adotada em automação para representar os 
elementos em um diagrama de malha de controle. 
SÍMBOLO FUNÇÃO SÍMBOLO FUNÇÃO 
 
 SOMA 
 
MULTIPLICAÇÃO 
 
MÉDIA 
 
DIVISÃO 
 
SUBTRAÇÃO 
 
EXTRAÇÃO DE RAIZ 
QUADRADA 
 
PROPORCIONAL 
 
EXTRAÇÃO DE RAIZ 
 
INTEGRAL 
 
EXPONENCIAÇÃO 
 
DERIVATIVO 
 
FUNÇÃO NÃO LINEAR 
 
SELETOR DE SINAL ALTO 
 
LIMITE SUPERIOR 
 
SELETOR DE SINAL 
BAIXO 
 
 
LIMITE INFERIOR 
 
POLARIZAÇÃO 
 
LIMITADOR DE SINAL 
 
FUNÇÃO TEMPO 
 
CONVERSÃO DE SINAL 
Fig. 2.6 - Símbolos e funções de processamento de sinais (ISA E SAMA). 
A norma ISA também considera que, quando da elaboração de um diagrama P&I de 
controle, a identificação do instrumento será escrita dentro do símbolo geral e que, em casos 
 
 74 
específicos, sua função será detalhada pelo acréscimo de um símbolo de processamento de 
sinal ao seu símbolo geral. 
SÍMBOLO FUNÇÃO SÍMBOLO FUNÇÃO 
 
Símbolo geral para os 
elementos primários de vazão. 
Podem ser utilizadas as 
palavras laminar e turbulento. 
 
 
Placa de orifício com tomada 
no flange ou canto, conectadas 
a um transmissor indicador de 
pressão diferencial 
 
Elemento primário de vazão 
com transmissor incorporado. 
(vazão mássica, etc.) 
 
 
Indicador de vazão de área 
variável, tipo rotâmetro. 
 
Tubo Venturi. 
 
Medidor de vazão tipo “bocal” 
 
Indicador, totalizador de vazão, 
tipo deslocamento positivo. 
 
 
Elemento primário de vazão 
tipo turbina. 
Fig. 2.7 - Símbolos de elementos primários de vazão 
2.2.2 Padrões de Comunicações 
Os primeiros instrumentos de medição empregados nas instalações industriais e nos 
navios para medir o valor das variáveis do processo, indicavam, no próprio local onde a 
medição era feita, o valor mensurado (medido). Cabendo ao operador de serviço, no caso dos 
navios ao responsável pelo quarto de serviço, percorrer a planta verificando os valores 
indicados nos instrumentos e se necessário atuar para corrigir distorções. 
Como já estudado, este modelo de controle era denominado de “distribuído”. Com a 
evolução tecnológica foi possível transmitir o valor mensurado para uma sala de controle em 
local distante da planta do processo. Esse procedimento ficou definido como telemetria. 
 
Telemetria é a tecnologia que permite a centralização dos instrumentos indicadores, 
registradores, controladores, etc. em uma sala de controle (CCM). 
Ela, consiste na medição de uma variável no campo onde ela ocorre e da transmissão 
do valor medido, através de algum tipo de sinal, até o instrumento ou equipamento receptor 
(console, computador) localizado a distância, normalmente dentro da sala de controle. De 
maneira análoga, os sinais de atuação no processo, de dentro da sala de controle, devem ser 
transmitidos até o campo, onde serão convertidos em atuação física capaz de modificar o valor 
da variável. 
 
Nos dias atuais os sinais utilizados obedecem a normas específicas definidas como 
“protocolo de comunicação” 
Vimos, no primeiro capítulo, que os padrões de comunicações, também denominados 
de protocolos de comunicação, empregados para os primeiros sistemas de controle eram de 3 
a 15PSI para sinais pneumáticos, 4 a 20mA, para sinais elétricos e 1 a 5v para eletrônicos 
analógicos. Eles são representados nas plantas de controle automático em padrões definidos 
 
 
 
75 
AUT 
por norma técnica. A figura a seguir nos indica os principais símbolos utilizados para 
representá-los em um diagrama de malha de controle. 
 
Fig. 2.8 - Símbolos para representar os sinais de controle 
 
 
Fig. 2.9 - Aplicação das normas técnicas na malha de controle da automatização 
pneumática do sistema de resfriamento do motor principal de um navio 
construído na década de 70 
 
 
TAREFA! Tomando como referência a Norma técnica ISA-S5.1, descreva a 
ação de controle quando houver uma mudança de carga ou seja quando, por 
exemplo, for reduzida a rotação do motor para embarcar o prático! 
 
Com o advento da eletrônica digital surgiram os protocolos digitais de comunicação 
específicos para a automação eletrônica. Essas primeiras tecnologias de comunicação, foram 
desenvolvidas tendo por base os métodos empregados nos sistemas telefônicos e 
 
 76 
telegráficos. Mas, nem por isso obedecem a padrões de qualidade universal, em sua maioria 
formados (formação de palavras) e protocolos (gramática) de linguagem evoluíram tão 
dispersos que muitas das vezes, se não existir um meio de interpretação, não são compatíveis 
nem entre equipamentos de um mesmo fornecedor. 
Os mais recentes padrões de sinais de controle são: 
� PROWAY, desenvolvido para sistemas “data highway” pelo comitê técnico do IEC 
(International Electrotechnical Comission). 
� Projeto 802, desenvolvido pelo comitê de padronização LAN (Local Area Networks) do 
IEEE, para se empregado na descrição de acesso da informação transitando pela 
“highway” em sistemasque lidam com características mecânicas, elétricas e funcionais de 
uma linhas entre nodos de rede. 
� TOP (Technical Office Protocol), proposto pela Boeging. 
� FASOR , proposto por uma associação de usuários europeus. 
� MAP, (Manufacturing Automation Protocol), proposto pela General Motors por volta de 
1984. 
� SP50, criado por um Comitê da ISA, em 1985, com objetivo de substituir o padrão de 4-20 
mA por um padrão de sinal digital. 
� Modelo de Referência OSI - Com a implantação de Sistemas Flexíveis de controle de 
processos a ISO (Internacional Standardization Organization) criou através o Comitê 
Técnico 97, o Sub-comitê SC 16, com vistas a estabelecer um padrão de interconexão de 
Sistemas Abertos (OSI - Open Systems Interconnection) para a indústria de 
equipamentos de automação. Deste trabalho resultou a Norma ISO/TC97/SC 16 7498/1, 
denominada “Modelo de Referência OSI”. 
“O Modelo de Referência OSI”, se destina facilitar a comunicação entre os 
computadores, os equipamentos computadorizados e as redes de 
comunicação, assim como, propõe caminhos para organizar sua 
implementação. Os padrões OSI objetivam a descrição do comportamento 
externo do sistema, independentemente de sua construção interna. De uma 
forma simplista, OSI diz que o que deve ser transmitido pelo fio e quando 
deve ser, mas não como os equipamentos devem ser construídos para 
exibirem a ação ordenada, nem como cada aplicação particular deve ser 
implementada”11. 
Este modelo permite que o protocolo de comunicação seja bastante flexível 
facilitando a comunicação entre equipamentos de diferentes fabricantes pois, estabelece uma 
arquitetura modular em sete níveis: Físico (Physical Layer), Enlace de Dados (Data Link 
Layer), Apresentação (Presentation Layer), Sessão (Sesson Layer:, Transporte (Transport 
Layer), Rede (Network Link Layer) e Aplicação (Aplication Layer). Cada nível deve ser 
independente e o modo para transmitir um sinal fisicamente pode mudar, porém, o caminho 
para interpretar esse sinal deve permanecer o mesmo. 
 
Os níveis de 1 a 4 são chamados de “Serviço de Transferência”, uma vez que são 
os responsáveis pela movimentação das mensagens de um ponto a outro. Os níveis 
5 a 7 são conhecidos como “Segmento dos Utilizadores”, porque estes dão ao 
 
11 FRANCO, Lúcia Regina Horta Rodrigues, Modelos de Referência OSI e as Redes de Barramento 
de Campo, Revista INSTEC, Ano VIII, N° 82, outubro/94. McKla usen editora: São Paulo 1994 
 
 
 
77 
AUT 
utilizador, acesso aos dados na rede. Para aplicação em tempo real os níveis de 3 a 
6 não são considerados, por se tratar de dados entre redes. O grupo responsável 
pelas normas da ISA/SP50 definiu um oitavo nível, denominado de nível do usuário. 
 
� Foundation FIELDBUS é um protocolo de comunicação digital bidirecional que permite a 
interligação em rede, com base no conceito físico elétrico de multiplexação, de 
equipamentos, instrumentos inteligentes instalados no campo, realizando funções de 
controle e monitoração de processos, e estações (IHMs), geralmente localizados na sala de 
controle, por meio de softwares supervisório. Essa tecnologia deve ser estudada com base 
em duas perspectivas: uma com relação a padronização e a outra a sua implementação. 
 
O processo de normalização do FIELDBUS começou em 1985, quando as indústrias 
de tecnologias de automação aceitaram desenvolver sistemas de controle 
automático baseados no conceito de arquitetura aberta (padrão ISO/OSI), então o 
IEC criou o Comitê SC65C/W66, com o objetivo de definir um protocolo mundial 
FIELDBUS, de forma a prover total interconectividade em sistemas abertos para 
todos usuários. No Brasil o Comitê 65.S, Barramento de Campo do COBEI 
representa a ABNT sobre o FIELDBUS. 
A padronização do protocolo Foundation FIELDBUS foi construída tendo como base os 
pontos forte do sistema 4 a 20mA: larga compatibilidade entre equipamentos de diferentes 
fabricantes, interfaces padrões para os sistemas de controle e equipamentos padrões de 
suporte. 
O nível ou camada meio físico (Physical Layer) é definido segundo padrões 
internacionais (IEC, ISA). Ele recebe mensagens (sinais) da camada de comunicação 
(Communication Stack) e as converte em sinais físicos no meio de transmissão FIELDBUS e 
vice-versa, incluindo e removendo preâmbulos, delimitadores de começo e fim de mensagens. 
O fabricante SMAR, ver figura 2.2, constrói o seu sistema FIELDBUS baseado na 
IEC61158-2 e suas característica principal são: 
a) Transferência de dados digital, usando codificações Manchester, com taxa de 31.25kbit/s 
através de um barramento bidirecional; 
b) para um sinal de comunicação integro, cada equipamento deve ser alimentado com no 
mínimo 9 volts. O meio físico H1 permite que se alimente os equipamentos via barramento. 
O mesmo par de fios que alimenta o equipamento também fornece o sinal de comunicação; 
c) comprimento máximo de 1900 metros sem repetidores; 
d) usando-se até 4 repetidores, o comprimento máximo pode chegar a 10 K (Quilômetros); 
e) um equipamento fieldbus deve ser capaz de se comunicar com 2 ate 32 equipamentos em 
aplicação sem segurança intrínseca e alimentação externa à fiação de comunicação; 
f) um equipamento fieldbus deve ser capaz de se comunicar com 2 ate 4 equipamentos em 
aplicação com segurança intrínseca e sem alimentação externa; 
g) um equipamento fieldbus deve ser capaz de se comunicar com 1 ate 16 equipamentos em 
aplicação sem segurança intrínseca e sem alimentação externa; 
Obs. Pode-se ligar mais equipamentos do que foi especificado, dependendo do consumo 
dos equipamentos, fonte de alimentação e características das barreiras de segurança 
intrínsecas; 
 
 78 
h) não há interrupção do barramento com a conexão e desconexão de equipamentos 
enquanto estiver em operação: e 
i) topologia em barramento, árvore ou estrela ou mista. 
 
A transmissão do sinal em um equipamento FIELDBUS fornece 10mA a 31,25kbit/s 
em carga equivalente de 50 Ohms criando um sinal de tensão modulado em 1,0 Volt 
pico a pico. A fonte de alimentação pode fornecer de 9 a 32 VDC, porém em aplicações 
seguras (IS) deve atender os requisitos das barreiras de segurança intrínsecas. 
� HART (Highway Addressable Remote Transducer) – desenvolvido segundo o modelo OSI 
em 1989, tinha a intenção inicial de permitir fácil calibração, ajuste de range e damping de 
equipamentos analógicos. O HART permite a utilização de dois mestre sendo um no 
console de engenharia na sala de controle e o outro no campo, por exemplo um laptop ou 
um programador de mão. As suas principais características são: 
a) Projeto simples, fácil operação e manutenção; 
b) compatível com a instrumentação analógica; 
c) sinal analógico e comunicação digital; 
d) opção de comunicação ponto-a-ponto ou multidrop; 
e) flexível acesso de dados usando-se até dois mestres; 
f) suporta equipamentos multivariáveis; 
g) 500 ms de tempo de resposta (com até duas transações); e 
h) totalmente aberto com vários fornecedores; 
 
O protocolo HART opera segundo o padrão mestre-escravo, onde o escravo 
somente transmitirá uma mensagem se houver uma requisição do mestre. 
� PROFIBUS (Process Field Bus) – é um protocolo aberto que foi definido na Alemanha 
conforme Norma DIN 19245 e em março de 1996 foi incorporado no padrão EN50170 e 
EN50254, e apoiado por diversas empresas e Institutos no mundo é considerado o padrão 
europeu de fieldbus. É um sistema inteiramente digital permitindo taxa de comunicação de 
1.200 bit/s a 500 kbit/s. O nível físico é baseado no padrão RS485, conectado a quatro fios 
e não possui solução para segurança intrínseca. Este padrão permite a existência de 
múltiplos mestres e baseia-se na circulação do token entre os mestres, que se comunicam 
com as estações quando de posse domesmo. Em uma mesma planta industrial é comum 
encontrar diferentes exigências de comunicação dentro da aplicação. O PROFIBUS, ver 
figura 2.2, em sua arquitetura está dividido em três variantes, a saber: 
1. PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery) – é a solução de comunicação a alta 
velocidade (high-speed) para a troca de dados entre estações mestre-escravo 
descentralizados, que também podemos denominar I/O remotos. É um dos mais 
utilizados nos navios mercantes. Permite a conexão de até 126 nós (escravos = 
dispositivos), separados por segmentos de no máximo 32 nós cada. Os dispositivos 
podem ser ilhas de válvulas, inversores de freqüência, single-loop ou mesmo I/O 
remotos. Considerando que a cada I/O remoto pode-se conectar dezenas de 
instrumentos (4..20ma, Hart, digitais) o número de instrumentos que pode ser 
conectado é ainda maior. Emprega o meio físico RS485 ou fibra ótica. Requer menos 
de 2 ms para transmissão de 1 kbyte de entrada e saída e é amplamente utilizado em 
controles com tempo crítico. 
 
 
 
79 
AUT 
 
O protocolo PROFIBUS-DP é utilizado em substituição a sistemas convencionais a 4 a 
20 mA ou HART ou em transmissão a 24 volts. 
2. PROFIBUS-FMS (Field Message Specification) – é uma variante do protocolo 
PROFIBUS que oferece uma ampla seleção de funções, sendo ideal para troca de 
dados entre unidades, especialmente entre equipamentos inteligentes. Sua orientação 
à objeto torna a integração de diferentes equipamentos totalmente transparente. É um 
padrão de comunicação universal que pode ser empregado para resolver tarefas 
complexas de comunicação. 
3. PROFIBUS-PA (Process Automation) – Define as regras para a aplicação na área e 
processos, permitindo a conexão de instrumentos segundo o meio físico padrão 
IEC1158-2. Suas principais características: 
a) Taxa de comunicação a 31,25 kbits/s; 
b) topologia com barramento, árvore/estrela e ponto-a-ponto; 
c) alimentação via barramento ou externa; 
d) segurança intrínseca possível; 
e) número de equipamentos conectados: máximo 32 para área não classificada; 9 
para área explosion Group IIC e 23 para área explosion Group IIB; 
f) cabeamento máximo de 1900 metros, expansível a 10 Km com 4 repetidores; 
g) máximo comprimento do spur é de 120 m/spur; e 
h) sinal de comunicação em codificação Manchester, com modulação de corrente. 
 
Os protocolos FIELDBUS, PROFIBUS e HART´S. São assuntos estudados em 
cursos avançados de automação. 
2.3 TÉCNICAS DE CONTROLE DE PROCESSO 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Conhecer os tipos de controle de processo; 
- Entender como as técnicas de controle do corpo humano serviram para 
desenvolver a automação dos processos industriais; e 
- Reconhecer as diversas técnicas de automação de processos industriais. 
2.3.1 Classificação dos Controles de Processos 
Se você fizer uma comparação criteriosa, poderá perceber que diversas técnicas 
aplicadas aos sistemas de controle de processos industriais são semelhantes às praticadas 
pelos órgãos do corpo humano. 
Alguns dos desenvolvimentos teóricos do controle automático tomaram por princípio o 
próprio ser humano. Com base nessa teoria, podemos dizer que o controle de processo pode 
ser: natural ou artificial. 
 
 80 
 
Controle de Processo Natural são as operações que regulam algumas 
características físicas de suma importância para a vida humana, tais como a 
temperatura do corpo, a pressão sangüínea, a intensidade de luz na retina, o 
equilíbrio de líquidos no corpo, etc. 
O processamento das informações no ser humano pode ser entendido por meio do 
Diagrama de blocos, da figura a seguir. 
Explicação: as informações 
são captadas pelos 
elementos periféricos dos 
órgãos dos sentidos, em 
seguida são enviadas para o 
sistema nervoso central e 
periférico, que recebem e 
transmitem ao cérebro, que 
processa as informações e 
estabelece o produto final, o 
qual é levado aos músculos 
por meio dos nervos 
periféricos. 
 
Fig. 2.10 - Diagrama de blocos do sistema de processamento 
de informação do ser humano 
 
 
O Controle de Processo Artificial são operações que controlam alguns dos 
parâmetros físicos do meio em que o homem vive, ou de produtos que necessitam 
para manter as suas condições de vida. 
Os processos industriais podem ser: 
a) Processo industrial contínuo – assim é denominado quando a matéria-prima ao 
percorrer os equipamentos é submetida ao processo. Ou seja, há sempre um fluxo 
de massa. Exemplo Aquecimento de óleo combustível (HFO), que ao passar pelo 
aquecedor de óleo sai com a temperatura desejada (aquecido). 
b) Processo industrial em batelada - Uma porção discreta da matéria-prima sofre 
todo o ciclo de processamento, desde o seu estado inicial até ser considerada 
produto acabado, quando então é substituída por outra, e o ciclo se repete. 
 
Mais adiante veremos que os processos, tecnicamente, podem ser classificados 
como: mono-capacitivo, bi-capacitivo e multi-capacitivo. 
Dentre as maneiras de controlar os processos industriais, temos o comando e o 
controle automático, que envolve diversas técnicas e modelos desenvolvidos por uma 
infinidade de fabricantes. 
De acordo com as Associações de Normas Técnicas e uma grande maioria de 
profissionais da área de automação, é importante que você faça diferenças entre comando, 
controle, servomecanismo, automatização e automação. Para compreender o significado 
desses termos é necessário conhecer também, outros termos importantes do linguajar técnico 
de automação, que ainda não estudamos. Por tanto vamos conhecê-los. 
 
 
 
81 
AUT 
2.3.2 Controle Manual 
Antes de entrarmos no estudo das técnicas de controles artificiais, vamos entender 
como é definido e quais as características principais do controle manual. 
 
O controle manual é realizado por meio da intervenção humana. Portanto exige a 
presença de um operador, que com o conhecimento de algumas regras opera algum 
equipamento de controle, como válvula, alavanca, chave elétrica, etc., o qual por 
sua vez produz alterações na variável física que esta sendo controlada 
.Exemplo 1: Controle de operação de uma caldeira, conforme ilustrado na figura a seguir. 
 
Fig. 2.11 - Controle manual de uma caldeira. 
Operações: O operador observando os 
instrumentos medidores mede as 
variáveis: pressão de vapor, nível de 
água e a qualidade da combustão 
(queima); 
Compara os valores das variáveis 
obtidos com os que devem ser 
mantidos; Se houver desvios executa 
as regulagens necessárias das válvulas 
e dos dispositivos de controle de ar e 
combustível. 
 
 
Tarefa! Traduza os termos técnicos apresentados em inglês na figura 
anterior. 
Exemplo 2: controle do nível de água de um tanque (cisterna), em função da demanda 
(consumo), como ilustrado na figura a lado. 
Operações: O operador observando o 
indicador de nível de água; Compara o valor 
da variável (nível) obtido com o que deve ser 
mantido; Se houver desvio executa as 
regulagens necessárias das vazões nas 
válvulas. 
Controle - Se a demanda fosse pequena, 
todas as vezes que o nível atingisse um ponto 
mínimo, teríamos que abrir a válvula de 
entrada e regular a vazão até que o tanque 
atingisse o nível máximo e então fechá-la. 
Porém, se a demanda fosse grande, teríamos 
que manter a válvula de entrada aberta, 
regulando para não deixar o tanque 
transbordar. 
 
Fig. 2.12 - Controle manual do nível de 
uma cisterna. 
Os dois exemplos mostram que para uma operação com certo grau de segurança, seria 
necessária uma pessoa com total atenção ao controle do processo (caldeira ou do tanque) e 
dependeria de sua experiência e habilidade para não ocorrer uma avaria. Assim, teríamos um 
controle de produção empírico ou manual. 
 
 82 
2.3.3 Malha Aberta(open-loop). 
 
O que você entende por malha aberta? 
 
 
No sistema de Malha Aberta, medimos o valor de entrada da variável controlada, 
para estabelecer o valor de saída desta variável, ou seja executamos uma ação de 
controle antecipativo. 
 
Os sistemas de comando, 
como será estudado mais adiante, 
é o modelo clássico de malha 
aberta. Um processo que é 
controlado por meio de um 
sistema de malha aberta não 
deve trabalhar sozinho porque 
apresenta erro muito grande. 
 
Fig. 2.13 - Diagrama de bloco de malha aberta 
Exemplo: Pretende-se controlar a temperatura de óleo combustível (HFO) que passa por um 
trocador de calor, ver figura a seguir. 
Funcionamento: Verifica-se 
a temperatura com que o óleo entra 
no aquecedor e determina-se a 
temperatura (o set-point da variável 
controlada) que se deseja na saída 
Então, abre-se a válvula de controle 
de vapor, procurando manter uma 
vazão (variável manipulada) que 
leve a alcançar o valor desejado da 
temperatura do óleo. Após certo 
tempo, ao verificar no medidor a 
temperatura de saída do óleo, nota-
se que ela apresenta um erro, 
então é necessário atuar na 
posição da válvula para modificar a 
vazão do vapor. 
 
Fig. 2.14 - Controle da temperatura de óleo 
combustível em um aquecedor em malha 
aberta (controle antecipativo). 
2.3.4 Comando Automático Industrial 
Trata-se de um modelo de operação, onde há um sinal que comanda uma ação e não 
há nenhum controle por parte dos equipamentos e sim pela observação do operador. 
Normalmente o “comando” está relacionado com a área elétrica. 
 
Sistema de Comando consiste num conjunto de elementos interligados em malha 
aberta, isto é, onde as informações processadas nesses elementos apresentam-se 
num único sentido, da entrada para a saída. 
 
 
 
 
83 
AUT 
Os sistemas de comando classificam-se: 
a) quanto ao modo de atuação do comando: 
- comando simples; e 
- comando com neutralização. 
b) quanto à variável de entrada: 
- entrada fixa; 
- entrada variável. 
2 . 3 .4 . 1 Com an do S impl es 
Neste sistema, o sinal de comando atua diretamente sobre o elemento final de 
comando. As perturbações não podem ser eliminadas, por isso seu valor é acrescido ou 
suprimido da variável comandada. 
Exemplo: Pretende-se manter um barco num rumo constante, no sentido Oeste�Este. O 
diagrama de blocos da figura a seguir ilustra essa ação de comando simples em malha aberta. 
Funcionamento: O timoneiro comanda 
o timão (sinal de comando), alterando 
a posição ou ângulo do leme (variável 
manipulada) ate que o navio alcance a 
posição desejada (set-point), então, 
basta fixar o leme que o rumo (variável 
comandada) se mantém. Ora todos 
sabemos que devido aos ventos e 
correntes (perturbações) haverá um 
erro, que será corrigido mediante 
mudança na posição do leme para o 
valor desejado. 
 
