CURSO DE AUTOMAÇÃO APLICADA A GASODUTOSsulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Gasodutos1.pdf · Automação aplicada ao Processo Industrial 2.3. Supervisão de Processos 2.4. Controle de

CURSO DE AUTOMAÇÃO APLICADA AGASODUTOS

CURSO DE AUTOMAÇÃO APLICADA AGASODUTOS

Paulo Correia

PETROBRAS TRANSPORTE

TRANSPETRO/DTO/CF

Tel:3211 9049

Email:[email protected]

[email protected]

(colaboradores :Marcos José ,Túlio - DGN Paulo Tujal- SE)

Ementa

1. Noções de processo de Gás Natural 2- Automação Industrial- Conceitos Gerais

2.1. Processo Industrial2.2. Automação aplicada ao Processo Industrial2.3. Supervisão de Processos2.4. Controle de Processos2.5. Sistemas Aplicáveis

SCADASDCD

3. Sub-Sistema de Automação3.1. Estrutura Típica de um sistema de controle

3.1.1.Sensores e Transmissores3.1.2.Instrumentos e Sistemas de Controle

PressãoTemperaturaVazão

- Elementos deprimogênicos; P.O.; Pitot; Anubar ; - Ultrassom - Coriolis - Deslocamento positivo

Curso de Automação Aplicada a Gasodutos

EMENTA

3.2. Sistemas de Controle3.2.1. Componentes de um Sistema de Controle

SensoresControladoresElementos Finais de Controle

3.2.2. Malha de Controle3.2.3. Problemas dos Sistemas de Controle

RetardoFaixa ou Banda MortaInércia de FluídosLimitações do Algoritmo PID



EMENTA

3.4 Unidades e Interface com o Processo (UIP)3.4.1 CLP – Funções3.4.2. Componentes Típicos do CLP

CPUFonte de AlimentaçãoMódulo de ComunicaçãoProtocolos de Comunicação (MODBUS ...)Módulos de Entrada e Saída (I/O)Discretos (ou digitais), analógicos, TTL, BCD, termopar ...PID

3.4.3 Rede de CLP’s3.4.4 Programação (LADDER, lista de instruções, diagrama de blocos funcionais,

programação estruturada com sub-rotinas parametrizadas, linguagens “BASIC” ou “PASCAL” ou “C”)

3.4.5. UTR’s

4. Sub-Sistema de Telecomunicações4.1. Arquitetura do Sistema VSAT (PETROSAT)

DefiniçõesArquiteturaMétodos de AcessoAtrasos Intrínsecos ao Sistema

EMENTA

5 Sub-Sistema de Estação de Supervisão e Controle (ES C)5.1. Resumo Geral de um Sistema SCADA

Arquitetura do Sistema Software de Aplicação OASYS – CNCO/GN TRANSPETRORede ETHERNETDriver de Comunicação

5.2. Arquitetura de típica de um PTE (City Gate ou Ponto de Transferência e Entrega) 5.3. Arquitetura da Estação de Supervisão e Controle aplicada a uma ECOMP (Est. Comp.)5.4 Arquitetura da Estação Mestre Nacional

5.5 Aplicações de Controle Lógico – GMS – Empacotamento\Balanço do duto; Controle de Contratos; cálculo do Gás entregue ; Nominação


Curso de Automação Aplicada a Gasodutos1- Noções de Processo de Gás Natural

• O GN é uma mistura de HCs leves, dos quais o metano tem uma participação superior a 80 % em volume, e menores quantidades de gases inorgânicos. A composição depende dos fatores envolvidos no processo de produção, coleta, condicionamento e escoamento do gás.

• O GN é encontrado no subsolo, por acumulações em rochas porosas (rocha mãe) , isoladas do exterior por rochas impermeáveis, associadas ou não a depósitos petrolíferos. É o resultado da degradação da matéria orgânica de forma anaeróbica oriunda de quantidades extraordinárias de microorganismos que, em eras pré-históricos, se acumulavam nas águas litorâneas dos mares da época. Essa matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades e, por isto, sua degradação se deu fora do contato com o ar, a grandes temperaturas e sob fortes pressões.

• Os reservatórios de gás natural são constituídos de rochas porosas capazes de reter petróleo e gás. Em função do teor de petróleo bruto e de gás livre classifica-se o gás, quanto ao seu estado de origem, em gás associado e gás não-associado.