Fig. 2.15 - Comando simples do rumo de uma 
embarcação 
2 . 3 .4 . 2 Com an do com Ne ut r a l i za çã o 
No sistema de comando com neutralização só é permitido que apenas uma 
determinada perturbação seja neutralizada a fim de que esta não atue sobre a saída. Não 
será eliminada qualquer outra perturbação não prevista. 
O neutralizador deve 
realizar função inversa do 
elemento final de comando, 
invertendo também o sinal de 
perturbação à sua entrada. A 
figura a seguir ilustra esse tipo 
de controle. 
 
Fig. 2.16 - Sistema de comando com neutralizador. 
 
 84 
2 . 3 .4 . 3 Com an do de Ent r ad a F i xa 
Um sistema de comando com 
entrada fixa é aquele em que a variável de 
entrada permanece inalterada ao longo do 
tempo. 
Exemplo: sistema de comando de entrada 
fixa para partida simples de motores 
elétricos de bombas. 
 
Fig. 2.17 - Sistema de partida de uma 
bomba 
2 . 3 .4 . 4 Com an do de Ent r ad a Var i á ve l 
Um sistema de comando com entrada variável é aquele em que a variável de entrada 
pode assumir valores diferentes em função do tempo ou de uma seqüência de operação. 
Estes, por sua vez, podem ser de dois tipos: comando temporizado e comando seqüenciado. 
2.3.4.4.1 Comando Temporizado 
Comandos temporizados são aqueles em que a variação de entrada de comando 
ocorre em função somente do tempo. 
Estes sistemas apresentam o inconveniente de 
possibilitar que o tempo de uma operação não tenha sido 
suficiente (por exemplo, devido a perturbações) e o 
temporizador inicie nova operação com a anterior ainda 
não completada. 
Exemplos: luzes cadenciadas, operações de carga e 
descarga de produtos, etc.. 
 
Fig. 2.18 - Temporizador eletrônico 
2.3.4.4.2 Comando Seqüenciado 
Comandos seqüenciados São aqueles em que a entrada de comando varia em 
seqüência e em função do encadeamento de operações sucessivas. São mais confiáveis do 
que os temporizados, pois uma operação nova só é iniciada após a anterior ter sido executada. 
Exemplos: sistema de máquinas operatrizes, linhas de montagem, etc. 
2.3.5 Malha Fechada (close-loop). 
Neste sistema, por meio de sensores, mede-se o valor da variável controlada, o qual é 
transmitido ao controlador, que compara o valor medido com o valor desejado (set-point). Se 
houver erro de desvio, é enviado um sinal de correção ao elemento final de controle, que, 
 
 
 
85 
AUT 
atuando na variável manipulada, busca corrigir esse erro. Essa hipótese é representada pela 
figura a seguir, com o diagrama de blocos correspondente mostrado na figura a que se segue. 
Exemplo: Controle do rumo 
de um navio pelo piloto 
automático. Depois de 
estabilizar o navio no rumo 
desejado, é necessário de 
tempos em tempos corrigir o 
desvio (distúrbios), provocado 
pelo vento, correntes, ondas, 
etc. A correção é feita 
comparando o rumo real, com 
o rumo desejado. 
 
Fig. 2.19 - Esquema de controle elétrico do leme em malha 
fechada 
Funcionamento: Quando os cursores dos dois potenciômetros se encontram na posição 
central, a tensão entre as duas tomadas médias é nula: não há nenhum sinal de saída. Quando 
o timão é girado, o cursor S1 desloca-se da sua posição central, dando origem ao 
aparecimento de uma diferença de potencial entre S1 e S2. A amplitude desta diferença 
depende do afastamento de S1
 
em relação a S2. A fase da diferença de potencial depende, por 
sua vez, do sentido do deslocamento de S1. Quando S1
 
se desloca para a esquerda de S2, 
aproxima-se do terminal A da fonte de alimentação (CA) que serve de referência. Em 
conseqüência, a diferença de potencial entre S1 e S2 está em fase com a tensão entre o ponto 
A e B. Quando ocorre ao contrário, o deslocamento de S1 é para a direita de S2 e o cursor S1 
aproxima-se do terminal B da fonte de alimentação. A diferença de potencial está, então, 
defasada em relação à tensão entre A e B. 
 
Fig. 2.20 - Diagrama de blocos do controle do rumo do navio em malha fechada. 
2.3.6 Controle Automático de Processos Industriais 
Nos dias atuais, o controle automático de processos industriais é denominado de 
automação industrial e seus objetivos resumem-se a: 
 
- Manter os processos dentro de seus pontos operacionais mais eficientes; 
- Prevenir condições instáveis no processo; e 
- Facilitar a operação por meio do fácil acesso as informações. 
Qualquer que seja o processo industrial, a ação do controle ocorre sobre uma ou mais 
grandezas físicas (variáveis), com o objetivo de manipular a relação de entrada / saída de 
 
 86 
material ou de energia, de maneira que as variáveis do processo sejam mantidas dentro dos 
limites estabelecidos. 
Como sabemos, qualquer variável pode ter seu valor intencionalmente alterado, salvo 
aquelas em que há limitações práticas, como alguns dos fenômenos naturais. 
 
Por essa razão a ação de Controle, pode ser empregada para designaro ato de 
regular, dirigir uma variável de forma manual ou automática 
Quando uma parte, ou a totalidade das operações executadas pelo trabalhador, é 
realizada por um equipamento que funciona com um determinado tipo de energia (mecânica, 
pneumática, hidráulica ou elétrica), temos um controle automático. 
 
O controle automático (automação) envolve um conjunto de componentes físicos, 
conectados ou relacionados numa disposição que flexibilize os sinais processados 
por eles, controlar ou regular a si mesmos ou a outros sistemas. 
Nos sistemas de automação, não é necessária a presença do operador para que haja 
controle de uma determinada variável. A malha de controle é fechada mediante o sinal 
enviado pelo sensor para o comparador do controlador, ou seja, através de uma mensagem 
de realimentação (feedback). 
Exemplo: Na figura a seguir ilustramos um modelo de automação aplicado a uma caldeira. 
O sistema é 
operado por meio de 
controlador lógico 
programável (CLP) 
que executa a tarefa 
de controle sob a 
supervisão do 
operador. 
 
Fig. 2.21 - Sistema de automação de caldeira – Modelo Especialista 
Funcionamento: Observa-se que o operador não se preocupa com a operação da caldeira, a 
preocupação dele e analisar dados sobre o processo que não estão compatíveis com o 
desejado, visando fazer a manutenção (correção) dos elementos que estejam operando com 
defeitos. A operação é controlada pelo CLP mediante um programa desenvolvido para tal. 
2.3.7 Classificação dos Tipos de Controle Automático. 
Os sistemas de controle automático podem ser definidos ou classificados em função: 
a) do modo de controle ou forma de atuação: 
- manual; 
- remota; 
- autooperado; 
- automático; 
- local; 
- central; 
- distribuído; 
- avançado; e 
- otimizado 
 
 
 
 
87 
AUT 
b) da malha de controle: 
- malha aberta; 
- malha fechada; 
- sistema contínuo (on/off ou step controllers); e 
- sistema descontínuo (continuous controllers). 
c) da ação do controlador: 
- on-off (On-off); 
- proporcional; 
- integral; 
- derivativa; 
- proporcional + integral; e 
- proporcional + integral + derivativa. 
d) da tecnologia de controle: 
- mecânico ou direto: 
• sistema auto-operado; 
• sistema por servomecanismos; 
- analógico pneumático; 
- pneumático; 
- eletropneumático; 
- eletrohidráulico; 
- hidráulico; 
- elétrico: 
• sistema síncrono; 
• sistema por relé; 
- eletrônico analógico 
- eletrônico digital: 
• controle digital direto (DDC); 
• sistema digital de controle 
distribuidor (SDCD); 
• auto-sintonizado; 
• PROFIBUS; 
• FIELDBUS; e 
• Híbrido. 
 
e) da arquitetura do sistema de controle: 
- local (direto ou pneumático); 
- grupal (painel de controle); 
- central (painel de controle); 
 
- computadorizado: 
• supervisório; 
• controle digital direto.; 
• controle digital distribuído 
f) do padrão de comunicação: 
Refere-se ao protocolo de comunicação entre os elementos de controle de campo/chão 
de fábrica ou praça de máquinas e o controlador e/ou o computador na sala de controle: 
- sinal analógico de 4-20mA. 
- sinal digital: 
• FIELDBUS; 
• PROFIBUS; 
• Divice Net; 
• Modcom;. 
• WorldFIP; 
• INTERBUS; etc. 
g) da estratégia do controle: 
- retroalimentação (feedback); - cascata. 
- antecipação (feedforward); 
h) do tipo de sistema: 
- Auto-operado 
- servomecanismos; 
- sistema Síncrono; 
- sistema a 4 – 20mA; 
- computadorizado: 
- sistema PROFIBUS; 
- sistema FIELDBUS; 
- sistema Especialista; e 
- sistema Auto-sintonizado. 
 
 
 88 
 
Na unidade 4.0 vamos estudar os principais tipos de sistema de automação 
empregados nas plantas marítimas. 
2 . 3 .7 . 1 Co nt ro l e Au t o-o per ad o 
Um sistema de controle auto-operado obtém toda a energia necessária ao seu 
funcionamento do próprio meio controlado. Esses sistemas são largamente empregados no 
controle de pressão e nível de água de caldeira. 
Apresentam como principais vantagens a sua simplicidade de projeto, construção e 
operação. Como desvantagem, temos os seguintes problemas de estabilidade: 
- opera utilizando somente parte da capacidade total da válvula; e 
- não obtém linearidade de controle. 
A figura a seguir ilustra um sistema de controle da pressão de vapor no lado de 
descarga (jusante) da válvula. 
Funcionamento: Verificamos que, por meio de um 
tubo de pequeno diâmetro, que conecta a tubulação 
do lado de saída da válvula ao atuador da mesma, a 
pressão do fluido atua diretamente no diafragma do 
atuador da válvula. O ponto de ajuste (set-point) é 
mudado, atuando-se no parafuso externo de ajuste 
de pressão. Assim, enquanto a pressão do fluido 
empurra o diafragma da válvula para cima, a mola 
empurra-o no sentido contrário; conseqüentemente 
o posicionamento do obturador (plugue) será função 
da resultante dessas pressões que atuam no 
diafragma e das pressões que atuam no próprio 
obturador. Observamos que não há uma linearidade 
de controle, pois, à medida que a compressão da 
mola aumenta, sobe o valor da pressão necessária 
para posicionar o obturador da válvula. 
 
Fig. 2.22 - Sistema de controle auto-
operado 
2 . 3 .7 . 2 Au t o mat i za çã o 
Na Unidade 1 estudamos a evolução do controle automático, então tivemos a 
oportunidade de conhecermos algumas características da automatização, agora vamos estudar 
com mais detalhes esse modelo de controle. 
 
Lembre-se! O vocábulo automatização emprega-se para classificar os processos 
que envolvem componentes e ações de controle automático relacionadas à 
mecanização. 
Segundo Horta Santos: 
“o conceito de automatização está indissoluvelmente ligado à sugestão de 
movimento automático, repetitivo, mecânico e é, portanto, sinônimo de 
mecanização. E mecanismo implica ação cega, sem correção”. 
 Segundo a literatura técnica, originou-se da seguinte forma: 
“A palavra automatização resultou da aglutinação de automatic control and 
instrumentation.” 
 
 
 
89 
AUT 
Segundo o dicionário Aurélio: 
“automatização é o sistema automático pelo qual os mecanismos controlam 
seu próprio funcionamento, quase sem interferência do homem.” 
Até poucas décadas atrás, o comando e o controle de funcionamento de todas as 
máquinas e/ou de todos os equipamentos eram feitos por operadores humanos. Nessa forma, 
há uma associação da força e sincronismo da máquina com o pensamento do homem. A 
máquina ou o equipamento, não dispondo de quaisquer meios de informação, tem um 
comportamento que se repete uniformemente, indiferente às alterações do meio. A isso 
denominamos mecanização ou automatização. 
 
Na automatização, é o operador que, dispondo de informações sensoriais dos dados 
dos instrumentos de medida e de informações de várias ordens, introduz correções 
na atuação do sistema (máquinas ou equipamentos) de modo que sejam atingidas as 
condições desejadas. 
Na automatização, todos os movimentos das máquinas são rigorosamente 
sincronizados e cronometricamente repetidos, exigindo dos operários movimentos repetitivos e 
monótonos que servem a máquina dentro de rigorosos limites de tempo. O operador fica 
reduzido à condição de escravo da máquina, sem qualquer possibilidade de alterar o seu 
comportamento. 
 
É um trabalho com inúmeros casos de acidentes de trabalho com graves 
conseqüências para o trabalhador. 
 
Exemplo 1: Operação do torno mecânico. O 
torneiro comanda os movimentos do seu 
torno mecânico clássico de acordo com a 
forma desejada da peça que está fabricando, 
e em função das medidas que faz de vez em 
quando. Se deixar por conta do torno 
mecânico, este só poderá ir até a sua 
autodestruição. Neste caso, o operário é, de 
certo modo, senhor da máquina. Pode 
comandá-la e parar quando desejar.Fig. 2.23 - Torno mecânico da ROMI modelo 
tormax20 
Exemplo 2: A figura a seguir ilustra o controle 
automático simples ou mecanizado, do nível 
de água de uma cisterna, empregando uma 
válvula comandada por uma bóia mecânica. 
Operações: Todas as vezes que o nível de 
água baixar devido à demanda, a bóia move-
se (detecta) em função dessa mudança; O 
movimento da bóia abre a válvula, permitindo 
que a água entre no tanque até o nível se 
normalizar; Quando isso ocorre, a válvula 
volta à sua posição inicial; mas, se o consumo 
for contínuo, ela se mantém aberta. 
 
Fig. 2.24 - Automatização do controle do 
nível de água de uma cisterna. 
 
 90 
2 . 3 .7 . 3 Au t o ma çã o 
Recordando o que foi estudado no início do primeiro capítulo 
 
A Automação, dos dias atuais, toma por base as técnicas da eletrônica digital aliada 
ao desenvolvimento da informática, para desenvolver programas para um tipo 
especial de controlador manter as variáveis de um processo dentro de valores 
desejados. 
Exemplo: Controle automático de uma caldeira, conforme ilustrado na figura a seguir. 
 
Fig. 2.25 - Controle da Caldeira empregando um sistema supervisório com CLP. 
Funcionamento: Dois programas são desenvolvidos em determinadas linguagem de 
programação em um computador: um para o sistema supervisório gravado no computador do 
sistema e outro para ser inserido no CLP. Esse se encarrega de analisar as variáveis 
detectadas pelos sensores e enviadas pelos transmissores, caso alguma ultrapasse o valor 
desejado é emitido um sinal de correção, controlado pelo sistema supervisório. Os operadores 
acompanham e analisam a atuação do CLP, verificam a otimização dos processos e sugerem 
ou mesmo atuam nas correções dos valores do programa. 
“um sistema de automação comporta-se exatamente como um operador 
humano o qual, utilizando as informações sensoriais, pensa e executa a ação 
mais apropriada. Na automação, há auto-adaptação á condições diferentes 
de modo a que as ações do sistema de maquinismos conduzam a resultados 
ótimos. O órgão central de um sistema de automação é, na maior parte dos 
casos, o computador eletrônico.” Horta Santos 
 
2.4 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS PROCESSOS 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Conhecer as características básicas dos processos industriais (mudança 
de carga, inércia do processo, resistência, capacitância e tempo morto); 
Na implantação e operação de um sistema de controle automático se deve levar em 
consideração que cada processo apresenta, pelo menos, dois efeitos que devem ser 
analisados cuidadosamente: 
a) mudança na carga do processo, e 
b) inércia do processo. 
 
 
 
91 
AUT 
2.4.1 Mudança na Carga do Processo 
 
Carga de um processo - É a quantidade total de agente de controle exigida em um 
dado instante, para manter as condições de equilíbrio do processo. 
Exemplo: Controle automático eletrônico (Automação) da temperatura da água de um 
reservatório aquecido por vapor, ver figura a seguir. 
Funcionamento: A água fria passando pelo trocador de calor é continuamente aquecida com 
vapor (agente de controle). Esta ação requer uma certa quantidade de vapor, para manter a 
sua temperatura (variável controlada) no grau desejado (set-point), enquanto o produto estiver 
escoando a uma determinada velocidade. Um aumento no escoamento do produto (aumento 
de demanda) exige mais vapor, já um aumento na temperatura do produto na entrada do 
trocador de calor requer menos vapor. Estas situações representam mudanças de carga. 
Qualquer modificação 
na carga do processo exige 
uma correspondente 
modificação na ajustagem do 
elemento de controle final, a 
fim de manter o equilíbrio (a 
variável controlada permanecer 
no ponto prefixado, set-point). 
 
Fig. 2.26 - Controle da temperatura da água de um 
aquecedor a vapor. 
As modificações na carga do processo ocorrem devido os distúrbios do processo e 
estes podem ser de três tipos: distúrbios de alimentação, distúrbios de demanda e distúrbios de 
ponto de ajuste (set point). 
a) Distúrbios de alimentação - É uma mudança de energia ou de produto que ocorre 
na entrada do processo. No nosso exemplo a mudança pode ocorrer: na vazão e/ou 
na temperatura da água e na temperatura, na pressão e/ou na vazão de vapor. 
b) Distúrbios de demanda – É uma mudança de energia ou de produto que ocorre na 
saída do processo. No nosso exemplo é uma mudança na vazão da água aquecida 
(maior ou menor consumo). 
c) Distúrbios de ponto de ajuste – É uma alteração no valor/ponto estabelecido para 
que o processo fique estabilizado. No nosso exemplo, poderíamos desejar que 
água estabilizasse em 75º C. e por uma razão qualquer sofreu uma mudança para 
65º C.. São alterações difíceis para o sistema de controle pois, têm que atravessar 
o processo inteiro para serem medidas e controladas. 
 
A grandeza e a velocidade na mudança da carga do processo são fatores 
importantes para a instrumentação e os sistemas de controle. 
 
 92 
2.4.2 Inércia do Processo 
Em processos que envolvem modificações rápidas, a resposta dinâmica da variável 
controlada é uma característica importante. 
 
Inércia do processo - é o tempo que a variável controlada requer para alcançar um 
novo valor, ao ocorrer uma modificação na carga. 
Os processos têm a característica de atrasar as mudanças nos valores das variáveis. 
Essas ações são denominadas de atrasos de tempo do processo e são causados por três 
propriedades: resistência, capacitância e tempo morto. 
2 . 4 .2 . 1 Re s is t ên c ia 
São as partes do processo que resistem à transferência de energia ou de material. 
Exemplo 1: A inclusão de um poço em uma tubulação, para instalar o instrumento de medição 
da variável, aumenta em muito o atraso de tempo do elemento primário (sensor). Sempre que 
possível, recomenda-se evitar a utilização de qualquer dispositivo que diminua a velocidade de 
resposta do elemento primário. 
Exemplo 2: No medidor de temperatura tipo Bourdon, a resistência ao fluxo de fluído no tubo 
capilar provoca um atraso de tempo. Por essa razão se devem evitar grandes comprimentos de 
tubo capilar. 
Exemplo 3: Nos sistemas de comando/controle hidráulico ou pneumático também temos um 
atraso de tempo, provocado pela resistência ao fluxo de fluído na tubulação entre o elemento 
primário e o transmissor. Por essa razão, entre esses elementos a tubulação deve ser a mais 
curta possível. 
Exemplo 4: Nas válvulas de controle a inércia física e os atritos da haste, obturador e sede 
provocam atraso de tempo. Para diminuir esse problema é necessário manter o elemento final 
de controle em ótimas condições por meio de uma manutenção cuidadosa e utilizar 
posicionador. 
2 . 4 .2 . 2 Ca pa c i tâ nc i a 
Apesar da capacidade ser um termo familiar para medir a habilidade de um processo 
reter energia (unidade de quantidade), um fator mais importante é dada por sua capacitância. 
 
Capacitância é a medida de habilidade de um processo reter uma quantidade de 
energia ou material, por unidade de quantidade de alguma variável de referência. 
Em função de sua capacitância, os processos podem ser monocapacitivos ou 
multicapacitivos. Para distingui-los, analisam-se as curvas de reação do processo: 
a) monocapacitivo tem um gráfico cuja curva de reação é uma reta inclinada em um 
determinado ângulo; e 
b) multicapacitivo possui um gráfico cuja curva de reação é um “S”. 
 
 
 
93 
AUT 
Exemplo 1: A figura a seguir 
mostra dois tanques de 
formatos diferentes, mas com a 
mesma capacidade volumétrica 
(160 m3). 
 
 
Fig. 2.27 - Comparação entre capacitância e capacidade. 
Análise: Cada tanque possui capacitâncias diferente, baseada na altura do líquido. O tanque 
com oito metros (8m) de altura possuiuma capacitância volumétrica de líquido de 20m3 por 
metro de altura (160/8); ao passo que o tanque com quatro metros (4m) de altura apresenta 
uma capacitância de 40m3 por metro de altura (160/4). 
 
Deve-se, portanto, identificar sempre a capacitância com o tipo de energia ou com 
o tipo dos materiais envolvidos. 
Exemplo 1: A capacitância volumétrica do tubo capilar provoca um atraso de tempo 
considerável, que unido à resistência ao fluxo do fluido, forma o par RC. Assim, sempre que 
possível se deve evitar a aplicação de tubos capilares de grande comprimento. O mesmo 
acontece com os meios de transmissão hidráulicos ou pneumáticos. 
 
A capacitância térmica de um líquido é definida em termos de energia calorífica 
(Joule, calorias) exigida para elevar a temperatura do líquido por graus centígrados. 
Exemplo 2: A figura a seguir, ilustra um processo com elevada capacitância térmica. Trata-se 
de um reator de jaqueta vitrificado, ou aquecedor de jaqueta, com capacidade para 7.500 litros, 
utilizado para produzir uma variedade de produtos químicos. 
 
Fig. 2.28 - Processo com elevada capacitância térmica - Reator de jaqueta vitrificado. 
As principais características do processo são: 
1. agente de controle do processo (fluido): água doce; 
 
 94 
2. variável controlada: vazão (28 m3/h..) 
3. temperatura inicial do produto a ser fabricado: 10 - 27 °C. 
4. temperatura detectada do produto a ser fabricado (variável controlada): ? 
5. temperatura máxima do produto a ser fabricado : 143 °C. 
6. temperatura da água da jaqueta (set-point): - 155 °C. (variável controlada) 
7. aumento de temperatura por passe: ¯ 17 a 0°C. 
8. pressão de suprimento do vapor: 7 Kg/cm² a 170°C . (variável manipulada). 
Analise: É necessária uma malha de água temperada para que haja uma melhor flexibilidade 
de controle, evitando choques térmicos no revestimento de vidro do reator (martelamento e 
instabilidade). Uma válvula termostática do fabricante Hidro-Thermal Corporation modelo 
Hydroheater: K410ADX é empregada para fazer o controle. Por tratar-se de um processo que 
inicia com aquecimento, torna-se esotérmico requerendo, então, um resfriamento e que o 
controle seja feito em cascata. 
Funcionamento: O controlador mestre recebe o sinal de temperatura do produto fabricado, 
analisa e envia um sinal de correção para o controlador escravo de temperatura da água da 
jaqueta (camisa). Este controlador compara o sinal recebido do controlador mestre com o sinal 
do sensor de temperatura da água da jaqueta, enviando um sinal de correção para a válvula 
termostática (hydroheater). 
 
Lembre-se: capacitância é uma característica dinâmica do processo e capacidade 
é uma característica volumétrica do processo. 
2 . 4 .2 . 3 Te mp o Mo r to 
Também chamado tempo de transporte – é o atraso verificado entre a ocorrência de 
uma alteração no processo e a sua percepção pelo elemento de medição. O tempo morto 
ocorre no transporte de massa ou energia através de um dado percurso. O comprimento do 
percurso e a velocidade de propagação da massa ou da energia definem o tempo morto. 
2.5 ESTRATÉGIAS DE AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS 
Nesta subunidade, você deve adquirir a seguinte competência: 
 
Reconhecer as principais estratégias de automação dos processos industriais; 
A nossa indústria e os navios com plantas automatizadas na base de sistemas rígidos, 
com conexão ponto-a-ponto, encontravam, e ainda encontram, grandes dificuldades para 
atualizar os equipamentos de automação. Pois os fabricantes desenvolveram esses sistemas 
baseados em modelos de comunicação proprietário, em que buscavam reserva de mercado 
para seus produtos, de tal forma que muitos deles não se comunicam nem com os 
equipamentos produzidos pelo próprio fabricante. 
Essa estratégia não tem uma preocupação com a qualidade, a mobilidade e a estrutura 
da comunicação, fatores esses que são tão importantes na construção da fábrica ou do navio, 
ou dos equipamentos, quantos no treinamento dos empregados, para que a empresa se torne 
competitiva. 
 
 
 
95 
AUT 
Em uma Indústria ou em uma companhia de navegação atual, as pessoas envolvidas 
com o controle da planta/navio possuem objetivos distintos, mas, que estão perfeitamente 
sincronizados com o objetivo maior. Uma falha em qualquer uma das áreas compromete as 
metas estabelecidas. 
 
Seja qual for à estratégia de controle adotada, deve-se levar em consideração que as 
decisões devem ser rápidas para que os resultados financeiros sejam 
compensadores, pois há cada vez mais uma acirrada concorrência entre fabricantes e 
prestadores de serviço. 
Nestas condições, a comunicação torna-se um dos principais elementos do sistema, 
pois a disponibilidade, no momento certo, das informações adequadas da área de produção 
(chão-de-fábrica, praça de máquinas, passadiço, convés) permite desde o gerente 
(comandante, chefe de máquinas) até o operador (oficial de quarto) tomar as decisões 
apropriadas. Portanto, é preciso uma grande atenção com ela, pois quanto menor for o tempo 
de fabricação de um produto ou a execução de uma operação, maior será a possibilidade de 
levar vantagens sobre o concorrente. 
Assim, a produção industrial de nossos dias, aponta para a necessidade de um 
gerenciamento centralizado que interligue todos os subsistemas e assuma de modo integral 
o controle. A necessidade da centralização da informação obriga que os processos e suas 
instalações sejam totalmente automatizados e monitorados, assim como haja uma troca de 
informações entre as unidades funcionais, de maneira compreensiva. 
 
Para tanto, é necessário que o controle da planta seja distribuído e hierarquizado; 
seja instalado próximo do processo e que se comunique com o centro de supervisão 
e todos os setores envolvidos com a produção. 
Nos navios deve se 
comunicar com o passadiço, sala 
de operação, escritório do Chefe 
de Máquinas, camarote do Oficial 
de máquinas de serviço e outros 
locais importantes. 
Na sala de operação (CCM 
ou passadiço), o controle, a 
monitorização e a supervisão são 
feitos por meio de terminais 
computadorizados, conforme é 
ilustrado na figura acima. 
Atualmente, são empregados 
monitores coloridos, com tamanhos 
razoáveis, que mostram imagens 
dinâmicas do processo. 
 
Fig. 2.29 - Console de controle integrado de passadiço 
de navio 
O monitoramento constante permite não só visualizar as grandezas em operação 
normal e alterá-las, mas também detectar prematuramente falhas. 
 
 96 
Desta forma, nos dias atuais predomina sistemas flexíveis, nos quais com pequenos 
ajustes é possível substituir alguns dos equipamentos da malha de controle pelo de um outro 
fabricante. A flexibilização nos sistemas de comunicação é um dos principais requisitos para 
que haja uma ótima interação na automação de processos. 
As estratégias de controle podem ser: 
a) por antecipação (feedforward), também chamado antecipatório; 
b) por realimentação (feedback), também chamado regulatório; 
c) caracterizado; 
d) modelagem matemática; e 
e) otimização ou otimizado. 
2.5.1 Controle Antecipativo (Feedforward) 
 
O que é controle antecipativo ou feedforward? 
Esse modo de controle estabelece que se faça uma avaliação prévia da demanda de 
um produto, para que com o resultado da avaliação possamos agir nos ajustes do processo. 
Ou seja, caracteriza-se por oferecer uma correção no processo, antecipadamente, a fim de 
evitar um futuro desvio. 
 
No controle antecipativo, o distúrbio é medido e, baseado num valor de set-point 
para a variável controlada, é calculado o valor necessário para a variável 
manipulada de maneira a evitar que a variável controlada seja alterada 
Exemplo: Aquecimento de um ambiente, regulado por uma válvula termostática (ver figura a 
seguir). 
 
Fig. 2.30- Controle automático do aquecimento de um 
ambiente pelo método antecipativo. 
Fig. 2.31 - Válvula termostática 
Funcionamento: Estabelecemos o valor da temperatura ambiente que se deseja, por exemplo 
23°C, que corresponde o valor do set-point. Caso ha ja alguma perturbação, por exemplo à 
porta foi aberta mais vezes do que a calculada, ou ainda a temperatura externa caiu mais de 
20%, a temperatura no ambiente tenderá a ficar mais baixa. Para voltar ao valor do set-point 
será necessário ajustar a posição da válvula. 
 
 
 
97 
AUT 
É o conhecimento especial sobre o processo que limita a aplicação prática do controle 
por antecipação. Precisam ser bem conhecidos tanto os ganhos em regime estacionário quanto 
as constantes de tempo e os tempos mortos que apresentam o processo. Ou seja, no modo de 
atuação feedforward previne-se erros no processo. 
2.5.2 Controle Automático Descontínuo (on-off) 
O controle automático descontínuo emprega a estratégia de realimentação 
(feedback). Podemos defini-lo como o sistema de automação cujo sinal de saída do 
controlador apresenta apenas dois níveis: máximo e mínimo (alto e baixo). Por esta razão, 
também é conhecido como controle tudo ou nada, duas posições, liga–desliga e on-off. 
No modelo de controle descontinuo, pode ser empregado para emissão e recepção dos 
sinais de comunicação, elementos que utilizam energia pneumática, ou hidráulica, ou 
mecânica, ou elétrica, ou eletromecânica ou elementos eletrônicos ligados a computador. 
 
No dia-a-dia e na maioria das literaturas disponíveis emprega-se simplesmente o 
termo on-off para esse sistema ou para o controlador. Por essa razão, daqui a diante 
adotaremos a mesma postura 
 O sinal de saída de um controlador on-off é representado pela equação abaixo: 
 
Observa-se, pela equação, que o sinal de saída do controlador é mudado de ligada para 
desligada ou vice-versa, quando o sinal de erro passa pelo zero, ou seja, quando o sinal da 
variável controlada passa pelo set-point. 
Neste tipo, o elemento final de controle, que normalmente é uma válvula comandada 
por solenóide, move-se rapidamente da posição totalmente aberta para a posição totalmente 
fechada, ou vice-versa, sem posições intermediária. 
O controle on-off é utilizado na indústria para controlar malhas de menor importância, 
como os sistemas de: ar-comprimido, ar-condicionado, câmaras frigoríficas e de segurança. 
 
Os controladores on-off mais utilizados são: pressostato, termostato, fluxostato, 
chave de nível, chaves-limite e detectores de chama 
Características peculiares permitem classificar o sistema de controle on-off nos 
seguintes tipos: 
a. sem zona morta (sem histerese); 
b. com zona morta (com histerese); e 
c. com largura de pulso. 
Exemplo: A figura a seguir exemplifica um sistema de controle on-off de duas posições sem 
zona morta (histerese) e com o gráfico da ação do controle. 
 
 98 
 
Fig. 2.32 - Trocador de calor a vapor com controle on-off sem zona morta. 
2 . 5 .2 . 1 Co nt ro l e Au t omát ic o De sc ont í nu o (on -of f ) com Zo na Mo r ta 
Este modelo caracteriza-se por criar uma zona morta ou zona diferencial, utilizando-se 
de duas chaves-miniatura. Com a introdução da zona diferencial, a freqüência de oscilação 
diminui, diminuindo o desgaste do elemento final de controle; porém a amplitude de oscilação 
aumenta, piorando a qualidade do controle. 
 
Fig. 2.33 - Trocador de calor a vapor com controle on-off com zona morta. 
Neste tipo de controle, o elemento final de controle apresenta um tempo de comutação 
muito curto, exigindo uma alta velocidade de atuação. Por esta razão são empregados em 
processos que apresentam uma velocidade de reação lenta, uma vez que a quantidade de 
energia, entrando e saindo do processo, é ligeiramente superior e inferior respectivamente às 
necessidades operacionais. 
Também o controle on-off se caracteriza pela variável controlada oscilar continuamente 
dentro de uma faixa que tem como valor principal o set-point. Essas oscilações variam em 
amplitude e freqüência de acordo com as alterações de carga ocorridas no processo. 
 
 
 
99 
AUT 
Exemplo: Um sistema típico de controle 
on-off é o controle da pressão de um 
reservatório de ar comprimido ilustrado na 
figura a seguir. 
Esse controle é feito por um 
pressostato que aciona uma válvula 
solenóide. As perturbações aparecem em 
função da variação da descarga e da 
temperatura. O quadro a seguir identifica 
os elementos com suas principais 
características. 
 
Fig. 2.34 - Controle on-off do reservatório de ar. 
Elementos principais do sistema localizados no reservatório de ar. 
A - Reservatório metálico, alimentado com ar comprimido cuja pressão é constante e igual a 1,2 kg/cm². A 
descarga é contínua. 
B - Pressostato diferencial de 0,1 a 0,4 kg/cm² (faixa real de medição 0 a 4 kg/cm²), utilizado para comandar a 
válvula solenóide. 
C - Válvula solenóide, montada em série na rede de ar comprimido que alimenta o reservatório. 
D - Registrador de pressão (escala 0 a 1 kg/cm², velocidade do gráfico 1 mm/s). Permite registrar as variações 
da pressão (variável controlada) em função do tempo. 
E - Válvula de descarga (acionamento manual), pode ser usada para simular perturbações no processo. 
F - manômetro de Bourdon (escala de 0 a 1,6 kg/cm²); 
G - redutor de pressão; e 
H - interruptor bipolar. 
 
 
Como funciona o pressostato? 
 
 
Fig. 2.35 - Pressostato em corte. 
 
Fig. 2.36 - Esquema do pressostato. 
 
 
 100 
 
Funcionamento: A pressão a ser controlada P exerce uma força sobre o elemento 
elástico S (é um fole mas, pode ser um diafragma). Os movimentos do fole S são 
transmitidos para a alavanca L1 cujo apoio está em F1. A alavanca L1 está 
solidamente ligada a uma haste B, que comanda o comutador C. Quando a haste 
está na posição A’, os contatos 3 e 4 estão fechados; quando está na posição A, 
são os contatos 1 e 2 que estão fechados. As molas de aferição M1 e M2 estão em 
oposição com os movimentos do fole, de modo que a mudança dos contatos 
aconteça de acordo com os valores máximo (Pa) e mínimos (Pf) prefixados para a 
pressão. A tensão necessária das molas de calibração é obtida por meio dos 
respectivos parafusos V1 e V2, e os valores escolhidos são legíveis nas respectivas 
escalas S1 e S2, por meio dos ponteiros I1 e I2.. 
Atuando-se no parafuso V1, escolhe-se o valor da pressão que provocará o 
fechamento dos contatos 3 e 4. Atuando-se no parafuso V2, escolhe-se o valor da 
pressão que provocará a abertura dos contatos 3 e 4 e o fechamento dos contatos 1 
e 2, ou seja, o valor do diferencial de pressão (∆∆∆∆p). O valor da pressão de 
fechamento Pf é obtido, somando-se o valor definido com o parafuso V1 com o valor 
definido com o parafuso V2 . O limite R3 evita a ruptura do dispositivo de controle no 
caso da pressão atingir valores superiores aos máximos previstos. O limite superior 
da alavanca L1 é R1 
 
 
Atuação do pressostato quando variar a pressão (observe a figura do esquema 
do pressostato) - Quando a pressão é nula, os contatos 3 e 4 estão fechados. 
Quando houver um aumento de pressão P, o fole S se distende, elevando a 
extremidade direita da alavanca L1, ao mesmo tempo que a extremidade esquerda 
coloca a mola M1 sob tração. Antes que a alavanca L1 tenha descrito um ângulo 
capaz de provocar a mudança dos contatos, encosta na alavanca L2 vencendo 
também o momento da mola M2. Os contatos 3 e 4 abrem-se. Quando a pressão 
diminui, depois de ter atingido o ponto de fechamento, os contatos 3 e 4 
permanecem abertos até a alavanca L2 atingir o seu encosto limite R2, ou seja, os 
contatos 3 e 4 permanecem abertos durante todo o intervalo compreendido entre 0,8 
e 0,5 Kg/cm², fechando exatamente quando a pressãoatinge o valor de 0,5 Kg/cm. 
Válvula solenóide 
A válvula solenóide é alimentada com uma tensão elétrica de C.A. de 220 V., fornecida 
pelos contatos 3 e 4 do pressostato que estão em série com o circuito de alimentação. 
 
Fig. 2.37 - Válvula solenóide 
Funcionamento: Quando a solenóide é percorrida pela 
corrente, suas bobinas criam um campo magnético de 
excitação que atraem o núcleo (3), preso ao obturador da 
válvula, provocando a abertura da mesma e, 
conseqüentemente, permitindo a passagem de ar. No 
caso contrário, solenóide desalimentada, uma mola, não 
representada no desenho, mantém o obturador de 
encontro à sede, ou seja, a válvula permanece fechada. 
 
 
 
101 
AUT 
2 . 5 .2 . 2 Co nt ro l e De sco nt ín uo ( on -of f ) por Vá l vu l a Term ost á t ic a 
O ajuste da faixa de operação, ou melhor 
dizendo, dos limites máximos e mínimos são 
ajustados no termostato. 
Exemplo: Sistema de aquecimento de ar por meio 
de água quente. As duas figuras a seguir ilustram 
esse tipo de controle. 
 
Fig. 2.38 - Controle on-off, por meio de válvula 
termostática. 
 
Fig. 2.39 - Válvula termostática de 3 
vias em corte. 
 
 
Tarefa! Agora temos um desafio, identifique as partes da válvula termostática 
da figura a cima que estão numeradas. 
 
1- _________________________ 
2 –_________________________ 
3 –_________________________ 
4 –_________________________ 
5 –_________________________ 
6 –_________________________ 
7 –_________________________ 
8 –_________________________ 
9 –_________________________ 
10 –_________________________ 
11 –_________________________ 
12 –_________________________ 
13 –_________________________ 
14 –_________________________ 
15 _________________________ 
16 –_________________________ 
17 _________________________ 
 
2.5.3 Controle Automático Contínuo 
São os sistemas de controle automático em malha fechada, que apresentam um 
controlador capaz de manter a variável controlada dentro do valor desejado por meio de 
modulação contínua, ou seja, podendo assumir qualquer valor compreendido entre os limites 
máximo e mínimo. Também empregam a estratégia de controle por realimentação. 
Dependendo da forma como a informação de erro é processada, ou seja, da ação de 
controle, podemos dispor de um sistema de controle estático, dinâmico ou combinado, nos 
seguinte modos: 
 
 102 
a) controle proporciona [P] (estático); 
b) controle integral [I] (dinâmico); 
c) controle derivativo [D] (dinâmico) e; 
d) controle combinado [PID] (estático e dinâmico). 
2 . 5 .3 . 1 Co nt ro l e P ro por c io na l ( P ) 
O modo de controle proporcional pode ser considerado como uma evolução do modo de 
controle on-off. O sinal de saída (sinal de ação de controle) de um controlador proporcional 
pode assumir qualquer valor, desde que compreendido entre os limites máximo e mínimo, que 
depende das condições do processo. Esse valor é o resultado de uma relação matemática 
proporcional entre o sinal de saída (sinal de ação de controle ) do controlador e o erro 
verificado (desvio). 
 
A ação proporcional controla a amplitude da oscilação ou erro (desvio) e estabiliza a 
variável controlada próximo do set-point (valor desejado, ponto de ajuste, valor de 
referência ou variável de entrada), dentro de uma faixa predeterminada entre 0 % a 
100 %. (banda proporcional). 
Em outras palavras, a ação de controle proporcional é o ajuste de proporcionalidade 
entre a mudança da posição do elemento final de controle para determinada mudança da 
variável controlada. Isto se consegue mediante o controle do ganho do controlador. 
 
O erro é a diferença entre o set-point e o valor da variável controlada detectado (sinal 
de realimentação). 
 
 
E = SP – Vc 
 E = erro 
SP = valor da variável de entrada (set-point, ). 
Vc = valor da variável controlada. 
 
 
O ganho do controlador é a diferença entre o sinal que entra e o sinal que sai do 
controlador. O primeiro ajuste do controlador é o ganho e varia entre 0,2% a 20%. 
O termo ganho é oriundo do crescimento das análises técnicas para controle de 
processos. O ganho proporcional indica o quanto a posição da válvula é alterada para um 
dado erro. Portanto, mostra o quanto a válvula é sensível ao erro. Matematicamente Kp pode 
ser expresso como: 
 ∆∆∆∆S 
Kp = --------- 
 ∆∆∆∆R 
 
Kp = ganho proporcional; 
∆S = variação de saída da variável controlada; 
∆R = variação de entrada (referência). 
Exemplo: A figura a seguir mostra a curva de resposta de um controlador proporcional com 
diversos valores de ganho proporcional. 
 
 
 
 
103 
AUT 
 
Fig. 2.40 - Curvas de respostas de um controlador 
proporcional em função do ganho. 
Análise: Nota-se que, à medida que 
o ganho proporcional do controlador 
aumenta, o erro diminui e o sistema 
responde mais rapidamente às 
variações. 
Banda proporcional é um 
parâmetro ajustável que se 
estabelece dentro da faixa real; é a 
mudança requerida na entrada para 
produzir uma mudança de amplitude 
na saída, devido à ação do controle 
proporcional. Ou melhor: 
 
A banda proporcional é a faixa de erro da variável controlada, necessária para a 
válvula realizar o seu percurso completo. 
 
 100 % 
 BP % = --------- 
 Kp 
 
Kp = ganho proporcional 
BP = banda proporcional em percentagem 
 
 
- Faixa real são os valores compreendidos entre os limites máximos e mínimos que 
a variável controlada pode alcançar dentro do processo. 
- Quanto maior for o percentual da banda proporcional, menor é a mudança da 
posição da válvula quando ocorrer mudança na variável controlada; e 
- Quanto maior o percentual da banda proporcional menor é o ganho do controlador 
e vice-versa. 
 
 V (t) = Kp . E (t) + M A Posição da válvula (V) é igual ao ganho do controlador 
multiplicado pelo valor do erro somado a posição M da válvula. 
V = posição da válvula (saída do controlador). 
Kp = ganho proporcional (% / %). 
E = erro. 
M = abertura da válvula quando a variável controlada está no set-point. Ou saída do 
controlador quando o erro E(t) for zero. É freqüentemente chamada de reset manual. 
Quando um controlador é projetado com as características da ação proporcional, ele 
deve, pelo menos, conter estes dois ajustes, um para Kp e o outro para M. Por esta razão o 
controle torna-se mais complicado pela necessidade de saber qual o ajuste de Kp e M que 
melhor se adapta ao sistema. Não levaria muito tempo para que um o operador do processo 
descobrisse uma série de deficiências no controle proporcional. 
Características do Controle Proporcional. 
a) Modo de controle proporcional não contém nenhum elemento dinâmico, sua ação depende 
do valor do erro e independe de sua velocidade ou tempo de duração. 
 
 104 
b) Mudanças de cargas sucessivas 
provocarão o surgimento do erro de 
regime (off-set). A ação de 
controle proporcional apresenta 
um inconveniente que é de não 
corrigir o erro quando ele for 
constante. É necessário, de tempo 
em tempo (predeterminado), fazer 
um Reset manual. Para se analisar 
o surgimento do erro de regime, 
deve-se conhecer primeiro as 
diferentes fontes de distúrbios dos 
processos (a figura a seguir ilustra o 
erro de regime). 
 
Fig. 2.41 - Gráfico da resposta de um controlador 
com ação proporcional mostrando o erro 
de regime (off-set). 
c) Caso o valor do erro ultrapasse a faixa da banda proporcional, o sinal de saída saturará em 
0 % ou 100 %, dependendo do sinal do erro. Quando o erro está fixo, o sinal de saída do 
controlador proporcional não varia, porém se o erro estiver variando o sinal de saída 
também estará variando. 
 
Fig. 2.42 - Gráfico do controle proporcional em 
função davariável manipulada. 
d) O Ponto de ajuste (set point, valor 
desejado, variável de entrada ou 
valor de referência) sempre 
corresponde a 50% da variação total 
da banda proporcional, pois desta 
maneira o controlador terá condições 
de corrigir erros tanto acima como 
abaixo do valor desejado. 
 
Exemplo: A figura a seguir nos mostra um processo com controle proporcional, no qual se 
pretende elevar a temperatura da água, usando vapor. 
 
Fig. 2.43 - Automatização de um aquecedor de 
água a vapor. 
Funcionamento: Um sensor de detecta o 
valor da temperatura da água, na saída 
do aquecedor e produz um sinal 
analógico de 4-20mA (1-5VCD), 
correspondente ao sinal da variável 
controlada, situado entre 0°C a 100°C, o 
qual é enviado ao controlador. O 
controlador compara o sinal da variável 
controlada com o do set point e envia um 
sinal de saída, entre 3-15psi (0,206 - 
1,034 bar) ao elemento de controle final 
(válvula de controle pneumática). 
Em função do sinal de saída do controlador proporcional, o controle pode ser 
classificado de: 
 
 
 
105 
AUT 
1. Controlador proporcional de ação direta é aquele no qual o sinal de saída aumenta à 
medida que o sinal de entrada da variável controlada aumenta. 
2. Controlador proporcional de ação inversa é aquele no qual o sinal de saída diminui à 
medida que o sinal de entrada da variável controlada aumenta. 
2 . 5 .3 . 2 Co nt ro l e In t egr a l 
 
É a ação de controle cujo o sinal de saída varia em direção a um de seus extremos 
enquanto houver um desvio. 
Quando se emprega o modo integral de controle, temos uma relação linear entre o 
desvio verificado e a velocidade de aplicação da correção. Portanto, a direção do sinal de saída 
depende da direção do desvio, e a velocidade depende da amplitude do desvio e dos ajustes 
do controlador. 
A característica principal do controle integral é a ausência do erro de regime, pois a 
válvula de controle só cessará seu deslocamento quando a variável controlada retornar ao 
ponto desejado (set-point). 
O emprego do controle integral isolado não é usual, pois sua ação corretiva não é 
instantânea, sendo aplicada gradativamente. Costuma-se combinar as vantagens do controle 
proporcional (correção instantânea) com as do controle integral (ausência de erro de regime) 
em instrumentos conhecidos como “proporcional com reajuste” . 
2 . 5 .3 . 3 Co nt ro l e Der i va t i vo 
 
O modo de “ação derivativa” de controle aplica no sistema uma correção 
proporcional à velocidade de aumento do desvio verificado. A ação derivativa de 
controle, também é denominada de pré-ativa, antecipatória ou rate 
Se a posição do elemento final de controle estiver estabilizada em qualquer ponto, 
mesmo sendo uma posição diferente do set-point, o instrumento não reagirá. Tal característica 
impede que este modo de controle seja usado isoladamente. Por isso, esse modo de controle é 
especialmente usado em combinação com o “proporcional” (P+D) em processos que 
apresentem grandes retardos. 
 