• Gás associado : é aquele que, no reservatório, está dissolvido no óleo ou sob a forma de capa de gás. Neste caso, a produção de gás é determinada basicamente pela produção de óleo. Um poço com produção acima de 100.000 ft3 gás por barril de óleo (17810 m3 gás/m3 óleo) é considerado poço de gás. Parte do gás é utilizada pelo próprio sistema de produção, em processos conhecidos como reinjeção e gás lift, com a finalidade de aumentar a recuperação de petróleo do reservatório, se não houver consumo pode ocorrer a completa reinjeção do gás no reservatório, como na Amazônia.

Curso de Automação Aplicada a Gasodutos• Gás não-associado : é aquele que, no reservatório, está livre ou em presença de

quantidades muito pequenas de óleo. Nesse caso só se justifica comercialmente produzir o gás.

• Se estiver contaminado por compostos de enxofre, o gás é enviado para Unidades de Dessulfurização antes do processamento.

• Em plataformas marítimas, o gás é desidratado antes de ser enviado para terra, para evitar a formação de hidratos, composto


Produção • Com base nos mapas do reservatório, é definida a curva de produção e a infra-

estrutura necessárias para a extração. Parte do gás natural pode ser aproveitado para estimular a recuperação do petróleo através dos métodos de reinjeção de gás.

Processamento

• Ao ser produzido, o gás deve passar inicialmente por vasos separadores para retirar a água, os hidrocarbonetos pesados e as partículas sólidas (pó, produtos de corrosão, areia, etc.).

• Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN), desidratam e fracionam, por absorção com refrigeração ou de turbo expansão, gerando as seguintes correntes:metano e etano (que formam o gás processado ou residual); propano e butano (que formam o GLP); e um produto na faixa da gasolina, denominado C5+ ou gasolina natural.

• PLANTA DE TRATAMENTO DE GÁS


Curso de Automação Aplicada a Gasodutos• Em plataformas marítimas, o gás é desidratado antes de ser enviado para terra, para

evitar a formação de hidratos, compostos sólidos que podem obstruir os gasodutos e o processamento e feito on-shore.

• Transporte: Depois de seco e com a extração de compostos de S predominantemente , através de dutos em altas pressões .

A diferença fundamental entre o gás natural e os demais combustíveis está na razão volume energia, o estado gasoso é o de menor densidade, 1 m3 de gás, nas condições ambientais, possui 9300 kcal e pesa cerca de 750 g, enquanto que 1 litro de diesel 8986 kcal e pesa cerca de 830 g. O transporte do gás é definido pelo processo de redução de volume empregado, aumento de pressão ou liquefação por criogenia, o processo de menor consumo energético é a pressurização.


• O método tradicional de transporte tem sido os dutos subterrâneos que transportam milhões de metros cúbicos por gradiente de pressão.

• Para distâncias > 5000 km a liquefação, que acarreta redução de volume em cerca de 600 vezes, torna-se competitiva. Para se tornar um gás líquido, o gás natural é refrigerado e mantido à temperatura de -160ºC, à pressão próxima da atmosférica, em tanques criogênicos em terminais.

• GNL : O transporte marítimo do GNL é efetuado em navios com capacidade de 135.000 m3 ou superiores, e o fluvial através de barcaças ou navios de pequeno porte com capacidade que varia de 600 a 6.000 m3.

• Os terminais de recepção são dotados de tanques criogênicos planta de vaporização de GNL (usinas de regaseificação) seguido de estágio e compressores. Navios especiais podem ser utilizados como terminais de GNL (isto é o caso dos terminais no Brasil de Ilha Cumprida, TNC e o futuro terminal da Bahia).

Curso de Automação Aplicada a Gasodutos• As principais categorias de consumidores são: residencial, automotivo, comercial,

industrial ou termelétricas, cada categoria possui um perfil característico de demanda.

• A principal característica sistema de distribuição é a capilaridade e não a distância como no transporte. Tradicionalmente a distribuição é feita por dutos a baixas pressões, geralmente inferior a 35 bar, nas redes urbanas as pressões variam de 5 a 8 bar.

• Em casos específicos, para pequenas quantidades, são utilizados cilindros de alta pressão GNC (Gás Natural Comprimido), quando utilizado em veículos é denominado GNV (Gás Natural Veicular), vendido nos postos de serviço à pressão de 200 a 220 bar.