Um sistema que tenha grandes retardos atinge muito mais rapidamente o equilíbrio 
após a ocorrência de um desvio quando seu controle incluir o modo de ação 
derivativa. 
2 . 5 .3 . 4 Co nt ro l e P ro por c io na l m ais I n te gra l ( P I ) 
Para eliminar o erro de off-set do controle proporcional sem o inconveniente do 
operador ter que compensar ou eliminar o erro através do reajuste manual, ou através da 
mudança da polarização, os fabricantes adicionam aos controladores proporcionais o modo de 
controle integral, que elimina o erro de off-set, automaticamente. 
A saída do modo integral é função da integral do erro, ou seja, a velocidade de correção 
do elemento final de controle é proporcional ao erro (E t). A saída de um controlador integral (I) 
é representada pela equação: 
 
 106 
 
 
Onde: 
Ti = Tempo integral (minutos para repetir). 
F = Constante de integração que corresponde 
ao valor percentual da saída do controlador 
antes da ocorrência do erro (E). 
A saída de um controlador proporcional mais integral (PI) é representada por: 
 
A saída do modo integral não varia instantaneamente com o surgimento do erro, mas o 
fato de o erro ser diferente de zero faz com que a saída do modo integral varie à medida que o 
tempo vai passando; esta variação só irá cessar quando o erro voltar a zero. 
 
Vê-se, então, que o modo proporcional será mais efetivo que o modo integral na 
resposta a rápidas variações de processo. 
O tempo necessário para que a ação integral ajuste a saída do mesmo valor da 
variação da ação proporcional é chamado tempo integral, (Ti). A ação integral irá repetir a 
correção da ação proporcional, a cada tempo integral; a unidade de Ti normalmente é dada em 
minutos para repetir (MPR). 
 Em alguns controladores, o ajuste do modo integral é expresso em repetições por 
minuto (rpm). Este termo é chamado de taxa de reajuste (1/Ti) e representa o número de 
vezes por minuto que o componente integral irá repetir a correção do componente proporcional. 
 
Matematicamente, a taxa de reajuste e o tempo integral são inversamente 
relacionados, ou seja: MPR = 1/ rpm. 
Tanto o conceito de taxa de reajuste como o de tempo integral são normalmente 
empregados. 
Exemplo: A figura a seguir ilustra a curva de resposta de um controlador proporcional mais 
integral (PI), com ganho proporcional (K) constante e com diversos valores de tempo integral 
(Ti), para um sistema de controle em malha fechada. 
 
Fig. 2.44 - Resposta de um controlador PI 
Análise: Nota-se que: 
a) para tempo integral grande, a 
resposta tem uma “cauda”, e a 
variável se aproxima do ponto de 
ajuste muito lentamente; 
b) para tempo integral curto, o excesso 
de correção faz com que a variável 
ultrapasse o ponto de ajuste e demora 
a estabilizar (oscila). 
 
 
 
107 
AUT 
Como para todos os valores de tempo integral (exceto Ti = ∞) o erro será eliminado. O 
ajuste do valor de tempo integral será função, basicamente, do ajuste do componente 
proporcional.. 
 
O valor do tempo integral a ser utilizado deverá ser tal que elimine o erro no 
menor tempo possível, sem afetar, significativamente, a taxa de amortecimento 
2 . 5 .3 . 5 Co nt ro l e P ro por c io na l m ais Der i va t ivo ( PD) 
Neste modo de ação de controle existe uma relação contínua e linear entre a velocidade 
de deslocamento da variável controlada e a posição do elemento final de controle. Em outras 
palavras, a quantidade de movimento da válvula é proporcional à velocidade de mudança da 
variável controlada. Quanto maior é a velocidade do desvio, maior é a amplitude da correção.. 
O sinal de saída da ação derivativa é função da derivada do erro E (t). Ou seja: 
 
O sinal de saída de um controlador com ação derivativa é proporcional à velocidade 
de variação da variável controlada. 
Já o sinal de saída de um controlador PD é calculado e representado pela seguinte 
equação: 
 
 
 
O ajuste do modo derivativo é o tempo derivativo (Td), normalmente expresso em 
minutos. Por definição, tempo derivativo é o tempo que a saída do modo 
proporcional leva para repetir a saída do modo derivativo. 
 
Exemplo: Na figura a seguir se mostra à curva de resposta de um controlador PD, com ganho 
proporcional (K) constante e com diversos valores de tempo derivativo (Td), para um sistema 
de controle em malha fechada. 
Análise: Nota-se que o aumento do tempo derivativo melhora a estabilidade do processo, 
embora se diminua a velocidade de resposta. Nota-se, também, que a ação derivativa não 
influencia no valor final do erro E (t). 
 
FIG. 2.45 - Resposta de um controlador PD 
Como a ação derivativa 
melhora a estabilidade do processo, 
devido à sua característica de se opor 
às variações, ao adicioná-laa um 
controlador proporcional, pode-se 
aumentar o ganho (K) sem afetar a 
estabilidade do sistema. 
 
 
 
 108 
2 . 5 .3 . 6 Co nt ro l e P I D 
O controlador PID (proporcional mais integral mais derivativo) combina as 
características de grande estabilidade do controlador proporcional mais derivativo e as 
eliminações do erro do controlador proporcional mais integral, em um único controlador. 
Os termos do controlador PID são os mesmos que os termos correspondentes nos 
controladores P+I e P+D. Assim, a saída do controlador proporcional mais integral mais 
derivativo ( PID ) é representada pela seguinte equação: 
 
 
Como o modo derivativo dificulta o procedimento de sintonização, o controlador PID 
deverá ser aplicado onde sua utilização melhora o desempenho do processo. 
Na figura a seguir, estão colocadas as curvas de resposta típicas dos controladores P, 
P+I e PID. Nota-se que, com a adição da ação integral, o erro E (t) foi eliminado, enquanto que 
com a adição da ação derivativa a estabilidade do processo melhorou sensivelmente. 
 
Fig. 2.46 - Resposta comparativa dos controladores P, PI e PID. 
2.6 TESTE DE AUTOAVALIAÇÃO DA UNIDADE 2 
 
ATENÇÃO! Esse é um momento importante no seu aprendizado. Resolva as 
questões proposta a seguir, caso tenha duvidas volte a estudar o conteúdo 
não entendido. 
11) Com respeito aos elementos do controle automático, analise as definições apresentadas. A 
seguir, escreva certo para as que estiverem corretas e corrija as que estiverem erradas. 
A _________ Negative deviation é o valor emitido pelo elemento de ajuste do set-point para 
ajuste do controlador. 
 
 
 
 
 
 
109 
AUT 
B _________ Variável de entrada, é o valor resultante da equação algébrica entre o valor 
desejado e o valor da variável controlada medido. 
 
 
 
C _________ Actuator, é a parte do elemento final de controle que recebe o sinal de 
acionamento do transdutor. 
 
 
 
12) Na automação do sistema de lubrificação do motor propulsor principal (MCP), quais são os 
elementos primários? 
 
 
 
13) Tomando como referência a automação do sistema de água de resfriamento dos motores 
geradores (MCAs), defina elemento final de controle. 
 
 
 
14) Diferencie variável controlada de variável manipulada. 
 
 
 
15) Compare malha aberta com malha fechada. 
 
 
 
16) Cite duas características de um sistema de controle automático antecipativo. 
 
 
17) Diferencie automatização de automação. 
 
 
 
 
UNIDADE 3 
 
 110 
33 INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE 
 
 
 
 
 
 
 
111 
AUT 
3.1 GENERALIDADES 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Reconhecer a terminologia aplicada à instrumentação de controle; 
- Entender os fundamentos técnicos da instrumentação de controle; e 
- Conhecer as características técnicas dos medidores e sensores das 
variáveis de controle. 
Em uma instalação industrial de terra ou marítima (navio, plataforma, etc), durante cada 
quarto de serviço é executada pelo operador, por meio manual ou de um computador 
(automação), a verificação e o controle das condições das diversas variáveis dos fluidos 
(temperatura, pressão, vazão (fluxo), viscosidade e o nível), assim como, o teor de umidade 
dos equipamentos, máquinas e ambientes, além da monitoração de incêndio. 
 
Fig. 3.1 - Sistema de circulação de água do mar e instrumentos de controle 
Por esta e outras razões, é que, neste capítulo, vamos estudar os indicadores e 
sensores utilizados para fazer a medição, a detecção, a transmissão e a monitoração das 
variáveis físicas envolvidas no sistema ou na malha de controle dos processos industriais de 
terra ou marítimos, em especial os instrumentos aplicados ao controle automático. Vamos 
conhecer a função que eles desempenham no controle de processos industriais de fabricação 
de produtos essenciais ao bem estar, conforto, segurança humana e nos transporte em 
especial nos navios. 
 
Os Instrumentos de medição são usados para informar as condições físicas, as 
propriedades químicas e a quantidade da substância, tão precisamente quanto 
necessários, a fim de alcançar as especificações definidas do produto. 
 
 112 
Essencialmente na indústria, a instrumentação de controle tornou possível se manter 
rigorosamente os valores das variáveis dentro de faixas críticas e com isso garantindo uma 
produção em massa com qualidade e preços acessíveis. 
Nos navios a cada ano que passa permite um controle mais apurado das variáveis dos 
diversos sistemas dando maior segurança às operações e a navegação. 
O instrumento medidor ou sistema de medição pode ser mecânico, pneumático, 
hidráulico, elétrico, eletrônico ou uma combinação de quaisquer duas ou mais formas básicas, 
como os eletromecânicos. Em uma malha de controle automático (automação), são definidos 
como sensores. Atualmente, os sensores mais usados se baseiam nos conhecimentos físicos 
das propriedades elétricas. 
Cada sistema de medição ou instrumento possui os dispositivos básicos ilustrados no 
diagrama de blocos da figura a seguir e definidos logo abaixo. 
 
Fig. 3.2 - Diagrama de bloco do sistema de medição. 
a) ELEMENTO PRIMÁRIO - Responsável por criar as condições da medição da variável 
pelo sensor. Na figura é representado por uma placa de orifício. 
b) DETECTOR - Detecta a variável monitorada e converte a magnitude do parâmetro para 
um sinal mecânico ou elétrico. 
c) CONVERSOR (Transdutor) - Converte o sinal de saída do detector para um sinal que 
pode ser usado pelos elementos de controle do processo. Se o sinal do detector poder 
ser usado diretamente, não é necessário o transdutor. 
d) AMPLIFICADOR - Aumenta a magnitude do sinal da variável detectada. 
e) INDICADOR - Mostra o valor (sinal) medido da variável do processo. 
Em muitos sistemas de medição as funções de medição (sensoras), de conversão ou 
amplificação, são estreitamente acopladas, de maneira que são especificadas como um todo, 
conforme foi demonstrado, na subunidade que estudamos normalização, em vez de 
individualmente, como vamos estudar. 
As diversidades de produtos encontrados no mercado possibilitam ao usuário dispor de 
dispositivos que utilizam combinações técnicas operacionais que satisfaçam requisitos 
específicos de determinados processos. O tipo de instrumento ou sistema de medição a ser 
empregado depende das variáveis a serem controladas ou medidas e da rapidez e precisão 
requerida. 
 
 
 
113 
AUT 
Com o emprego de complexo centro computadorizado de acionamento (CCM) e 
controle de processos (sistema supervisório), inclusive nos navios, é necessário que, para cada 
aplicação, deva haver uma compreensão clara e concisa da função de cada instrumento e de 
suas limitações. É essencial que sejam conhecidas à teoria, a operação funcional e as 
interações entre os componentes do processo a ser medido ou controlado. 
 
A utilidade de um instrumento em qualquer sistema de medição e controle depende 
de sua capacidade de ativar um dispositivo de controle e da segurança que apresenta 
para reproduzir a ativação do controle 
Tanto a precisão como a segurança de um instrumento dependem da sua construção e 
da capacidade de manter a sua calibração. Um instrumento descalibrado significa um conjunto 
de medidas casuais, e não um verdadeiro dispositivo de medição. Por estas razões é que 
existem os padrões de calibração de instrumentos, assunto estudado em curso específico para 
instrumentistas. 
3.2 TERMINOLOGIA TÉCNICA DA INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
A terminologia empregada é padronizada, a fim de que os fabricantes, os usuários e os 
organismos ou entidades que atuam no campo da instrumentação industrial empreguem a 
mesmalinguagem. A Scientific Apparatus Makers Association (SAMA), pela sua norma PMC 
20, define os termos relacionados e ilustrados na figura a seguir. 
 
Fig. 3.3 - Terminologia técnica dos instrumentos de controle. 
1) Faixa de medida, Alcance (Range) – É a região existente entre os limites superiores e 
inferiores da capacidade de medida do instrumento nos quais mostra o conjunto de valores 
da variável medida. É expresso, mostrando os valores extremos. Na figura 3.3, temos 
como exemplo: range = 100 - 300°°°°C. 
2) Amplitude (span) – É a diferença algébrica entre os valores superiores e inferiores da faixa 
de medida do instrumento. No exemplo da figura citada, seu valor é 200°°°°C. 
 
 114 
3) Variável Medida (Measured Variable) – É o termo utilizado para descrever a quantidade, 
propriedade ou condições medida. Observa-se, que nos instrumentos a escala nem sempre 
começa com o valor zero da variável medida., por esse motivo, temos escala de zero 
suprimido e escala de zero elevado. 
4) Escala de Zero Suprimido (Suppressed Zero ) – É uma escala na qual o valor de zero da 
variável medida é menor que o valor inferior do alcance (Range). 
5) Escala de Zero Elevado ( Elevated Zero) - É uma escala na qual o valor de zero da variável 
medida é maior que o valor inferior do alcance (Range). 
6) Erro (erro) – É a diferença algébrica entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento e o 
valor real da variável medida. Devido as características dos processos devemos considerar 
3 tipos de erros: 
� Erro estático, ocorre quando o processo está em condições de regime permanente; 
� erro dinâmico, existi em maior ou menor grau quando as condições do processo 
forem dinâmicas. 
 
Em condições dinâmicas, o erro varia consideravelmente porque os instrumentos 
têm características comuns aos sistemas físicos, ou seja, ao absorver a energia do 
processo, o instrumento requer um certo tempo para transmitir a variável medida, 
isto provoca um atraso na leitura do medidor. O erro dinâmico é o resultado da 
diferença entre o valor instantâneo da variável e o indicado pelo instrumento. O seu 
valor depende do tipo de fluido do processo, de sua velocidade, do elemento 
primário (sensor), dos meios de proteção, etc. 
� O erro médio do instrumento é a média aritmética dos erros em cada ponto medido, 
e determinada por todos os valores crescentes e decrescentes da variável medida. 
7) Precisão (accuracy) – Por definição, o sinal de saída de um instrumento é comparado a um 
valor padrão para se determinar se ele está funcionando da maneira requerida. Portanto, 
“precisão” significa PRECISÃO DE REFERÊNCIA. 
� Precisão de referência é a tolerância da medida ou de transmissão do instrumento 
e define os limites que os erros não devem exceder, quando o instrumento é 
empregado em condições normais de serviço. 
� Há várias formas para expressar a precisão, tomando como referência a figura 3.3 
teremos os seguintes valores: 
a) Em x % da Amplitude ( Span.) 
Exemplo: para uma leitura de 150°C e uma precisão de ± 0,5 %, o valor real da temperatura 
estará compreendido entre 150 ± 0,5 % x 200/100 = 150 ± 1, ou seja, podendo ser 149°°°°C ou 
151°°°°C. 
b) Diretamente em unidade da variável medida. 
Exemplo: Precisão de ± 1°C. 
c) Em x % da leitura efetuada. 
Exemplo: Precisão de ± 1% de 150°C, ou seja ± 1,5°C. 
d) Em x % do valor máximo da faixa de medida (Ranger). 
Exemplo: Precisão de ± 0,5 % de 300°C, ou seja, = ± 1,5°C. 
 
 
 
115 
AUT 
e) Em x % do comprimento da escala. 
Exemplo: Se o comprimento da escala do instrumento da figura 3.3 é 150 mm, a precisão de ± 
0,5 % representará ± 0,75 mm da escala. 
 
A precisão varia em cada ponto da faixa de medida do instrumento, por mais que o 
fabricante especifique em um todo. Algumas vezes é indicado seu valor em uma zona 
da escala 
Exemplo: Um manômetro pode ter uma precisão de ± 1 % em toda a escala e de ± 0,5 % na 
zona central. 
 
Quando se deseja obter a máxima precisão do instrumento em um ponto 
determinado da escala, pode-se calibrar unicamente para este ponto de trabalho, sem 
considerar os valores restantes da faixa de medida 
Exemplo: Um termômetro de 0-150°C e de ± 1 % de precisão situado em um plano de 
temperatura constante a 80° C, pode ser calibrado a este valor, de modo que a sua precisão 
neste ponto de trabalho é a máxima que se pode obter com um termômetro padrão. 
 
Muitas das vezes há uma diferença entre os valores de precisão de um instrumento 
definido pela calibração do fabricante e da calibração de inspeção dos instrumentos 
dos usuários. Essa diferença é uma margem de segurança para compensar os erros 
de apreciação das pessoas que efetuam a calibração, das diferentes precisões dos 
instrumentos de medidas utilizados. As possíveis alterações se devem ao 
deslocamento do instrumento de um ponto ao outro, dos efeitos ambientais e do 
envelhecimento 
Exemplo: Um instrumento que na fábrica tem uma precisão de calibração de ± 0,8 %, e na 
inspeção corresponde a ± 0,9 % é fornecido ao usuário ± 1 %. 
8) Zona morta ou banda morta (dead zone ou dead band) – É a faixa de valores da variável 
que não provoca variação da indicação ou sinal de saída do instrumento, ou seja, que não 
produz uma resposta. É dado em tantos porcento (x %) da amplitude. 
 
Para se determinar à banda morta de um instrumento, procede-se da seguinte 
maneira: aumenta-se lentamente o sinal de entrada do instrumento até que se 
observe uma mudança na saída, e registra-se esse valor; diminui-se lentamente o 
sinal de entrada até que se observe novamente uma mudança no sinal de saída, 
registra-se esse novo valor. A diferença entre esses dois valores é a banda morta. 
Essa medição deve ser feita várias vezes para se ter à garantia de que foi 
determinado um valor correto, assim como se deve fazê-lo em vários pontos para se 
obter a banda morta máxima 
Exemplo: O instrumento da figura 3.3 é de ± 0,1 %. Aplicando-se a equação, o valor calculado, 
em graus, é: 0,1 x 200/100 = ± 0,2 °C. 
9) Sensibilidade (sensitivity) – É a razão entre a mudança na magnitude de saída e a 
mudança do sinal de entrada da variável medida. É uma relação que determina quanto 
deve mudar a variável de entrada para produzir alguma mudança na magnitude de saída, 
depois de ter alcançado o estado de repouso. É dada em x % da amplitude. Não se deve 
confundir a sensibilidade com a zona morta, são termos distintos. 
Exemplo: Se a sensibilidade do instrumento de temperatura da figura 3.3 é de ± 0,05 %, seu 
valor será de 0,05 x 200/100 = ± 0,1 °C. 
 
 116 
10) Repetibilidade (repeatibility) – É a 
capacidade de reprodução das posições 
do ponteiro ou índice do instrumento ao 
medir repetidamente valores idênticos da 
variável nas mesmas condições de 
serviço e no mesmo sentido de variação, 
percorrendo toda a faixa. Normalmente se 
considera seu valor máximo 
(Repetibilidade máxima) em x % da 
amplitude (SPAN). 
 
Fig. 3.4 - Gráfico de repetibilidade 
11) Histereses (histeresis) – É a diferença máxima que se observa nos valores indicados 
pelo índice ou pelo ponteiro do instrumento para o mesmo valor, qualquer que seja a faixa 
de medida, quando a variável percorre toda a escala nos dois sentidos, ascendente e 
descendente. Expressa-se em x % da amplitude. 
Exemplo: No instrumento da figura 3.3 é de ± 0,3 %, então, seu valor será de: 
 ± 0,3 de 200°C = ± 0,6°C. 
3.2.1 Segurança Intrínseca 
 É uma das técnicas de proteção que podem ser empregadas em equipamentos 
elétricos utilizados em áreas classificadas. O objetivo é assegurar que o equipamento elétrico 
não se constitua em uma possível fonte de ignição de uma atmosfera potencialmente 
explosiva, presente na planta. Em outras palavras: 
“O objetivo é limitar a energia, nos circuitos do equipamento elétrico,em 
níveis tais que, mesmo na ocorrência de centelhamentos, a energia 
disponível na centelha não é suficiente para causar a ignição de uma 
atmosfera explosiva.” Giovanni Hummel Borges, 1999. 
 As principais técnicas empregadas são: 
a) invólucro à prova de explosão; 
b) emprego de materiais com isolamento reforçado, distância de isolação e 
escoamento; e 
c) manter equipamentos pressurizados com ar limpo ou gás inerte. 
Conforme norma do IEC (Comissão Internacional de Eletrotécnica), as simbologias 
empregadas são: 
 
Ex ib – que se refere aos produtos projetados para garantir a segurança intrínseca, 
mesmo na ocorrência de uma falha qualquer. 
Ex ia – que se refere aos produtos projetados para garantir a segurança intrínseca, 
mesmo na ocorrência de duas falha quaisquer. 
Os peritos advertem que não adianta o emprego de equipamentos associados e 
dispositivos de campo certificados, se não forem observados os critérios normalizados de 
 
 
 
117 
AUT 
interconexão, principalmente o tipo de cabo empregado, a disposição das malhas existentes 
por uma mesma bandeja e por um mesmo cabo multipolar. 
3.2.2 Unidades Fundamentais. 
Diversos trabalhos científicos e de engenharia são baseados nas medições exatas das 
quantidades físicas. A medição é simplesmente uma comparação com uma quantidade 
definida por um padrão de medidas de dimensões chamada de “unidade de medida”. 
Compete ao Bureau Internacional de Pesos e Medida, estabelecido em Paris, e 
fundado em 1875, tratar dos acordos internacionais sobre padrões de medida a ser adotado. 
As quantidades físicas, segundo o sistema internacional S.I. (Le Système Internationaal 
d´Únités” podem ser expressas pelas seguintes unidades fundamentais: 
GRANDEZAS UNIDADE SÍMBOLO 
a) Comprimento Metro m 
b) Massa Quilograma kg 
c) Tempo Segundo s 
d) Corrente Elétrica Ampère A 
e) Temperatura Termodinâmica Kelvin K 
f) Quantidade de Substância Mol mol 
g) Intensidade Luminosa Candela cd 
TABELA 3.1 – UNIDADES FUNDAMENTAIS 
As outras unidades de medidas físicas são derivadas dessas unidades. Exemplo: 
a) A área é o produto de dois comprimentos (m²); 
b) O volume é o produto de três comprimentos (m³); 
c) A velocidade é a razão da distância pelo tempo (m/s). 
Os outros sistemas de unidades de medidas utilizados são: 
1) Sistema MKS – ( metro, quilograma e segundos); 
2) Sistema CGC – (centímetro, grama e segundo); 
3) Sistema BTU (inglês) – (foot, pound e second) ou (inches, psi e second). 
Devido à dificuldade de se expressar propriedades físicas que demandam números 
muito grandes a 14ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas, recomendou adotar por 
conveniência os prefixos mostrados na TABELA 3.2. 
PREFIXO FATOR SÍMBOLO PREFIXO FATOR SÍMBOLO 
Deca- 101 da Deci- 10-1 d 
Hecto- 10² h Centi- 10-² c 
Kilo- 103 k Milli- 10-3 m 
Mega- 106 M Micro- 10-6 µ 
 
 118 
Giga- 109 G Nano- 10-9 n 
Tera- 1012 T Pico- 10-12 p 
Peta- 1015 P Femto- 10-15 f 
Exa- 1018 E Atto- 10-18 a 
TABELA 3.2 – PREFIXOS DO SISTEMA MÉTRICO 
A existência de diferentes conjuntos fundamentais de unidades de medição contribui 
para uma considerável confusão em muitos cálculos. O padrão internacional adotado no Brasil 
pela ANBT é o sistema MKS. Porém, devido o poder econômico da Inglaterra e dos E.U., o 
sistema Inglês ainda é muito usado por fabricantes. Por esse motivo, elaboramos a TABELA 
3.3, com a finalidade de facilitar a conversão de unidades. 
COMPRIMENTO 
UNIDADES cm. m. Km. in. ft. 
1 centímetro 
1 metro 
1 quilômetro 
1 polegada in 
1 pé (ft.) 
1 
100 
105 
2,540 
30,48 
10-2 
1 
1000 
2,54 x 10-2 
0,3048 
10-5 
10-3 
1 
2,54 x 10-5 
3,048 x 10-4 
0,3937 
39,37 
3,937 x104 
1 
12 
3,281 x 10-2 
3,281 
3.281 
8,333 x 10-2 
1 milha marítima = 1.852 metros = 1,1508 milhas terrestres = 6.076,10 ft 
TABELA 3.3 – CONVERSÃO DE UNIDADES COMUNS DE COMPRIMENTRO 
 
O padrão de massa do SI é um cilindro feito com uma liga de platina iridiada, 
guardado no Bureau Internacional de Pesos e Medida, próximo de Paris, e 
designado, por acordo internacional, como sendo a massa de um quilograma. Existe 
uma reprodução fiel desse padrão de massa nos E.U.A. denominado de 
“quilograma padrão n.º 20 ”. 
 
MASSA 
UNIDADES gm. kg. oz . lb. 
1 grama 
1 qu i lograma 
1 onça 
1 l ib ra 
1 
1000 
28,35 
453,6 
0 ,001 
1 
2 ,835 x 10-2 
0,4536 
3,527 x 10-2 
35,27 
1 
16 
2 ,205 x 10-3 
2 ,205 
6,250 x 10-2 
1 
TABELA 3.4 – CONVERSÃO DE UNIDADES COMUNS DE MASSA 
TEMPO 
UNIDADES dia h. Min. sec. 
1 dia 
1 hora 
1 minuto 
1 segundo 
1 
4,167 x 10-2 
6,944 x 10-4 
1,157 x 10-5 
24 
1 
1,667 x10-2 
2,778 x 10-4 
1440 
60 
1 
1,667 x 10-2 
8,640 x 104 
3600 
60 
1 
TABELA 3.5 - CONVERSÃO DE UNIDADES COMUNS DE TEMPO 
 
 
 
119 
AUT 
3.3 MEDIDORES DE PRESSÃO 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Compreender o funcionamento dos medidores de pressão; 
- Entender os fundamentos técnicos da instrumentação de controle de 
pressão; e 
- Reconhecer as características dos instrumentos indicadores e sensores de 
pressão. 
A medição da pressão ou vácuo é muito importante a bordo dos navios e na indústria de 
um modo geral. Pois na maioria das vezes o controle pela medição da pressão é muito mais 
eficiente do que pela medição da temperatura. Em alguns processos, uma mudança de meio 
grau de temperatura poderá causar uma mudança muito grande na pressão de fluido. 
Há uma infinidade de aplicação dos medidores de pressão. Entre essas podemos citar: 
a) processo moderno de síntese no campo da química e dos plásticos, que operam sobre 
pressões extremamente elevadas; 
b) eletrodeposição de metais, que é feita sobre alto vácuo; 
c) processos na indústria de alimentação, que operam sobre pressões elevadas para reduzir 
o tempo de cozimento; 
d) evaporadores, que são mais eficientes quando trabalham sob condições de alto vácuo; 
e) processos de lançamento de foguetes e mísseis, que exigem medições de pressão e vácuo; 
f) torres de destilação, que exigem medição e controle de pressão absoluta com valores 
exatos; 
g) nos navios; temos medição da pressão da caldeira, vácuo das bombas, pressão de injeção 
de combustível, pressão do ar de lavagem, pressão de óleo lubrificante dos motores; etc. 
Os princípios usados na medição de pressão também são aplicados em medições de 
temperatura, vazão e nível de líquido. Normalmente, o que o instrumento detecta e indica é a 
pressão diferencial, que é de grande interesse numa variedade de controle e monitoramento 
de processos. No entanto, esses instrumentos podem também ser empregado para deduzir os 
valores de outras variáveis associadas a gases e líquidos, como é o caso de medidores de 
vazão (fluxo), os quais serão estudados mais adiante. 
No estudo dos medidores e sensores das variáveis físicas dos processos industriais, é 
essencial conhecermos: 
1) os princípios físicos que o instrumento foi concebido; 
2) os princípios gerais de operação; 
3) os tipos de instrumentos; 
4) os princípios de instalação; 
5) como os instrumentos devem ser mantidos para se obter o melhor desempenho; e 
6) como são calibrados. 
 
 120 
3.3.1 Definição de Pressão 
Quando um objeto esta em contato com outro, pode-se dizer que o primeiro exerce uma 
pressão sobre o segundo. Então, a pressão é simplesmente a aplicação de força a algo, por 
outra coisa que esta em contato direto com esse algo. Essa relação pode ser equacionada da 
seguinte forma: 
 
A força devido a pressão sobre uma superfície é igual à pressão multiplicada pela 
área superficial. 
 
F = P x A Onde: F = força; P = pressão; e A = área 
Exemplos: nas figuras a seguir podemos observar a pressão,melhor dizendo, a força 
exercida. 
 
Fig. 3.5 - Pressão do lápis sobre a 
mesa 
 
Fig. 3.6 - Pressão exercida por pancadas sobre 
uma chapa de chumbo 
 
 
Fig. 3.7 - Pressão do fluido nas paredes do 
vaso do Carneiro Hidráulico 
Com esse entendimento, podemos 
dizer de forma simples que: 
� a pressão é uma quantidade 
derivada da unidade de força; e 
� Pressão é uma força exercida 
sobre uma dada área. 
Antes de se definir pressão em 
termos mais exatos é necessário rever o 
conceito de força. 
A Primeira Lei de Movimento de Newton estabelece que: 
 
Todo corpo permanece em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em 
linha reta, salvo que seja obrigado a mudar o dito estado por forças exercidas 
sobre ele. 
Em outras palavras, um corpo em repouso permanece em repouso e um corpo em 
movimento permanece em movimento a uma velocidade constante, salvo que algo lhe 
influencie. Esse “algo” é a força. 
 
Força é toda causa capaz de produzir ou modificar o estado de movimento ou de 
repouso dos corpos ou de lhes alterar a forma. Observe as figuras a seguir. 
 
 
 
 
121 
AUT 
 
 
Força do vento (energia 
eólica) 
 
 
Força da água na barragem 
 
Força do ar 
 
Força do fluido 
Fig. 3.8 - Tipos de forças 
A pressão é 
medida em unidades 
de força por unidades 
de área. Essa força 
pode estar aplicada a 
um ponto de uma 
superfície ou distribuída 
sobre a mesma. 
A figura a seguir 
ilustra essa teoria. 
 
Fig. 3.9 - Definição da Pressão 
Unidades da Pressão 
Provavelmente você já estudou as unidades de pressão, mas, vamos relembrar. No 
Sistema Internacional (S.I.) é recomendado que seja empregada Pascal (Pa) ou Newton (N). 
Na prática das atividades tecnológicas outras unidades são utilizadas, sendo as 
principais especificadas na tabela a seguir, tomando-se como base a pressão atmosférica 
normal ao nível do mar na temperatura de 0º C.: 
UNIDADES SIMBOLOGIA RELAÇÕES 
Newton por metro quadrado N/m2 
Pascal Pa 1 Pa = 1 N/m² 
Bar bar 1 bar = 10 5 N/m2 
Kilograma força kgf/cm² 1 kgf/cm² = 14,2 libra/pol² 
 
 122 
Atmosfera atm 1 atm = 1,01 x 105 N/m² 
1 atm ≅ 1 kgf/cm² 
1 atm = 760 mmHg. 
Milímetro de mercúrio mmHg 1 mmHg = 133 N/m² 
Centímetro de mercúrio cmHg 1 cmHg = 1,033 N/m² 
 Pressão com relação aos líquidos (hidrostática) 
O Princípio de Stevin é considerado o Princípio Fundamental da Hidrostática, e define que: 
 
“A diferença de pressão entre dois pontos do mesmo líquido é igual ao produto da 
massa específica (também chamada de densidade) pelo módulo da aceleração da 
gravidade local e pela diferença de profundidade entre os pontos considerados”. 
A figura a seguir ilustra a medição da pressão diferencial de um fluido com um tubo em U a 
partir da equação de Stevin. Quando estudarmos os medidores de vazão veremos que a 
densidade também tem como símbolo a letra grega ρ. 
 
Fig. 3.10 - Diferencial de Pressão nos líquidos 
A partir do princípio de Stevin pode-se concluir que: 
• Pontos situados em um mesmo líquido e na mesma horizontal ficam sujeitos a 
mesma pressão; 
• a pressão aumenta com o aumento da profundidade; e 
• a superfície livre dos líquidos em equilíbrio é horizontal. 
 
Antes de prosseguirmos, lembramos que é importante que você faça uma revisão 
sobre o estudo da pressão no ponto de vista da física clássica da hidrostática. 
3.3.2 Escala de Pressão 
As medidas de pressão estendem-se desde valores muito baixos, que são considerados 
vácuos, até milhares de toneladas. A figura a seguir, mostra a relação de diversos tipos de 
pressão e as respectivas faixas de medição (escalas). 
São três as escalas para a medição da pressão: 
1. Escala de pressão manométrica, onde o ponto zero é a pressão atmosférica; 
2. Escala de pressão absoluta, onde o ponto zero corresponde ao ponto zero 
absoluto; e 
 
 
 
123 
AUT 
3. Escala de vácuo, onde se ponto zero corresponde ao ponto de pressão 
atmosférica e o ponto máximo no ponto do zero absoluto. Ou seja, a escala de 
vácuo é usada para indicar pressão manométrica negativa. 
A diferença entre a escala de pressão manométrica e a escala absoluta é a localização 
do ponto zero. 
 
Fig. 3.11 - Escalas de pressão e instrumento de medição 
As medidas de pressão estendem-se desde valores muito baixos, que são considerados 
vácuos, até milhares de toneladas. A seguir, serão definidas as principais escalas de pressão 
Pressão Atmosférica 
A Terra é circundada por uma camada de ar com cerca de 80 Km de altura ou mais. 
Como o ar tem peso, exerce sobre cada cm². de área da Terra uma certa pressão. Esta 
pressão é chamada pressão atmosférica e é medida em um barômetro. 
Mas a camada de ar está em constante movimentação e durante as horas do dia está 
sujeita a temperaturas diferentes. Vento e correntes provocam acumulação da massa de ar em 
certas partes, rarefazendo a atmosfera em outras partes. Além disso, quando subimos numa 
montanha, a espessura da camada sobre nós é menor que a espessura que temos quando 
estamos ao nível do mar. Daí, concluímos que: 
 
a pressão atmosférica não é constante. Varia com a temperatura, com a altitude, com 
o vento, etc. 
Realmente, pesquisas científicas mostraram que para cada 100 m de altitude que 
subimos acima do nível do mar a temperatura desce 0,65°C e a pressão cai, 
aproximadamente, segundo a fórmula: 
P = P0 (1 – 0,00002254 * h) 5,256 h = altitude em metro 
P0 = pressão atmosférica ao nível do mar. 
A partir de 11.000 m, outros fatores começam a influir, de forma que podemos esperar 
variações diferentes daquelas experimentadas nas altitudes mais baixas. 
 
A pressão atmosférica é a pressão exercida por uma coluna de ar de altura igual à 
espessura da camada sobre a superfície de 1 cm² ao nível do mar. Equivale a 1, 033 
N/cm², aproximadamente 760 mmHg. 
 
 
 124 
Pressões Absoluta 
Subtende-se por pressão absoluta a pressão total ou efetiva de um fluido, ou seja, é a 
soma das pressões relativas e atmosféricas. 
Pressão Manométrica ou Relativa 
É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de 
referência, ou seja, é a pressão indicada por um manômetro. 
 
MANÔMETRO (Gr. manós, pouco denso + métron, medida), é o nome genérico dos 
instrumentos ou dispositivos medidores de pressão. Estes podem ser mecânicos, 
eletromecânicos, elétricos ou eletrônicos. 
A figura a seguir ilustra um instrumento indicador de pressão. 
 
Fig. 3.12 - Manômetro de mostrador 
redondo com 3 escalas. 
É importante compreender que os 
manômetros são calibrados para ler zero de 
pressão atmosférica e que esses instrumentos 
não medem a pressão total ou efetiva do fluido 
num reservatório ou numa tubulação; o que eles 
medem é a diferença de pressão entre a 
pressão total do fluido e a pressão 
atmosférica. 
No processo de medição da pressão, 
freqüentemente utilizam-se termos como medidor, 
sensor, transdutor e transmissor de pressões. 
O termo medidor de pressão refere-se 
usualmente a um indicador que converte a 
pressão detectada, num movimento mecânico de 
um ponteiro. 
Um transdutor de pressão pode combinar o elemento primário de um medidor com um 
conversor mecânico/eléctrico ou mecânico/pneumático e um fornecimento de potência. 
Um transmissor de pressão é um “pacote” padronizado (estandardizado) de medição 
de pressão que consiste em três componentes básicos: um transdutor, seu fornecimento de 
potência e um condicionador/retransmissor de sinal que converte o sinal do transdutor numa 
saída (output) padronizada. Ele podem usar sinais pneumáticos (3-15 psig), elétricos (4-20mA) 
ou ainda eletrônicos digitais (1-5v). 
A bordo dos navios são encontrados nas descargas das bombas, em trechos das 
tubulações,nas caldeiras, nos compressores, purificadores, destiladores, tanques hidróforos, 
reservatório de ar comprimido, nos motores e etc. 
 
Para determinar a pressão absoluta do fluido no reservatório, quando a pressão do 
fluido é maior que a pressão atmosférica, adiciona-se a pressão atmosférica à pressão 
manométrica: Pabs = Patm + Pman 
 
 
 
125 
AUT 
 
 
E quando a pressão do fluido é menor que a pressão atmosférica, a pressão absoluta 
do fluido é determinada, subtraindo o valor de pressão negativa (vácuo) da pressão 
atmosférica: Pabs = Patm - Pman 
Pressão Negativa ou Vácuo 
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica. O 
instrumento que indica a pressão negativa é denominado de vacuômetro. 
 
Nos navios, normalmente, é instalado no lado de aspiração das bombas um instrumento 
que pode indicar tanto pressão negativa como positiva, denominado de 
manovacuômetro. 
 
A medição nesta condição, em geral, é difícil e 
por vezes sujeitas a grandes erros. Excluindo os 
vacuômetros de mercúrio e os mecânicos todos os 
outros tipos respondem de maneira diferente na 
medição de vários gases e vapores, e o valor 
determinado vai depender da pressão e da 
composição química da atmosfera residual. 
Medições, entre 10-1 e 10-3 mbar., podem ser 
feitas com relativa precisão. Abaixo de 10-4 mbar as 
determinações são mais difíceis, visto que as medidas 
são feitas diretamente, sendo neste caso, necessário 
proceder à calibração dos aparelhos por comparação 
com vacuômetros padrão, em geral, o tipo «McLeod». 
Mesmo entre 10-1 e 10-3 é difícil fazer medidas 
com precisão. Felizmente na maioria das aplicações 
basta uma indicação aproximada da pressão. 
 
Fig. 3.13 - Um Manovacuômetro 
com mostrador redondo 
Pressão Diferencial 
É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo ∆∆PP (delta P). Essa 
diferença de pressão também é utilizada para medir vazão, e nível. 
Pressão Estática 
É o peso exercido por um líquido em repouso, ou que esteja fluindo perpendicularmente 
à tomada de impulso, por unidade de área exercida. 
Pressão Dinâmica ou Cinética 
É a pressão exercida por um fluido em movimento. Ela é medida montando o elemento 
primário de tal forma que receba o impacto do fluido. 
 
 
 126 
3.3.3 Classificação dos Instrumentos Medidores de Pressão 
Existe uma variedade muito grande de instrumentos medidores de pressão que, como já 
falamos, em termo de automação são classificados em função do elemento sensor primário, o 
qual, por sua vez pode fornecer uma leitura direta ou indireta. 
Depois da Segunda Guerra Mundial, os sensores de pressão passaram de um elemento 
defletor mecanicamente acoplado a um dispositivo de leitura (denominado de analógico) para 
um sensor de estado sólido com saída de sinal digital. Desta forma, nos dias atuais, os 
medidores de pressão são classificados, em função do elemento indicador, em dois grandes 
grupos: analógicos e digitais. 
Dependendo da forma como opera o elemento sensor, os medidores de pressão 
podem ser mecânicos, eletromecânicos, elétricos, eletrônicos digitais, inteligentes, etc.. 
 
Fig. 3.14 - Manômetro com mostrador 
analógico. 
 
Fig. 3.15 - Manômetro com mostrador 
digital. 
Os mecânicos podem ser classificados em dois grupos: 
1) O primeiro grupo inclui aqueles em que a medida da pressão é feita, equilibrando-se 
uma força desconhecida contra uma força conhecida. 
2) O segundo grupo inclui os que empregam uma deformação quantitativa de uma 
membrana elástica 
 
Os instrumentos eletromecânicos normalmente dependem de uma mudança física 
que possa ser detectada, indicada ou registrada eletronicamente. 
Em geral, os sensores empregados estão sujeitos a deslocamentos ou deformações 
mecânicas provocadas pelas forças exercidas das duas pressões monitoradas, principalmente 
nos instrumentos de pressão diferencial. Ao movimento opõem-se forças restauradoras – 
criadas, por exemplo, pelas propriedades elásticas do sensor, por molas externas, ou pela 
gravidade. 
Por mais popular que seja o manômetro analógico, os dispositivos eletrônicos digitais 
vem tendo grande aceitação e a cada dia que passa maiores são suas aplicações. 
 
 
 
127 
AUT 
Isto se deve à necessidade de processamento 
automático de dados e às características desses novos 
instrumentos: rápidos, versáteis, precisos, inteligentes 
e mais econômicos que os analógicos. 
A escolha do sensor ou indicador de pressão 
depende das seguintes especificações: 
a) pressão de trabalho; 
b) fidelidade; 
c) alcance normal e valor máximo (span e range); 
d) resposta de frequência; 
e) vida útil; 
f) estabilidade; 
g) material de construção; 
h) meio onde vai trabalhar, etc.. Fig. 3.16 - Medidor digital e sensor 
de pressão. 
3.3.4 Manômetro de Coluna Líquida. 
Equilibrando-se uma força ou uma pressão desconhecida contra uma força conhecida, 
podem ser feitas medidas de pressão com manômetros de coluna líquida, de diafragma flácido, 
de campânula e de pistão. São os mais simples e mais baratos medidores de pressão. 
A expressão empregada para calcular o valor da pressão é: P = Patm – h 
O funcionamento do manômetro de coluna líquida baseia-se no princípio de que: 
 
“a pressão hidrostática exercida por um líquido na parte inferior de uma coluna é 
diretamente proporcional à altura do líquido da coluna”. 
 
Fig. 3.17 - Manômetro de tubo em U 
 
Fig. 3.18 - Manômetro de tubo em U – 
medição de pressão diferencial 
Funcionamento: O manômetro mostrado na figura 3.17 é constituído por um tubo com 
formato em “U” com ambas extremidades abertas, com as colunas líquidas cheias de um 
líquido específico e possuindo uma escala graduada em milímetro de Hg. Verifica-se que, 
quando suas extremidades estiverem em contato com a atmosfera, a altura das duas colunas 
será a mesma e teremos indicado na escala o valor zero. 
 
 128 
Por outro lado, na figura 3.18, se o ramo do lado direito do tubo estiver ligado a um 
equipamento com uma determinada pressão (pressão manométrica), haverá um 
deslocamento da coluna, exemplificada como de valor quatro (4), correspondente a uma 
pressão acima da pressão atmosférica de 8 milímetro de Hg. 
 
Fig. 3.19 - Manômetro de tubo em U – para 
medição de pressão absoluta. 
Os instrumentos antigos empregavam 
como líquido o mercúrio, porém devido suas 
características nocivas aos seres humanos não 
é mais utilizado, foi substituído por água 
colorida, líquidos orgânicos (densidade inferior 
à água) e composto de bromo (densidade 
superior a da água). O líquido e a densidade 
escolhidos dependem da faixa (range) exigida 
pelo processo. Quando o líquido do manômetro 
é a água, o manômetro é usado para baixas 
pressões. 
A tabela a seguir indica as características dos principais líquidos empregados. 
LÍQUIDO SÍMBOLO PESO ESPECÍFICO 
PONTO DE 
EBULIÇÃO COR 
Água H2O 1,0 100 °C Avermelhada com metil orange 
Mercúrio Hg 13,59 357 °C Vermelho 
Tetra-cloreto de 
carbono 
CC 14 1,594 76 °C Arroxeada com iodo 
Álcool etílico C2 H5 OH 0,794 78 °C Azul 
Tetra-cloreto de 
acetileno 
(CHBr2)2 2,95 240 °C Azul 
Tabela 3.6 – Líquidos Manométricos. 
Em certas aplicações, é necessário levar em conta os efeitos da temperatura na 
densidade do fluído (ou dos fluídos - podem ser usados fluídos de densidade diferente em cada 
braço do tubo). 
Assim, a densidade (d) em cada temperatura T pode ser determinada por: 
 d0 
d = 
1 + ß (T - T0) 
Exemplo: a densidade do mercúrio varia com a temperatura conforme mostrado a seguir. 
 0° C ---------------------------- = 13,595; 
15° C ----------------------------- = 13,558; 
20° C ----------------------------- = 13,546. 
3.3.5 Manômetro de Tubo em “L”Inclinado. 
O manômetro de tubo em “L” inclinado é similar ao de tubo em “U”, exceto um dos 
ramos, que é inclinado em uma posição quase horizontal. Essa construção possibilita que a 
 
 
 
129 
AUT 
mínima diferença ou mudança de pressão do fluido no outro ramo provoque uma mudança 
muito grande no nível da coluna líquida do manômetro. 
 
Fig. 3.20 - Manômetro em “L” inclinado 
 
h = L Sen αααα 
 
P2 - P1 = D L S αααα 
 A1 
P2 - P1 = d (1 + -------- ) L Sen αααα 
 A2 
Na figura acima, observamos que uma pequena diferença no nível de mercúrio, no tubo 
vertical de grande área (A2), apresenta uma grande mudança na posição do mercúrio no tubo 
inclinado de pequena área (A1). 
 
A distância que o mercúrio percorre no tubo inclinado é igual à altura do líquido no 
ramo vertical multiplicado pela cossecante do ângulo que o tubo inclinado faz com a 
horizontal 
O ponto de maior pressão é ligado ao ramo vertical e o de menor pressão, ou vácuo, ao 
ramo inclinado. Para medir pressão muito baixa, geralmente, utiliza-se um líquido mais leve 
que a água. A escala pode ser graduada em ¼ de milímetro, o que permite leituras exatas ao 
décimo de milímetro e a leitura é praticamente direta. 
Estes tipos de manômetros são usados, na maioria dos casos, para determinar as 
pressões diferenciais muito baixas na tiragem de caldeiras, pressões estáticas em sistemas de 
ar condicionado e pressões em fornalhas. 
3.3.6 Barômetro 
O barômetro é um tipo especial de manômetro que permite medir a pressão 
atmosférica, por isso é muito empregado na meteorologia. 
 
Quem pela primeira vez empregou um dispositivo para medir a pressão atmosférica foi 
Torricelli e seu instrumento é conhecido como Tubo de Torricelli 
Além de medir a pressão atmosférica, o barômetro também serve indiretamente, para: 
a) Previsão do tempo – Ao nível do mar, a pressão atmosférica no mesmo instante, 
geralmente, não tem o mesmo valor nos diferentes lugares. Por outro lado, a observação 
da indicação de um barômetro mostra que “num dado lugar, a pressão atmosférica varia 
mais ou menos rapidamente de uma hora para outra.” Em geral verificam-se certas 
coincidências entre os períodos de altas pressões e o bom tempo, de um lado, e de baixas 
pressões e mau tempo de outro lado. Além disso, as variações de pressão, altas ou baixas, 
precedem freqüentemente de algumas horas as variações do tempo. 
 
 130 
b) Medição da altitude – Quem, pela primeira vez, 
estabeleceu um pensamento sobre a possibilidade do 
barômetro servir para medir a altitude foi o francês Blaiser 
Pascal. Ele definiu que: “Se a coluna de mercúrio no 
barômetro era sustentada pela pressão do ar, então a 
sua altura no cume das montanhas devia ser menor que 
na base, visto a pressão do ar ser lá naturalmente 
menor.” Em 1648, a pedido de Pascal, Du Perier subiu uma 
montanha e fez esta experiência, comprovando a teoria. 
Assim, acima do nível médio do mar, a pressão atmosférica 
diminui, pois, quanto mais alto é um ponto, menos 
quantidade de ar pesa sobre ele. Esta diminuição de 
pressão com a altitude é sensivelmente constante até 
algumas centenas de metros. 
 
Fig. 3.21 - Experiência de 
Pascal. 
3 . 3 .6 . 1 Bar ômet ro de C is te rn a 
É um tipo especial em “L”, como o mostrado na 
figura a seguir. O tubo de medida é lacrado na 
extremidade superior e esvaziado (para se obter vácuo) 
tanto quanto possível. A extremidade aberta é, então, 
inserida num recipiente com mercúrio. A pressão 
exercida na superfície do mercúrio o força a subir no 
tubo. A altura que o mercúrio alcança no tubo representa 
a pressão absoluta da atmosfera na hora e local de 
medição. 
 
Fig. 3.22 - Barômetro de cisterna. 
3 . 3 .6 . 2 Bar ômet ro Met á l i co ou An e r ó id e . 
O princípio desse instrumento foi descoberto por Vidi, e mede o valor da pressão 
atmosférica por simples leitura da posição de uma agulha sobre uma escala. 
 
Fig. 3.23 - Barômetro metálico 
Funcionamento: Constitui-se de uma caixa 
metálica, cilíndrica, de dentro da qual se extraiu o 
ar. A face superior dessa caixa é canelada 
circularmente para torná-la mais sensível e 
levanta-se ou baixa-se, conforme a pressão 
exterior diminui ou aumenta. Os deslocamentos 
da face superior da caixa são transmitidos a uma 
mola e ampliados por um sistema de alavanca 
que atua sobre uma agulha. Esta agulha 
desloca-se diante de uma graduação indicando a 
pressão. 
 
 
 
 
131 
AUT 
3.3.7 Manômetros por Deformação Elástica (Mecânicos) 
São três os principais tipos desses medidores: 
a) diafragma não metálico e metálico; 
b) fole; e 
c) mola Bourdon. 
Os manômetros mecânicos de maior aplicação na indústria fazem uso das deformações 
quantitativas de uma membrana elástica baseada no princípio da Lei de Hooke, a qual 
estabelece que: 
 
“As deformações são diretamente proporcionais às tensões que as produzem”, 
ou seja, a deflexão do elemento elástico e o movimento resultante são proporcionais 
à pressão aplicada. 
 
De forma a ficar mais clara a nossa 
compreensão sobre a Lei de Hooke, tomamos 
um gráfico formado por dois eixos cartesianos, 
figura a seguir, o eixo vertical (k) representa a 
tensão e o eixo horizontal (εεεε) representa a 
deformação, e como exemplo um ensaio de 
laboratório no material de um medidor tubo de 
Bourdon. 
Verificávamos que o material 
apresentava duas fases distintas; a elástica (����) 
e a plástica ����, e com isso notávamos que a lei 
de Hooke só é valida até um certo limite que 
corresponde ao ponto "kp" chamado limite de 
proporcionalidade, que é definido como sendo 
o ponto para o qual a deformação deixa de 
ser proporcional ao esforço aplicado. 
 
Fig. 3.24 - Gráfico Tensão X Deformação 
da Lei de Hooke 
Dentro da faixa de proporcionalidade (fase elástica) entre a tensão e a deformação o 
material também se comporta elasticamente ou seja, a deformação se origina pela aplicação 
da carga e apenas temporariamente, cessada a tensão o material volta a forma e dimensões 
originais. Este comportamento dos materiais permite estabelecer o limite de elasticidade que 
é a máxima tensão que o material suporta sem sofrer deformação permanente. 
 
A relação entre a força P que atua e a área S que resiste, é denominada de tensão “k”. 
E a relação entre o alongamento total ∆∆∆∆l e o comprimento inicial l, é o alongamento 
unitário εεεε. 
Comparando os medidores por deformação elástica com os de coluna líquida, verifica-
se que esses últimos, devido a sua fragilidade e dificuldade de manuseio, são mais utilizados 
em laboratórios, enquanto que os primeiros são os mais empregados na área industrial por 
serem robustos, pequenos, de operação simples, facilidades de transporte, facilidades de 
transformar o sinal detectado em sinal elétrico e sem grandes problemas de manutenção. 
 
 132 
3 . 3 .7 . 1 Ma nôm et r o d e D i a f r agm a 
O manômetro de diafragma é o melhor exemplo de medição de pressão por equilíbrio 
de força. São instrumentos sensíveis, usados em processos de baixa pressão não excedendo 
os 15 psi. 
O diafragma pode ser liso, ondulado ou misto 
(normalmente é ondulado uma vez que assim 
aumenta o desvio sem reduzir a resistência). 
O diafragma consiste num disco flexível, com 
área relativamente grande e com boa qualidade de 
vedação, instalado de tal maneira que sobre uma de 
suas superfícies possa ser aplicada à pressão do 
sinal da variável, a ser medida. A outra superfície 
fica submetida á pressão de referência (pressão 
atmosférica, vácuo, etc.). 
 
Fig. 3.25 - Diafragma metálico 
 
Fig. 3.26 - Transdutor de pressão 
capacitivo 
O diafragma também é empregado como 
elemento sensor dos transdutores ou conversores de 
pressão elétricos ou pneumáticos, conforme ilustradona figura ao lado. 
Funcionamento: Ligado a uma das superfícies, temos 
um pequeno êmbolo ou, o mais comum, uma mola, 
calibrada de forma a cobrir uma determinada faixa de 
medidas, normalmente bastante baixa. Acoplado à mola 
ou ao êmbolo por meios mecânico, poderemos ter um 
ponteiro ou outro dispositivo que indique a deformação 
sofrida pelo diafragma. Devido à força produzida pela 
pressão aplicada, o diafragma se deforma. 
A amplitude dessa deformação é transformada em medida de pressão pelo 
deslocamento do ponteiro em um dial com uma determinada escala, no caso do instrumento 
ser um indicador de pressão, ou é convertida em um sinal elétrico ou pneumático, se o 
instrumento atuar como sensor de pressão. È um instrumento empregado para medir pressões 
baixas. 
 
TAREFA! (Um desafio para você) Faça a tradução dos termos em inglês da 
figura 3.26 – utilize um dicionário. 
Os diafragmas utilizados são geralmente metálicos, e a flexibilidade é conseguida por 
meio de ondulações concêntricas em seu perfil. Os diafragmas podem ser montados 
isoladamente (figura 3.27) ou em conjunto com outros diafragmas (figura 3.28). 
Na montagem em conjunto, montam-se dois diafragmas “boca com boca” e aplica-se a 
pressão no interior da câmara formada. Dessa maneira, consegue-se maior amplitude de 
movimento. 
 
 
 
 
133 
AUT 
 
Fig. 3.27 - Manômetro de diafragma 
simples. 
 
Fig. 3.28 - Manômetro de diafragma duplo 
(cortesia Haenni). 
3 . 3 .7 . 2 Ma nôm et r o d e Fo le 
É também chamado de “sanfona” ou, em 
inglês, “Bellows”. 
O fole é um tipo de sensor que consiste em 
um tubo metálico de paredes finas, fechado em 
uma de suas extremidades, que foi submetido à 
deformação permanente em seu perfil 
(inconsúteis), normalmente por meio de 
estiramento hidráulico ou por outros processos 
como: laminação e repuxamento. Essa deformação 
foi no sentido de produzir grandes variações no seu 
diâmetro ao longo do seu comprimento, dando ao 
tubo um formato “sanfonado”. 
 
Fig. 3.29 - Manômetro de fole. 
Os materiais usados na sua construção devem ser flexíveis, dúcteis e de boa 
resistência à fadiga. Os mais empregados são: latão, bronze, cobre-berílio, liga de níquel e 
cobre, aço e metal monel. 
 
Se for aplicada uma pressão na extremidade aberta, o fole se expandirá axialmente; 
cessada a ação da pressão, o fole volta à dimensão original. Essa deformação pode 
estar baseada apenas na elasticidade de seu material, ou pode ser modificada 
através de mola, semelhante ao medidor de diafragma. 
O fole é muito utilizado nos transmissores de pressão pneumático ou como elemento 
sensor dos transdutores/conversores de pressão elétricos. Emprega-se para medir pressões 
não muito altas, aproximadamente 50 Kgf/cm2. 
Tem a vantagem de oferecer uma amplitude de movimento maior que a dos diafragmas, 
porém é mais caro. As figuras a seguir mostram tipos de aplicação dos foles como elemento 
sensor de transdutores elétricos de pressão. 
 
 134 
 
Fig. 3.30 - Transdutor de pressão magnético tipo 
variação de indutância - sensor de fole. 
Funcionamento: Na figura ao lado, 
o movimento do fole força o núcleo 
de ferro magnético a mover-se ao 
longo do eixo das duas bobinas, 
montadas de topo entre si. As duas 
bobinas são conectadas em um 
circuito de ponte, de forma que, 
quando o núcleo de ferro estiver 
igualmente interno a cada bobina, 
não haverá voltagem indicada no 
voltímetro. Quando o núcleo de ferro 
estiver mais interno a uma bobina 
que a outra, o voltímetro indicará 
uma voltagem. Desta forma, a 
pressão que atua no fole e posiciona 
o núcleo de ferro é convertida em 
informação de voltagem. 
Transdutor de Indutância 
Quando uma corrente alternada flui através de uma bobina, pode ser induzida uma fem 
alternada numa bobina vizinha. Esse efeito é chamado de indução eletromagnética. 
 
O valor da fem induzida depende da distância entre as duas bobinas e da 
quantidade de material magnético presente. 
 
 
Fig. 3.31 - Transdutor de pressão tipo 
magnético de redutância - sensor de 
fole. 
 
Fig. 3.32 - Transdutor de pressão tipo 
resistência - sensor de fole. 
3 . 3 .7 . 3 Ma nôm et r o d e Bou rd on 
 
Esse dispositivo de medição de pressão foi patenteado pelo engenheiro francês Eugène 
Bourdon, em 1852. 
Tubo Bourdon Formato “C”: 
O principal componente desse tipo de medidor é o Tubo (Mola) Bourdon. Esse tubo é 
fabricado pelo processo de deformação mecânica, em uma calandra, da seção original de um 
tubo metálico para uma forma achatada (oval) e do seu comprimento para um formato curvado 
conforme o original do tubo de Bourdon, formato de um "C", figura 3.33, ou outras menos 
usadas, que são derivações do tubo de Bourdon, como a forma de uma espira (ver termômetro 
de Bourdon), a forma helicoidal ou dispositivos similares. Uma das extremidades do tubo 
 
 
 
135 
AUT 
Bourdon é fechada e a outra é ligada ao local da pressão que se quer medir. Também pode ser 
utilizado como elemento sensor do transdutor de pressão elétrico. 
 
 
Fig. 3.33 - Manômetro de Bourdon formato “C”. 
Funcionamento: Se a pressão no interior do tubo for maior que a pressão exterior, haverá 
uma tendência de sua seção de forma achatada se aproximar da forma circular. Essa pequena 
deformação força a curvatura da “letra C” para fora, e o tubo faz um pequeno movimento no 
sentido de assumir uma forma mais reta. Se fixarmos uma das extremidades, a posição da 
outra extremidade passará a ser função da diferença entre as pressões internas e externas. Se 
a pressão externa for à pressão atmosférica, como acontece na maioria das aplicações, esse 
tubo comporta-se como um sensor de pressão manométrica. 
O formato “C” é adequado para medir 
pressões altas, até 7.000 Kgf/cm2. Usualmente, a 
menor pressão que ele é mede é de 1 Kgf/cm2. 
As outras variações do tubo de Bourdon, 
espiral ou helicoidal, buscam fazer com que a 
amplitude do sinal detectado seja maior. São 
empregados para pressões baixas. 
As principais fontes de erro são: histerese 
mecânica do tubo, mudança de sensibilidade devido à 
temperatura, efeitos de atrito. 
 
Fig. 3.34 - Tubo Bourdon helicoidal 
3.3.8 Medidores e Sensores de Pressão Elétricos. 
Normalmente, na medição elétrica, uma deformação causada por pressão é convertida 
em uma grandeza elétrica, em seguida amplificada e depois indicada em um mostrador e/ou 
enviada a um controlador. É necessário uma alimentação elétrica auxiliar, porém esses 
instrumentos são robustos, precisos e de grande velocidade de respostas. São muito utilizados 
como transdutores ou conversores de pressão. 
Os mais comuns são: o transdutor indutivo, já estudado, calibre de tensão (Strain 
Gauge) e o Piezoresistivo, porém o Bourdon formato “C” também pode ser empregado como é 
demonstrado na figura a seguir. 
 
 136 
 
Fig. 3.35 - Tubo Bourdon “C” aplicado como transdutor/conversor de sinal de pressão 
para sinal elétrico. 
3 . 3 .8 . 1 Ca l i bre de Te ns ão 
O calibre de tensão de resistência elétrica é um transdutor cujo funcionamento se 
baseia no princípio de que: 
 
“se uma peça de fio metálico é tracionada, não somente se torna mais longa e 
mais estreita, como também sua resistência elétrica aumenta.” 
 
Quanto maior o esforço sofrido pelo fio, tanto 
maior o aumento da resistência. A informação na 
forma de uma variação de comprimento é convertida na 
forma de uma variação de resistência. 
A figura a seguir mostra um tipo de calibre de 
tensão, feito de fio de metal. O elemento de resistência é 
montado sobre apoio de metal, de forma que, quando 
não é ligado à superfície de um metal, ficam isolados 
eletricamente do metal. Em uso, os calibres de tensão 
são ligados à superfície do componente para o qual sedeseja a tensão de superfície. 
 
Fig. 3.36 - Medidor de tensão 
tipo fio de metal. 
É importante quem a ligação seja feita cuidadosamente para que, quando a superfície 
for tencionada, o calibre de tensões seja tencionado e não escorregue. Para assegurar uma 
boa ligação, a superfície deve ser cuidadosamente preparada- em geral levemente desbastada 
e depois desengordurada. Então o adesivo prescrito pelo fabricante deve ser utilizado, de 
acordo com as instruções, e obedecido todo o tempo de secagem antes de o calibre ser 
utilizado. 
Quando a temperatura de um resistor varia, sua resistência também varia. Assim, um 
calibre de tensão é sensível tanto a esforços como a temperaturas. As variações de resistência 
produzidas pelas variações de temperatura podem ser comparadas com as variações de 
resistência produzidas por esforços. Assim, na utilização de um calibre de tensão para medição 
de esforços, os efeitos de quaisquer variações de temperatura devem ser eliminados. 
 
 
 
137 
AUT 
Freqüentemente isso é feito com o uso do chamado “calibre-fantasma”. Esse é um 
calibre de tensão de mesma resistência que o calibre que está sendo tencionado, conhecido 
como calibre ativo, e montado numa peça de mesmo material que o calibre ativo. A peça de 
material, no entanto, não está sujeita a tensão. 
O calibre ativo e o fantasma são ligados a um circuito de medição de tal maneira que 
os efeitos de temperatura nos dois calibres cancelam-se, restando somente a diferença entre 
os dois resultantes da tensão a ser medida. 
3 . 3 .8 . 2 Se ns ore s P i ez e lé t r i co s 
Um sensor piezelétrico, como o próprio nome diz, gera um sinal elétrico quando está 
sendo deformado. É empregado em transdutor e de todos os materiais piezelétricos, o quartzo 
(Si02) é o mais conveniente devido à estabilidade de seu sinal. 
Os cristais usados em transdutores são cortados de modo que somente sejam sensíveis 
às pressões ou forças de cisalhamento em uma determinada direção. Aproveitando estas 
características do cristal, é possível construir transdutores que medem forças de empuxo, 
esforços de corte, momentos fletores, forças de tração, etc... Existem dois tipos principais 
de sensores de quartzo usados para medição: 
1. O primeiro é do tipo no qual a força aplicada causa o surgimento de uma carga 
eletrostática, normalmente mede-se a voltagem ao invés da carga - através de um 
amplificador e o sinal resultado pode ser calibrado diretamente em força, por exemplo. 
2. O segundo tipo envolve um cristal na forma de elemento ressonante, onde a 
freqüência é modificada com a força aplicada. 
É comum encontrar transdutores que usem simultaneamente 3 cristais, medindo 
simultaneamente forças em 3 deformações ou acelerações. Configurações desse tipo 
conseguem desvio de linearidade da ordem de 0,2 - 0,3%, faixas de pressão de 25Mpa e a 
resposta é uniforme até 30 kHz, com picos de até 100 kHz. Como existe uma resistência DC 
praticamente infinita ao longo do sensor, esses dispositivos não se prestam para medições 
estáticas. 
O limite de frequência inferior é da ordem de 1 Hz, dependendo da sensibilidade. O tipo 
de amplificador usado com esses sensores é do tipo "operacional de alto ganho, com estágio 
de entrada baseado num MOSFET", adequado para impedância de entrada muito alta. As 
principais características destes transdutores são: 
a) alta estabilidade; 
b) faixa de resposta ampla em freqüência; 
c) estabilidade boa à temperatura; 
d) boa linearidade; e 
e) baixa histerese. 
 
 138 
3 . 3 .8 . 3 Se ns ore s P i ez ores i s t i vos 
Muitos metais e outros materiais sólidos variam a resistividade quando submetidos a 
tensões mecânicas e é esse o princípio físico que se baseia o funcionamento do sensor 
piezoresistivo. As figuras a seguir ilustram um sensor desse tipo. 
 
Princípio: Submetendo-se um fio de resistência elétrica a uma determinada pressão 
ou a uma determinada tensão por meio de uma força derivada da pressão, haverá uma 
determinada alteração de resistência. 
 
 
Fig. 3.37 - Sensor piezoresistivo e esquema de ligação 
A resistência elétrica é determinada pela fórmula a seguir: 
 P.L 
R =  
 S 
R = resistência; 
P = resistividade; 
L = comprimento; 
S = área seccional. 
 
Ou seja: 
 
 
Havendo aumento no comprimento (L) simultaneamente à diminuição do diâmetro ou 
seja da área (S) resulta no aumento da resistência (R). O instrumento funciona com 
uma resistência variável, quando submetido a uma pressão ou tensão. 
. 
 
Fig. 3.38 - Sensor de pressão elétrico tipo Strain gage e circuito elétrico 
3.4 MEDIDORES DE TEMPERATURA 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 
- Compreender o funcionamento dos medidores de temperatura; 
- Entender os fundamentos técnicos da instrumentação de controle de 
temperatura; e 
- Reconhecer as características dos instrumentos indicadores e sensores de 
temperatura. 
 
 
 
139 
AUT 
3.4.1 Temperatura 
Todas as substâncias acham-se constituídas por uma enorme quantidade de pequenas 
partículas que denominamos de moléculas, as quais se encontram em contínuo movimento. 
 
Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais quente se encontra o corpo, e, 
quanto mais lento o movimento, mais frio se apresenta o corpo. 
A temperatura é uma propriedade da matéria que está relacionada com o movimento 
das moléculas das substâncias. As moléculas possuem uma determinada energia cinética que 
se traduz nas formas de vibrações ou de deslocamento para os líquidos e gases. A isto 
denominamos de potencial térmico de uma substância ou de um corpo. Ou como uma 
energia efetiva da substância (energia cinética). 
 
Baseado nisto podemos conceituar a temperatura como sendo: “A propriedade da 
matéria que reflete a média de energia cinética de um corpo”. 
O número dado a esse atributo é o grau de temperatura. Então, podemos definir que: 
a) a temperatura é o grau de calor ou de frio representado em uma escala definida; 
b) a temperatura de um corpo exprime a intensidade de calor, mas não a quantidade 
(a quantidade é dada em calorias); 
c) calor é transferido do corpo mais quente ao corpo mais frio. 
Na prática a temperatura é representada em uma escala numérica, onde, quanto maior 
o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão. 
Uma alteração da temperatura indica alguma anormalidade e deve ser eliminada 
imediatamente. Na manutenção preventiva, a medida da temperatura informa que, quando se 
trata de uma elevação originada pela transmissão via fluido ou via corrente elétrica, a 
informação é global e há necessidade de verificar quais são os pontos quentes. 
Quando a elevação da temperatura é devida ao atrito entre peças que se movimentam 
ou é devida à combustão, há um defeito no mecanismo ou a combustão é inadequada 
(incompleta). 
Como sabemos, os instrumentos que nos fornecem essas informações são os 
termômetros e os pirômetros, porém muitas das vezes há grande conveniência em medir a 
temperatura de uma instalação inteira, o que somente com estes instrumentos não será 
possível. 
Presentemente com o desenvolvimento da termografia, são utilizados filmes coloridos 
sensíveis aos infravermelhos que, por meio de escalas de cores no próprio filme, permite medir 
diretamente a temperatura de grandes áreas. 
Tanto nos navios como nas instalações industriais modernas é bastante comum o 
sensor de temperatura estar ligado a um dispositivo eletroeletrônico (termostato) que desliga o 
equipamento quando a temperatura supera um valor pré-fixado. Tal procedimento constitui o 
desligar em função da temperatura máxima ou mínima. 
 
 140 
Entretanto, dificilmente o sensor elétrico permanece 
junto à zona onde a temperaturaé importante, mas sim a 
alguma distância. Num mancal, por exemplo (figura 3.39), o 
sensor fica na face externa, enquanto que o interesse maior 
situa-se na interface eixo-mancal. Nesses casos, a temperatura 
na interface é bem superior à medida indicada pelo termômetro. 
Para superar esse problema é comum estabelecer o ponto de 
ajuste, numa temperatura mais baixa, com tal procedimento, as 
paradas e interrupções são freqüentes e inúteis, tornando o 
método inadequado. 
 
Fig. 3.39 - Conjunto eixo-
mancal. 
Nos últimos anos, o controle passou a ser feito com base no gradiente de temperatura 
máxima (gradiente térmico), determinado por microprocessador que recebe o sinal do sensor 
que mede a temperatura. 
 
Gradiente térmico é um vetor perpendicular (normal) a uma superfície isotérmica na 
mesma direção do aumento de temperatura e numericamente igual à derivada da 
temperatura nesta direção. (Termotecnia, por A. P. Baskatov) 
 
 dt 
Gradiente Térmico = --------- 
 dy 
Assim sendo, quando mais avançam os conhecimentos tecnológicos, mais sofisticados 
ficam os controles de medida de temperatura. 
Pode ser que neste momento já existam meios mais avançados que deixamos de 
mencionar, portanto não se limitem apenas aos conhecimentos que serão transmitidos aqui, 
visto que trataremos apenas dos indicadores e sensores de temperatura em um todo, o que 
será apenas um início no imenso campo que necessitarão conhecer. Ou seja, deverão 
pesquisar de modo a conhecer todos os meios de medição de temperatura que existam nos 
navios, para que possam desempenhar as suas funções com segurança e conhecimento de 
causa. 
 
A medição da temperatura a bordo dos navios é exigida em todos os casos nos quais a 
aplicação de calor ou frio é necessária para o controle de um processo ou da operação 
de manobra. 
3 . 4 .1 . 1 Es ca l as de Temp er a tur a 
Um dos primeiros requisitos para a medição de temperatura é estabelecer uma escala a 
ser usada no instrumento de indicação, registro ou controle. 
As principais unidades de temperatura são: 
a) Celsius (°C ), que divide o intervalo de temperatura em 100 partes ou graus, sendo o 
0ºC o ponto de congelamento da água e 100ºC o ponto de ebulição; 
b) Fahrenheit (°F), que divide o intervalo de temperatura, em 180 partes, ou graus, 
sendo 32ºF o ponto de congelamento da água e 212ºF o ponto de ebulição; 
 
 
 
141 
AUT 
c) Kelvin (°K), que define uma escala absoluta de temperatura, sendo o zero absoluto 
(0ºK) a temperatura teórica mais baixa, ou seja, aquela em que cessa todo o 
movimento molecular e, portanto não existe mais calor; 
d) Rankine, que divide a escala de temperatura semelhante a Fahrenheit, e 491,7ºR 
equivale a temperatura de congelamento da água e 671,7°R a temperatura de 
ebulição da água. 
Ponto de Fusão 
Tungstênio 
Carbeto de Titânio 
Tântalo 
Dióxido de Zircônio 
Molibdênio 
Irídio 
Boro 
Alumina 
Ródio 
Nióbio 
Cromo 
Titânio 
Vanádio 
Sílica 
Níquel 
Silício 
Berílio 
Urânio 
Cobre 
Ouro 
Prata 
Rádio 
Germânio 
Cloreto de Sódio 
Estrôncio 
Alumínio 
Magnésio 
Zinco 
Chumbo 
Cádmio 
Bismuto 
Estanho 
Selênio 
Enxofre 
Água 
Mercúrio Sub. 
Árgon 
Nitrogênio 
Hidrogênio 
Graus °C 
3370 °C 
3140 °C 
3027 °C 
2715 °C 
2620 °C 
2454 °C 
2300 °C 
2020 °C 
1985 °C 
1950 °C 
1890 °C 
1800 °C 
1710 °C 
1710 °C 
1455 °C 
1420 °C 
1280 °C 
1113 °C 
1083 °C 
1063 °C 
961 °C 
960 °C 
958 °C 
801 °C 
760 °C 
660 °C 
651 °C 
420 °C 
327 °C 
320 °C 
271 °C 
232 °C 
220 °C 
113 °C 
0,000 °C 
− 39 °C 
− 78,5 °C 
− 189 °C 
− 210 °C 
− 259 °C 
 
Fig. 3.40 - Faixa de uso dos dispositivos de medição de temperatura. 
Porém, as unidades fundamentais utilizadas, tanto nos navios como na indústria, são a 
Celsius e Fahrenheit. Na maioria dos termômetros as escalas são convenientemente feitas com 
as duas unidades de medidas. 
Como podemos ver, fundamentalmente, as escalas Celsius e Fahrenheit medem as 
mesmas diferenças de temperatura, mas valores diferentes foram arbitrariamente escolhidos 
 
 142 
como pontos fixos, sobre os quais se baseia cada sistema, assim como para as escalas 
Rankine e Kelvin. Porém, há uma relação simples entre elas, como se comprova nas equações 
a seguir, e se vê na figura 3.40. 
Para converter 
- Graus Kelvin (°K) em graus Celsius (°C), subtraem -se -273,2 de °K 
- Graus Celsius (°C) em graus Fahrenheit (°F), apli cam-se a equação 
 9 
°F = ------- . ( °C + 32) ou °F = 1,8 . °C + 32 
 5 
- Graus Fahrenheit (°F) em graus Celsius (°C), apli cam-se a fórmula 
 5 
°C = ------- . ( °F - 32) 
 9 
- Graus Fahrenheit (°F) em graus Rankine (°R), apli ca-se a fórmula: 
°R = °F + 459,7 
3 . 4 .1 . 2 Po nto s F i xo s d e Tem pe ra t ura 
São as medidas exatas de temperatura de determinados elementos químicos que foram 
tomadas como base, por poderem ser reproduzidas. 
Exemplos: 
1. Ponto de ebulição do oxigênio = − 182,97°C; 
2. Ponto de ebulição da água pura = + 100,000°C; 
3. Ponto de ebulição do enxofre = + 444,60°C; e 
4. Ponto de fusão da prata = + 960,80°C. 
Princípios Físicos das Medições de Temperatura 
As temperaturas são deduzidas a partir de seus efeitos sobre uma substância, cujas 
características são conhecidas. 
Os princípios físicos básicos que permitem deduzir a temperatura são os seguintes: 
a) expansão de um liquido, de um gás ou de um sólido; 
b) a tensão de vapor de um liquido; 
c) potencial elétrico produzido por metais diferentes em contato; 
d) alteração na resistência elétrica; 
e) intensidade da radiação total ou da radiação de uma faixa particular de 
comprimento de onda mantida por um corpo aquecido. 
 
 
 
143 
AUT 
3.4.2 Classificação dos Medidores de Temperatura 
Há vários modos de classificarmos os sensores de temperatura. De forma particular, 
adotamos a classificação mostrada no quadro da tabela a seguir. 
 • Termômetro de liquido com bulbo de vidro. 
Sistema Termométrico Expansão Termômetro bimetálico. 
 
 
de Enchimento 
 Diafragma 
 Pressão Mola Fole 
 Bourdon 
 
 Ponte de Wheatstone de deflexão ou balanceada 
 
 
Sistema 
Ponte Balanceada de: Collande Graffiths, 
Dupla Resistência, Variável, Mueller e 
Capacitância com Resistência de: 
• Platina 
• Níquel 
• Cobre 
Termométrico 
 Grânulos 
 Provas 
de Resistência Termistores Haste 
 Disco 
 Material semicondutor 
 
 Cobre-Constantan 
 Ferro-Constantan 
Par-Termoelétrico Cromel-Constantan 
(Termopar) Cromel-Alumel 
 Platina-Platinumradio tipo R e S 
 
 
 Radiação Lentes 
Pirômetros 
 Espelho 
 Ótico 
Tabela 3.2 - Classificação dos Sensores de Temperatura. 
3.4.3 Termômetro de Líquido com Bulbo de Vidro 
Esses termômetros são cheios com um liquido com determinada característica de 
expansão térmica. O princípio em que se baseia o funcionamento desses instrumentos é o da 
expansão térmica dos fluídos. 
 
As substâncias minerais contraem-se e expande-se a um montante definido com 
mudança de cada grau de temperatura 
A sua equação é: 
 
Vt = V0 (1 + B . T) 
Vt = Volume do líquido à temperatura em °C; 
V0 = Volume do líquido à temperatura de referência; 
B = Coeficiente de Expansão; e 
T = Temperatura do líquido °C. 
Da equação observa-se que o aumento de volume é diretamente proporcional ao 
aumento de temperatura, isto é, a escala da temperatura é linear. 
 
 144 
 
Fig. 3.41 - Nomenclatura do termômetro industrial de bulbo de vidro. 
Por muitos anos o liquido mais empregado para este tipo de termômetro tem sido o 
MERCÚRIO, porém, devido a ser nocivo à saúdee ao meio ambiente, atualmente não se 
recomenda sua utilização. A tabela a seguir lista os principais líquidos empregado. 
LÍQUIDO COEFICIENTE DE 
EXPANSÃO ( B x 10 3) 
CALOR 
ESPECÍFICO 
Água 
Tetracloreto de carbono 
Tuleno 
Álcool etílico 
0,25 
1,1 
1,1 
1,1 
1,0 
0,2 
0,4 
0,5 
Tabela 3.3 – Coeficiente de expansão de alguns líquidos. 
 
Como funciona o termômetro de bulbo de vidro? 
 
 
A expansão volumétrica do líquido é maior que a do vidro, assim, quando se aplica 
calor ao bulbo de vidro, o líquido se expande mais rapidamente que o bulbo de vidro 
e esta diferença na expansão aliada ao princípio da capilaridade permite ao líquido 
subir no tubo capilar de vidro (menisco), que é fixo ao bulbo; 
Em razão de o líquido subir uniformemente com a temperatura, o tubo capilar pode 
ser calibrado de acordo com uma escala graduada de temperatura. Para 
temperaturas moderadas, na faixa que vai do ponto de congelamento do líquido até 
à aproximadamente 35 °C o espaço acima do fluído é vácuo. Isto é conseguido da 
seguinte maneira: 
Depois de o bulbo e de o tubo capilar serem enchidos com o líquido adequado, o 
bulbo é aquecido à máxima temperatura a que o termômetro poderá ser usado. A 
extremidade do tubo capilar é, então, fechada. Quando o bulbo arrefece, o líquido 
desce no tubo capilar, gerando-se um vácuo parcial sobre ele. 
 
 
 
 
145 
AUT 
 
 
 
Fig. 3.42 - Tipos de termômetros de líquido com bulbo de vidro. 
Para estender a faixa acima de 600°C, o espaço acim a do líquido é cheio de nitrogênio, 
ou CO2 sob pressão para reter o ponto de ebulição do líquido. Para medição de baixas 
temperaturas, faixa de ¯ 196°C a 100°C, usa-se o pen tano; e, em faixa de 80°C a 100°C, usa-
se álcool ou tuleno. 
 
As escalas dos termômetros de líquido de bulbo de vidro podem ser gravadas (cravadas) 
diretamente no bulbo de vidro (tubo capilar) por uma técnica especial denominada de 
“etched " (cravar ou cauterizar) 
Os termômetros de líquidos com bulbo de vidro podem ser empregados em: 
a) compartimentos cobertos ou fechados e nos quais a leitura da temperatura é no 
próprio local; 
b) onde forem toleradas exatidões de até 1% de escala; e 
c) onde as respostas podem ser lentas. 
3.4.4 Termômetro Bimetálico 
O princípio físico em que se baseia o funcionamento desse instrumento é o da 
diferença de coeficiente da dilatação térmica dos metais. 
O elemento bimetálico é formado por duas ligas metálicas "Alloys" com 
características físicas diferentes, mas com alto coeficiente de dilatação térmica como o cobre, e 
outra com baixo coeficiente de dilatação térmico como o INVAR (36% Ni, 64% Fe, fundidas), 
que são soldadas ou cravadas formando uma tira, que pode ser enrolada na forma espiral ou 
uma mola helicoidal. 
 
 146 
 
Fig. 3.43 - Princípio da dilatação térmica 
dos metais. 
Fig. 3.44 - Nomenclatura do termômetro 
bimetálico. 
 
Como funciona o termômetro bimetálico? 
 
 
Quando o elemento bimetálico é aquecido, a dilatação desigual dos dois materiais, 
rigidamente fixados, causa uma deflexão. O grau de deflexão é em função da variação 
da temperatura. Então, o elemento bimetálico enrola-se e desenrola-se com a variação 
da temperatura. Como há um ponteiro preso à espira ou ao hélice, este move-se e 
indica a temperatura em uma escala circular calibrada. 
 
 
Quais são as aplicações do termômetro bimetálico? 
 
 
São usados para fins industriais e laboratoriais. O tipo industrial tem uma constituição 
mais robusta, o que causa uma pequena perda de fidelidade e velocidade de resposta. 
Aplica-se em processos como refinação de óleo e temperatura dos tanques de 
decantação onde há medição de temperaturas de –185ºC a 650ºC, porém nas 
temperaturas muito altas, não pode ser com base contínua, pois o elemento bimetálico 
tende a superesticar (fadiga térmica), causando infidelidade permanente. 
Também é muito aplicado como elemento de compensação nos sistemas 
termométricos cheios com fluido expansivo. 
 
 
Fig. 3.45 - Tipos de elementos bimetálicos. 
 
Fig. 3.46 - Indicação da temperatura no 
termômetro bimetálico. 
 
 
 
 
147 
AUT 
 
Fig. 3.47 - Indicador de temperatura 
tipo bimetálico 
Vantagens: 
a) relativamente barato; 
b) construção robusta; 
c) a leitura é direta; e 
d) não exige equipamento adicional ou fonte externa 
de energia. 
Desvantagens são de não: 
a) permitir indicação à distância; 
b) ser tão exato; 
c) atuar sobre uma faixa tão grande de escala; e 
d) operar tão bem, com pequenos desvios 
3.4.5 Termômetro Tipo Pressão Mola 
Os termômetros de líquido com bulbo de vidro e os bimetálicos são projetados para 
indicação de temperaturas no local, ou seja, utiliza-se no local onde se quer medir e aí mesmo 
faz-se a leitura. Mas na indústria, muito freqüentemente, é necessário medir num ponto e ler 
num outro ponto. Por essa razão criaram-se os termômetros tipo Pressão Mola. Eles podem 
ser usados para: 
1) Leituras continuas; 
2) indicação remota de temperatura; e 
3) operação de alarme em sistema de controle. 
Os termômetros de pressão-mola são classificados pela Instrument Society of America 
Standards em quatro classes básicas, a saber: 
a) Classe 1. cheio de líquido volátil (exceto mercúrio); 
b) Classe 2. pressão de vapor; 
c) Classe 3. cheio de gás; e 
d) Classe 4. cheio de mercúrio. 
 
Fig. 3.48 - Nomenclatura do termômetro de 
Bourdon de mola espiral. 
As figuras 3.48 e 3.49 nos mostram 
típicos termômetros de pressão mola de 
enchimento com líquido. Consiste em um 
tubo de Bourdon conectado a um bulbo 
metálico por meio de um tubo de liga 
especial de pequeno orifício, conhecido 
como tubo capilar ou tubo Accuratus, 
sendo o volume interno total do bulbo e 
tubos preenchidos com líquidos de alto 
coeficiente de expansão volumétrica. 
 
 148 
O princípio de operação desses instrumentos está baseado na expansão térmica, 
similar aos termômetros de mercúrio em bulbo de vidro. Basicamente, esses termômetros são 
constituídos pelos elementos seguintes: 
1. Bulbo Metálico, onde fica o fluido expansivo. 
2. Fluido Expansivo - que pode ser um líquido volátil ou um gás. Exemplos: Mercúrio, 
Álcool, Vapor d'água, etc. 
3. Soldadura – que liga o bulbo com o tubo Accuratus. 
4. Tubo Accuratus (Tubo Capilar) - é um tubo feito de material especial (no caso de 
aço inoxidável) e que tem um coeficiente de dilatação térmica selecionado de 
modo que o volume efetivo do orifício capilar aumente com a temperatura apenas o 
suficiente para que mantenha em seu interior o volume expandido do líquido volátil 
ou do gás (no caso mercúrio). Há tubos Accuratus com mais de 60 metros. 
5. Orifício Capilar – corresponde ao diâmetro do tubo capilar. 
 
Lembre-se de que capilares ou capilaridade são fenômenos em que um líquido em 
contato com um sólido sobe, se molha esse sólido; ou desce, se não o molha. 
Característica que esta aparentemente em contradição com as leis da hidrostática. 
6. Mola Bourdon - é o principal componente destes tipos de termômetros 
A seleção do tipo de termômetro de pressão mola para uma aplicação particular 
depende de alguns fatores, entre os quais o domínio de temperatura útil no local da medição. 
 
Fig. 3.49 - Tubo/mola de Bourdon formato 
helicoidal. 
Se o termômetro de pressão mola é 
usado somente como um indicador, um 
simples mostrador, como o da figura 3.48, 
pode ser utilizado. 
Se for para fazer registro, o 
instrumento pode ser um sistema com bulbo 
e tubo capilar muito curto localizado na 
carcaça do registrador, como mostra a figura 
3.50a, ou então pode ter um sistema de tubo 
capilar longo para leituras mais distantes, 
como o mostrado na figura 3.50b. 
3 . 4 .5 . 1 Te rm ômet r o d e Bou rd on En chim ent o c omL í qu i do 
 
Como funciona? 
 
 
Quando o bulbo esta imerso na substância quente, provoca a expansão do líquido 
volátil. Isto causa um aumento da pressão, fazendo com que o dispositivo pressão-
mola desenrole-se. Um indicador, registrador ou um mecanismo de controle são 
cravados no tubo Bourdon e atuam através dos movimentos deste. Não se deve 
esquecer de que há também aplicação do princípio da capilaridade e da relação 
proporcional tensão x deformação da Lei de Hook. 
A medição da temperatura através da pressão é baseada na variação do volume. 
 
 
 
149 
AUT 
Visto que a pressão varia em função da temperatura, logo, quando a temperatura 
aumenta há um aumento da pressão que atua em proporção no dispositivo pressão mola e 
indica a temperatura. 
O sistema é completamente selado e para quaisquer problemas com efeito de pressão 
de vapor ou de diferença na altura entre a posição do bulbo e o medidor, o sistema é 
pressurizado em volta de 70 bar no tipo enchimento com mercúrio. Durante a operação, 
qualquer variação na temperatura que está sendo medida varia o volume do líquido e esta 
troca de volume é transmitida ao tubo Bourdon, através da pressão. 
O instrumento tem um relacionamento linear com a variação de temperatura, a faixa de 
operação é aproximadamente de –39ºC até 520ºC para o mercúrio, e a força é suficiente para 
operar um ponteiro com pena de um registrador (figura 3.50) ou um transdutor pneumático 
(bico palheta). 
Se o tubo capilar, o qual tem diâmetro aproximadamente de 0,2 mm, ou o tubo Bourdon 
estão sujeitos a diferenças apreciáveis de temperatura em relação àquela na qual foi feita a 
calibração, poderão surgir erros nas medições. 
Para distâncias menores de 15 metros, a sutileza do tubo capilar não produz nenhum 
erro apreciável. A fim de manter o sistema com boa resposta, deve ser feita uma compensação 
pelos meios que serão estudados mais adiante. 
Como sabemos, o bulbo expande-se com a variação da temperatura, mas esta 
expansão é muita pequena, comparada com a expansão do líquido volátil. Por isso, este efeito 
é desprezível. 
 
Fig. A – Tubo capilar curto 
 
Fig. B – Tubo capilar longo 
Fig. 3.50 - Registrador de temperatura. 
Se o coeficiente de expansão volumétrica do bulbo e do líquido são similares, o efeito 
total reduz a expansão do líquido para uma certa faixa de medição. Se o termômetro foi bem 
calibrado, tolerâncias (distinções) podem ser feitas para pequenas variações no coeficiente. 
 
ATENÇÃO! Não esqueçamos que nenhum fluido tem comportamento ideal. 
Entretanto, estes medidores são suficientemente precisos para encontrar 
grandes aplicações na indústria e nos navios. 
 
 150 
3 . 4 .5 . 2 Te rm ômet r o d e Bou rd on de En chim en to L í qu i do e Vapo r 
Este tipo de termômetro de pressão-mola (figura 3.51) difere dos tipos de líquido e gás. 
Vapor não expedem uniformemente, como líquido e gás expande. Por isso, as graduações nas 
escalas são mais afastadas para leituras altas do que para leituras baixas. Isto aumenta a 
capacidade de leituras entre as linhas. 
Princípio de funcionamento 
O funcionamento de todos os medidores/sensores enchidos com vapor baseia-se na 
relação entre a pressão do vapor e a temperatura do líquido. 
 
A temperatura é determinada na superfície livre (tensão superficial) entre o líquido e 
o vapor. Isto significa que tanto o estado gasoso quanto o líquido estão presentes e a 
pressão de vapor é suficiente para impedir futuras transformações de líquido em 
vapor. 
À medida que a temperatura aumenta, mais liquido se torna vapor e exerce mais 
pressão no tubo de Bourdon, o que faz com que ele se estire (movimente-se). Quando a 
temperatura cai, o vapor passa a liquido e reduz-se a pressão, resultando numa contração do 
tubo de Bourdon e do capilar com liquido. 
O termômetro da figura a seguir tem a 
sua constituição semelhante ao enchimento 
de líquido, porém o sistema é parcialmente 
enchido com um líquido volátil do tipo: 
a) cloreto de metila; 
b) éter; 
c) butano; 
d) nexano; 
e) propano; 
f) tuleno; e ou 
g) dióxido de enxofre. 
 
Fig. 3.51 - Termômetro pressão-mola de 
enchimento líquido e vapor. 
Como a substância de enchimento estará sempre no estado líquido, na parte mais fria 
do sistema, o aparelho deverá conter uma quantidade suficiente de substância a fim de que a 
interface do líquido e vapor esteja sempre situada no bulbo. 
Pode ser utilizado numa faixa de –10ºC até 300ºC e não existe erro devido à variação 
da temperatura ambiente; eles podem ser usados com comprimentos de capilar de até 60m 
sem compensação. A escala é não linear e o sistema tem um considerável atraso de tempo no 
registro de variações de temperatura. O bulbo e o tubo capilar são geralmente construídos em 
aço inoxidável, bronze e chumbo e podem ser revestidos com plástico. 
3.4.6 Termômetro de Bourdon de Enchimento Líquido e Gás 
Novamente estes contém os mesmos elementos básicos como os dois tipos anteriores, 
o sistema é evacuado e preenchido com nitrogênio ou hélio sob alta pressão. O funcionamento 
desse termômetro é baseado na lei dos gases de Charles, em que: 
 
 
 
151 
AUT 
 
- se o "volume do gás" for constante, a pressão absoluta elevar-se-á com o 
aumento absoluto da "temperatura" total ou parcial do gás, ou melhor: 
- se a massa e o volume de gás são considerados constantes, então, a pressão 
absoluta no sistema é proporcional à temperatura, de maneira que uma variação 
da temperatura no bulbo irá mostrar uma troca da pressão no tubo Bourdon. 
Cuja equação é: 
 
P1 P2 
------------ = ----------- 
T1 T2 
 
Onde: 
P1 = pressão menor,; 
P2 = pressão maior; 
T1 = temperatura menor; 
T2 = temperatura maior. 
Suas principais características são: 
a) A deflexão no tubo é proporcional à pressão e esta é proporcional à temperatura, 
dando um relacionamento linear. 
b) Variações na temperatura ambiente podem produzir erros, e a compensação é feita 
por uma lâmina bimetálica na extremidade do tubo Bourdon. 
c) A faixa de utilização é de –193ºC a 600ºC. 
d) Eles são muito usados quando o comprimento do tubo capilar for limitado para 
aproximadamente 2m, diminuindo assim a influência da temperatura ambiente e 
conectado através de um fole para o mecanismo de operação de um transmissor de 
temperatura pneumático ou elétrico. 
e) Possibilidade de surgimento de problemas com a fuga de gás através das 
soldagens e do bulbo. 
f) O volume do bulbo é muito grande em relação ao do tubo capilar. 
3 . 4 .6 . 1 S is t ema s d e Compe ns aç ão 
O sistema de compensação visa a equalizar o erro que os sensores apresentam em 
virtude das variáveis que os afetam. São dois os sistemas de compensação mais usados para 
os sensores termométricos de enchimento: 
 Compensação do Mostrador 
É a equalização do erro no 
elemento receptor causado pelo 
fato de estar o sistema 
termométrico cheio de liquido, que 
faz com que as variações de 
temperatura ambiente afetem não 
somente o liquido no bulbo, mas 
ainda o existente no tubo capilar e 
o próprio elemento receptor (tubo 
Bourdon, fole, etc.). 
 
 
Fig. 3.52 - Compensação do mostrador em um 
termômetro de Bourdon do tipo espiral. 
 
 152 
Existirá suficiente compensação do mostrador, quando o bulbo possuir pequena 
extensão e quando a variação da temperatura ao longo do capilar for desprezível. 
A compensação do mostrador é feita pela colocação de uma lâmina de um bimetálico 
rigidamente presa à ponta fixa do hélice, (figura ao lado). 
 
Como funciona a compensação do mostrador ? 
 
 
Variando a temperatura ambiente nas proximidades do elemento Bourdon (espiral), o 
bimetálico responde com um aumento ou uma diminuição ao movimento da espiral,de forma a fornecer uma leitura correta, apesar do efeito da temperatura local. 
Compensação Total do Capilar 
É a compensação do mostrador e da tubulação, a qual deve ser empregada em todos 
os casos em que os bulbos possuírem uma extensão muito longa ou quando a temperatura do 
local apresentar variações muito grandes ao longo do tubo capilar. 
 
 
Fig. 3.53 - Compensação total do termômetro de Bourdon - formato espiral. 
Empregam-se para este tipo de compensação duas espirais e dois tubos capilares 
(figura 3.53). A espiral de medição está ligada ao bulbo na maneira usual. A espiral de 
compensação está ligada a um capilar colocado dentro da mesma armadura do capilar ligado à 
espiral de medição e que termina fechado, junto do bulbo. A espiral de compensação e seu 
capilar são também enchidos com o liquido. 
 
Como funciona a compensação total? 
 
 
Modificações na temperatura próximas ao mostrador, ou ao longo do capilar, afetam 
igualmente a ambas as espirais. Como as espirais são montadas em oposição, os 
efeitos se cancelam. Portanto, quaisquer variações na temperatura ambiente são 
somadas ou subtraídas no movimento da espiral de medida, forçando o instrumento a 
indicar corretamente a temperatura 
 
 
 
 
153 
AUT 
Proteção a Temperatura Excessiva 
A proteção dada a um instrumento 
contra uma temperatura excessiva é a 
máxima temperatura a que o bulbo pode ser 
exposto, indefinidamente, sem dano ao 
sistema. 
 
Fig. 3.54 - Tubo capilar autocompensável. 
Erro de Elevação do Bulbo 
Quando o bulbo de um sistema de enchimento liquido é colocado acima ou abaixo do 
nível do mostrador, forma-se uma pressão diferencial igual à diferença de altura entre o bulbo e 
a espiral. Este fato causa uma leitura errônea. 
 
Se o bulbo estiver acima do 
mostrador, a leitura é mais 
alta do que a real. O erro pode 
ser determinado e a correção 
aplicada à leitura feita. 
A figura ao lado apresenta um 
diagrama que mostra o tempo de resposta 
de vários tipos de termômetros com bulbo 
cheio com fluido. 
 
Fig. 3.55 - Diagrama de tempo e resposta de 
vários termômetros. 
3.4.7 Termopar 
São sensores de temperatura que enviam diretamente uma variação de tensão elétrica 
proporcional a variação da temperatura, devido as suas propriedades termoelétricas. 
Dependendo do material que são fabricados e do processo, podem medir temperaturas que 
variam de -100°C á 1.800°C. onde são exigidas respo stas rápidas. Na prática industrial e 
comercial são identificados como TC. 
 
Como é constituído e como funciona o termopar? 
 
 
Basicamente, consiste em um par de condutores metálicos de materiais diferentes 
ligados em uma extremidade, formando a junção quente ou de detecção (T) e na 
outra extremidade, formando a chamada junção fria ou junção de referência (TR) 
conectada a um instrumento de medição elétrica, como um milivoltímetro ou a um 
potenciômetro (M). A f.e.m. medida normalmente é comparada a alguma referência, 
tal como o ponto de congelamento. Alterando a temperatura da junção quente, 
obviamente haverá uma diferença de temperatura entre as junções, que provocará 
uma corrente fluir no circuito, devido às duas f.e.m. geradas nas junções, ou seja, 
haverá um aumento da voltagem. A f.e.m. resultante é medida pelo instrumento 
elétrico e convertido em graus de temperatura. 
 
 
 154 
 
Fig. 3.56 - Funcionamento de um termopar. 
 
Fig. 3.57 - Junção quente (T) do 
termopar. 
3 . 4 .7 . 1 P r in c ip i o d e F un c io nam en to d o Term opa r 
O princípio de funcionamento desse sensor está baseado no fenômeno da 
termoeletricidade ou seja na resultante da f.e.m. gerada no circuito. 
 
Você sabia que em 1821,Thomas Johan SEEBECK descobriu o fenômeno da 
termoeletricidade (corrente termelétrica, ilustrada nas figuras acima). 
Observou ele que, quando se funde um fio de cobre (condutor A) com um de ferro 
(condutor B), formando um circuito, e aquece-se uma das junções fundidas com uma 
temperatura T1, enquanto a outra extremidade se encontra a uma temperatura T2, 
uma corrente contínua circula pelo circuito. Esta corrente continuará fluindo enquanto 
houver diferença entre as temperaturas T1 e T2, ou seja, obterá uma força 
eletromotriz (f.e.m.) Ele também descobriu que a corrente fluía do cobre para o ferro 
na extremidade aquecida. Isto permitiu definir que o conduto A é positivo em relação a 
B, se a corrente flui de A para B na junção de menor temperatura. 
Esta foi a primeira observação de que se tem conhecimento do fenômeno de corrente 
termelétrica. Descobertas posteriores revelaram que o fluxo de corrente observado por 
Seebeck era aparentemente o resultado de duas causas separadas: 
1) da diferença de temperatura entre a junção quente e a fria dos dois condutores 
(conhecida por efeito THOMSON); e 
2) da composição metalúrgica dos dois condutores dissimilares soldados na junção 
quente (conhecida como efeito PELTIER). 
3 . 4 .7 . 2 A f . e .m. de Pe l t i e r 
 
Você sabia que em 1834, Jean Peltier descobriu que, quando uma corrente circula 
pela junção de dois condutores metálicos, dá origem a uma absorção ou liberação de 
calor. Se a corrente flui no mesmo sentido que a produzida pelo efeito Seebeck, na 
junta quente o calor é absorvido, enquanto que na junta fria o calor será liberado. A 
quantidade de calor liberada ou absorvida, é proporcional à quantidade de eletricidade 
(Coulombs) que atravessa a junção. Portanto, a quantidade de calor liberada ou 
absorvida quando 1 Coulomb passa pela junção, é chamada de efeito Peltier. O efeito 
Peltier é praticamente insignificante quando se quer medir a f.e.m. de Seebeck. 
A parte da f.e.m. total de um termopar causada pela diferença de potencial na junção de 
dois condutores heterogêneos é a f.e.m. Peltier. Esta diferença de potencial varia com a 
temperatura da junção, mas nada garante que varie uniformemente. 
 
 
 
155 
AUT 
Pode ser mostrado que a magnitude do efeito Peltier é dada pelo produto da 
temperatura absoluta na junção pela taxa de variação da f.e.m. naquela temperatura, também 
conhecida por potência termoelétrica. 
 
ωωωω = Tabs. x ∝∝∝∝ 
ωωωω = Magnitude do efeito Peltier. 
Tabs. = derivada da corrente elétrica. 
∝∝∝∝ = Taxa de variação da f.e.m.. 
 
 dE 
 ∝∝∝∝ = -------- 
 dT 
∝∝∝∝ = Taxa de variação da f.e.m.. 
dE = derivada da corrente elétrica. 
dT = derivada da temperatura. 
3 . 4 .7 . 3 A f . e . m . Tho mson. 
 
Thomson descobriu que haverá um diferencial de potencial (f.e.m.) numa única 
seção do condutor de material homogêneo se uma extremidade estiver a uma 
temperatura maior que a outra. 
A teoria usada para explicar este fenômeno é complexa e não se ajusta exatamente a 
todos os efeitos observados experimentalmente. 
3 . 4 .7 . 4 Mat er ia l do s Term opa re s 
Os fios dos termopares são escolhidos de tal forma que produzam uma grande f.e.m. e 
que variem linearmente com a temperatura. O material do termopar, escolhido idealmente, 
deve permitir que: 
a) as f.e.ms. de Thomson dos dois fios somem-se no circuito; 
b) as f.e.ms. de Thomson variem diretamente com a temperatura; 
c) as f.e.ms. de Peltier, que desenvolvem potenciais na junção quente, tenham o 
mesmo sentido das f.e.ms. de Thomson; 
d) as f.e.ms. de Peltier variem diretamente com a temperatura; e 
e) a potência termelétrica seja tão elevada quanto possível. 
Nenhum metal conhecido, ou liga, tem estas características, embora alguns se 
aproximem muito delas. Visto que não há termopares de comportamento ideal, todas as curvas 
de f.e.m. desviam-se de uma reta ou de uma resposta linear, de algum modo (figura a seguir). 
Num esforço para tentar ajustar-se aos resultados observados experimentalmente, 
foram desenvolvidasequações empíricas. Uma destas equações foi desenvolvida para 
termopar de metal nobre platina-platina-ródio e pode ser expressa por: 
 
∑ e = a + b . T + c . T2 
 
onde: 
e = força eletromotriz do termopar em milivolts; 
T = temperatura em graus Kelvin; 
a, b, c = constantes que dependem do metal condutor ou 
liga. 
Exemplo: A equação para um termopar platina-platina-ródio é: 
e = 0,323 + 0,000827 + 0,000001638 T2 mV 
 
 156 
Nas aplicações industriais, a 
escolha dos materiais usados para 
confeccionar um termopar depende: 
a) da faixa de temperatura a serem 
medidas; 
b) do tipo de meio ao qual o 
material será exposto; 
c) da precisão exigida na medição; 
d) da boa resistência à oxidação 
e/ou corrosão no meio e na faixa 
de temperaturas em que será 
usado; 
e) da resistência à variação das 
características que afetarão sua 
calibração; 
f) ser imune a correntes 
parasíticas; e 
g) ter reprodução de leitura dentro 
dos limites de precisão exigidos. 
 
Fig. 3.58 - Gráfico das curvas da relação temperatura 
x f.e.m. de termopares do tipo comum. 
 
 
Fig. 3.59 - Limitações, em temperatura, dos condutores dos termopares 
Várias combinações de metais diferentes fornecem bons termopares para uso industrial. 
Essas combinações de condutores devem possuir relações razoavelmente lineares entre 
temperatura e f.e.m. e devem ser capazes de desenvolver uma f.e.m. por grau de variação de 
temperatura que possa ser detectada com instrumento de medição padrão. 
Para estas severas exigências não existe nenhuma combinação de metais que 
satisfaça a todas. Baseada na experiência ganha com anos de aplicação, a indústria 
 
 
 
157 
AUT 
padronizou algumas combinações de fios que atendem a maioria das necessidades. Ver 
gráfico de barra da figura 3.59 e a tabela 3.4. 
 
Em um termopar um fio é positivo e o outro é negativo. O nome do metal indicado 
antes do “epiteu” (travessão) designa que o fio é positivo, e o ligado depois designa 
que é negativo 
Exemplo: num termopar Ferro-constantan, o ferro é usado para fio positivo e constantan para 
fio negativo. As características e domínio dessas combinações de fios são resumidas na tabela 
a seguir. 
MATERIAL 
 
COMPOSIÇÃO 
(%) 
GAMA DE 
TEMPERATURAS 
f.e.m. 
(mv) 
CARACTERISTICAS 
 
COBRE–
CONSTANTAN 
99,9 % 
(45Ni+55Cu) 
-184 a 315 °C ¯ 5 á ¯ 8 Baixa resistência elétrica. Li nearidade; a 
resistência à corrosão. 
Reprodutibilidade de alto grau de 
precisão. 
FERRO-
CONSTANTAN 
TIPO (J) 
(45Ni+55Cu) 
150 a 750 °C 8,5 á –44 Atmosferas oxidantes com temp eratura 
inferior a 6000. Sem capas protetoras 
até 290 °C. 
CHROMEL P-
CONSTANTAN 
(90Ni+10Cr) 0 a 700 °C 10 á -55 Devido à f.e.m. alt a, é bastante 
utilizado. 
FERRO-
CONSTANTAN 
(Tipo K) -18 á 870 °C Usado em meios redutores em que 
existe falta de oxigênio livre. Acima de 
5780C, utiliza fios de maior diâmetro e 
capas protetoras. 
 (Tipo K) -18 á 1315 °C Usado em meios onde existe excesso 
de oxigênio livre. 
PLATINA–
PLATINA–RÓDIO 
 
Tipo R = 10; e 
Tipo S = 13% Ro 
 São usadas para temperaturas 
elevadas. São chamados de termopares 
de metal nobre. 
São afetados desfavoravelmente em 
meios que contêm gases redutores. 
Tabela 3.4 – Características de materiais dos termopares. 
Não são somente diferentes combinações de fios, mas diferentes bitolas de fios nas 
mesmas combinações de metais, que podem ser necessárias para se obter a resistência física 
necessária a uma dada aplicação. O gráfico da figura 3.59 nos mostra as limitações em 
temperatura de diversas combinações com condutores de bitolas apropriadas. 
Os termopares raramente são usados na forma de fios nus, exceto na junção de 
detecção. A capa dos fios pode ser de esmalte resistente ao calor ou verniz, borracha 
resistente ao calor, algodão trançado encerado, asbesto trançado, trançado de vidro 
impregnado de silicone, asbesto impregnado de silicone, trançado de fibra de vidro, trançado 
de vidro/teflon, nylon extrudado, trançado de sílica de alta temperatura, tubos de cerâmica, 
filetes de cerâmica, óxido de alumínio ou molibdênio. Também são usadas combinações de 
capas em que de cada fio é protegido separadamente, sendo o conjunto posteriormente 
encapsulado em uma única cobertura . 
 
 158 
 
Fig. 3.60 - Tipos de capas protetoras dos 
termopares e termoresistência. 
A aplicação industrial em relação ao meio 
e à faixa de temperaturas normalmente impõe os 
requisitos para as capas de proteção. 
Quando a aplicação requer a medição de 
temperaturas em meios corrosivos ou outros que 
são altamente prejudiciais aos metais usados no 
termopar para formar a junção exposta, utiliza-se 
um tubo protetor sobre o termopar, além da capa 
protetora sobre os fios acima da junção soldada. 
Esses tubos protetores ou poços são construídos 
numa variedade de materiais que depende da 
aplicação do termopar. 
Os tubos/poço são construídos em ferro forjado, 
ligas revestidas com ferro forjado, ferro fundido, aço 
sem costura (inconsútil), aço inoxidável, níquel, inconel, 
fyrestan, carboneto de silicone com rebordos de 
cerâmica ou outros materiais que prolonguem a vida e 
precisão do termopar para a aplicação desejada. 
Em aplicações nas quais são usadas grandes 
pressões, os tubos de proteção são geralmente 
construídas em peça única perfurada, ou são montados, 
soldando-se um tubo, uma bucha e uma cabeça 
sextavada. Estes dois tipos de confecção são vistos na 
figura 3.60. Esses tubos de proteção podem ser tanto 
retos como angulares, de acordo com a instalação. 
 
Fig. 3.61 - Ponta soldada. 
 
Fig. 3.62 - Nomenclatura do 
termopar. 
Na figura 3.62, vê-se a seção transversal de um termopar. Pode-se aumentar a sua 
sensibilidade, reduzindo-se a massa da junção de medição. Um método de se realizar esta 
redução de massa é soldar de topo os dois fios do termopar, conforme a figura 3.61. 
 
 
 
159 
AUT 
Em lugares em que a resistência mecânica da solda de topo é inadequada, os dois fios 
são retorcidos, conforme a figura 3.62, soldando-se as extremidades. Costuma-se dar três 
voltas aos fios e, em algumas aplicações, até cinco. Para se obter uma junção sólida em 
medidas exatas e com boa repetibilidade, é necessária uma soldagem comum ou forte bem 
executada. 
Quando o dispositivo de proteção tem o menor diâmetro possível, o termopar responde 
mais rapidamente a uma variação de temperatura. Diâmetros maiores e paredes mais 
espessas provocam uma resposta mais lenta. 
Termopar com milivoltímetro 
Na maioria das aplicações industriais, são muito convenientes as características de 
sensibilidade, precisão e controle automático do termopar a milivoltímetro. 
 
São largamente utilizados para indicação e controle das temperaturas dos motores, 
fornalhas, fornos, autoclaves. São também freqüentemente usados com alarmes de 
excesso de temperatura e dispositivos de corte (desligar) na maioria dos 
equipamentos térmicos. 
Para indicação remota ou para controle automático a junção fria deve ser instalada em 
um local em que a temperatura ambiente seja estável e ajustes possam ser feitos facilmente, 
no caso de variação na temperatura ambiente. 
Como o sinal de saída do termopar é somente na faixa de 0 a 100 mV, para leitura 
remota com extensão dos fios, a partir da cabeça do termopar, devem ser feitas por cabos com 
propriedades iguais. 
Freqüentemente, a junção fria é colocada na caixa do instrumento indicador ou nas 
proximidades do controlador, os quais podem estar em sala de controle com ar condicionado, 
fornecendo condições completa e estáveis. O ajuste automático do circuito elétrico para 
compensar a variação de temperatura na junção fria pode ser fornecido pelo fabricante. 
 
Um métodoé fixar uma lâmina bimetálica entre uma mola de controle (cabelo) na 
extremidade do ponteiro do instrumento e a sua carcaça, de maneira que uma 
variação causaria um reajuste ao ponteiro, chamada de compensação do mostrador, 
semelhante ao termômetro de Bourdon. 
Pode ser que o elemento indicador (o milivoltímetro) tenha uma resistência fixa para 
obter leituras precisas, então é essencial que o termopar e os fios de ligação possuam a 
mesma resistência que ele. É extremamente importante que todas as conexões sejam limpas e 
sólidas, porque uma conexão fraca ou suja, ou mal soldada, pode criar uma falsa junção fria e 
gerar erros grosseiros na indicação. 
É igualmente importante que os fios de extensão usados sejam de material adequado, 
ou seja, que tenham quase as mesmas características termelétricas que as do material do par. 
Muito freqüentemente o fio do próprio termopar é usado como fio de extensão, pois o termopar 
na verdade é constituído pelo par mais os fios de extensão. 
 
Os termopares não podem ser ligados a fios condutores comuns porque cada 
ligação se comportaria como um termopar adicional com características diferentes. 
 
 160 
O tamanho ou bitola do fio de extensão pode ser variado de modo a ajudar a casar a 
resistência do medidor, especialmente quando são feitas medições múltiplas de termopares 
localizados em distâncias diferentes dos instrumentos de medição. 
Os componentes básicos de um termopar com milivoltímetro são vistos na figura a 
seguir. 
 
Fig. 3.63 - Termopar ligado a um 
milivoltímetro. 
Funcionamento: Um campo magnético, criado pelo 
ímã e por peças polares, circunda uma bobina que 
está suspensa por meio de pivôs e mancais de 
rubis. O ponteiro indicador é ligado à bobina. A 
corrente elétrica gerada pelo termopar passa 
através da bobina e cria um campo magnético 
oposto, que é proporcional a passagem da corrente 
pela bobina e faz com que esta gire. O giro da 
bobina movimenta o ponteiro ao longo da escala. A 
bobina e o ponteiro são deflexionados contra os 
cabeços, que retardam o movimento da bobina e do 
ponteiro e fazem com que voltem ao zero da escala 
quando não há fluxo de corrente. Eles também 
levam a corrente até a bobina. Assim, quando o 
milivoltímetro está ligado ao termopar, na verdade 
não mede a temperatura, mede a voltagem. Mas, 
uma vez que existe uma relação definida entre a 
voltagem gerada pelo termopar e o montante de 
calor detectado por ele, a escala no milivoltímetro 
pode ser graduada em unidades de temperatura. 
Ligações com mais de um termopar 
Existem aplicações nas quais é vantajoso usar-se mais de um termopar. Os termopares 
podem ser usados em série ou paralelo para se atingirem os requisitos da aplicação a que se 
destinam. 
Ligação em série: Utilizada quando é necessário obter-se alta sensibilidade. A f.e.m 
total desenvolvida é a soma de cada termopar utilizado. A resistência total é a soma das 
resistências individuais. Isto é mostrado de forma algébrica nas equações a seguir. A 
temperatura média do sistema ou processo é achada, dividindo-se a f.e.m total pelo número de 
termopares usados. Esse arranjo em série proporciona maior sensibilidade, mas pode ser de 
menor precisão pois podem ser introduzidas incertezas devidas à heterogeneidade dos pares. 
Em = E1 + E2 + E3 + ... + En 
 e 
RT = R1 + R2 + R3 + ... + Rn 
onde: 
- Em = diferença de potencial no milivoltímetro; 
- E1, 2, 3, n = potencial desenvolvido por cada 
termopar utilizado; 
- RT = resistência total; e 
- R1,2,3n = resistência de cada termopar. 
Ligação em paralelo: Num arranjo em paralelo, vários termopares devem ser 
conectados diretamente aos dois terminais comuns através dos quais se mede a f.e.m. Este 
arranjo mede somente f.e.ms. médias. 
Num arranjo paralelo, a resistência do medidor-indicador e a carga têm efeito sobre a 
indicação do potencial, como se vê na equação a seguir: 
 
 
 
161 
AUT 
 e1 e2 e3 en Rm 
Em = (------ + ------ + ------ + ------ ) . (------------------------------------------------------- ) 
 r1 r2 r3 rn 1 + (RM + RL)(1/r1 + 1/r2 + 1/r3 + 1/rn) 
onde: 
- Em = diferença de potencial através do medidor-indicador; 
- RM = resistência do medidor-indicador; 
- RL = resistência de linha no circuito; 
- r1, 2, 3n = resistência de cada unidade; e 
- e1, 2, 3n = potencial gerado por cada unidade. 
3.4.8 Pirômetro 
 Dois são os tipos de 
pirômetros: óptico e de 
radiação total. 
Pirômetros ópticos: são os que 
medem a temperatura de um 
corpo em função da radiação 
luminosa. 
 
 
Fig. 3.64 - Pirômetro óptico. 
 
 
Você sabia? 
• Se um espelho for girado um certo ângulo, o raio refletido girará duas vezes esse 
ângulo. Esse princípio pode ser utilizado para fornecer uma ampliação (igual a 2) de 
um deslocamento angular. 
• Uma fonte de luz, colocada no ponto focal de uma lente convexa, originará raios 
paralelos de luz emergindo da lente. Diz-se que a lente produz um facho da luz 
colimado e ela é chamada de lente colimadora. 
• Se raios de luz paralelos incidirem perpendicularmente sobre um espelho plano, isto 
é, com ângulo de incidência zero, então os raios refletidos retornarão ao longo da 
mesma trajetória dos raios incidentes. Se, entretanto, os raios paralelos não 
atingirem o espelho com ângulo de incidência zero, então os raios refletidos não 
retornarão pela mesma trajetória. (figura 3.65). 
• Quando os raios retornam, ao longo da mesma trajetória, através de uma lente 
convexa, então a imagem é formada na mesma posição da fonte da qual os raios 
emergiram inicialmente. Quando não retornam ao longo da mesma trajetória, a 
imagem se forma numa posição diferente da posição da fonte inicial 
Funcionamento: (figura 3.65) Um raio de luz que incida sobre um espelho com um ângulo de 
incidência (i) será refletido com um ângulo da reflexão igual. Se o espelho girar um ângulo (θ), 
então o ângulo de incidência mudará para (i + θ). O ângulo de reflexão também deverá tornar-
se (i + θ) . Antes da rotação do espelho, o ângulo entre os raios incidente e refletido era (2i) e, 
 
 162 
depois da rotação, é 2. (i + θ ). Assim, o ângulo entre os raios incidente e refletido variou (2θ) , 
como resultado de uma rotação (θ). 
 
Fig. 3.65 - Princípio de funcionamento do pirômetro óptico. 
Características 
Uma ampliação maior é conseguida com lentes de maiores distâncias focais. A 
distância entre o refletor, isto é, o espelho, e a lente não tem efeito sobre a ampliação; somente 
a distância focal determina a ampliação. Ângulo que gira não deve ser muito grande, caso 
contrário o facho de luz refletida se desviará inteiramente da lente. Esse fator limita a distância 
entre o espelho e a lente. 
Os pirômetros de radiação podem medir uma temperatura à distância e sem contato, 
baseiam-se na lei de Stefan-Boltzmann, cujo enunciado é: 
 
A intensidade de energia radiante emitida por uma superfície de um corpo, 
aumenta proporcionalmente à quarta potência de temperatura absoluta do 
corpo ( = KT4). 
Pirômetros de radiação total são os que medem a temperatura, captando parte da 
energia de radiação emitida pelo corpo. 
 
Fig. 3.66 - Termômetro de radiação 
 
Fig. 3.67 - Pirômetro de radiação total. 
3.4.9 Termoresistência 
Nesse instrumento a medição da temperatura depende das características de 
resistência em função da temperatura do elemento sensor. 
 
 
 
163 
AUT 
 
O elemento sensor consiste normalmente em um enrolamento de fio, de um 
condutor adequado (níquel, cobre, platina), bobinado entre capas de material isolante 
e protegido por revestimento de vidro ou cerâmica. 
O material que forma o condutor caracteriza-se pelo chamado