• O gás natural para fins automotivo por suas propriedades adapta-se a substituição de combustíveis para motores do ciclo Otto, considerando-se o rendimento e os preços a economia é cerca de 68% para gasolina e 57% para álcool. Para veículos a diesel o gás pode ser utilizado na forma combinada com o diesel, ou substituindo o motor a diesel por outro apenas a gás.

• Comparativo entre o GNC e outros combustíveis autom otivos.

Características Unidades GNC Gasolina Diesel GLP E tanol Octanagem 0ctanas 125/130 60/90 - 90/100 90 Poder Calorífico Kcal/Kg 10720 11230 10830 11730 7090 Peso Específico Kg/m3 0,8565 738 839 2,08 789

Curso de Automação Aplicada a Gasodutos• Recentemente vem evoluindo uma nova alternativa, a síntese de gás ou

GTL (gas-to-liquid) que sinaliza superar as limitações de transporte e estocagem, sem incorrer nos altos investimentos do dos equipamentos criogênicos do GNL.

• A síntese do gás, ou conversão deste em hidrocarbonetos líquidos (GTL) tem a sua origem no processo desenvolvidos por Fischer e Topsch na década de 20 para o gás de hulha. Este processo foi utilizado na Alemanha durante a II Guerra e mais tarde pela África do Sul durante o embargo anti-apatheid, desta vez com o gás natural. A primeira aplicação por motivos puramente comerciais ocorreu no final da década de 80 na Malásia, no projeto Shell Middle Distilated Syntesis (SMDS), seguido, em 1993, pela planta de Mossgas na África do Sul. As seguintes vantagens podem ser obtidas com a utilização do GTL:

• Aproveitamento de reservas de gás distantes dos centro de consumo.

• Produção de combustíveis de superior qualidades do ponto de vista ambiental, um diesel livre de enxofre e aromáticos, reduzindo as emissões.



• Equação dos gases Perfeitos


Número de Avogadro Nas mesmas condições de pressão e temperatura, volumes iguais de um gás perfeito possuem o mesmo número de moléculas. Unidades SI: 1 mol gás = 6,02217x1023 moléculas Unidades Inglesas: 1 lbmol gás = 2,733x1026 moléculas

Curso de Automação Aplicada a GasodutosGás Real

Modelo para o Gás Ideal, considera as seguintes simplificações: 1. As moléculas se encontram em movimento caótico, regido pelos princípios da Mecânica Newtoniana. 2. As colisões das moléculas entre si e contra as paredes do recipiente que as contém são perfeitamente elásticas e de duração desprezível. 3. Toda energia interna se encontra na forma de energia cinética translacional, isto é válido para partículas monoatômicas, as moléculas poliatômicas possuem energias cinéticas de vibração e de rotação. 4. As moléculas não exercem força de interação (atração ou repulsão), exceto quando colidem. Nos gases reais para que as moléculas não exercem forças de interação apreciáveis, deve haver um pequeno número de moléculas por unidade de volume, isto é baixa pressão. 5. As moléculas têm dimensões desprezíveis em comparação com os espaços vazios entre elas, novamente, pequeno número de moléculas por unidade de volume, isto é baixa pressão.

Em resumo, a equação dos gases ideais é válida para a temperatura muito alta em relação a temperatura crítica e a pressão muito baixa em relação a pressão crítica.

Curso de Automação Aplicada a GasodutosFator de Compressibilidade

• Este coeficiente nunca é uma constante ou uma função simples, pois deve absorver toda a complexidade descartada na modelagem do fenômeno.

• Assim sendo, define-se o Fator de Compressibilidade Z representa o desvio da idealidade devido o fato das moléculas do gás real terem massa, ocuparem um volume e sofrerem interferência recíproca.

• Geralmente, para o gás natural, Z < 1 Z < 1 Volume Real < Volume Ideal Forças Atrativas Z > 1 Volume Real < Volume Ideal Covolume Fórmulas Simplificadas para Cálculo do Fator Z para gás natural


Para: 0,554<G<0,75


Teorema dos Estados Correspondentes • Nas mesmas condições de temperatura e pressões reduzidas, os alguns

gases apresentam os mesmos fatores de compressibilidade, assim define-se pressão reduzida e temperatura reduzida como o quociente entre os valores pressão e temperatura e os valores críticos para cálculo do fator de compressibilidade


Bases para medição de Vazão de gás Natural• O volume do gás e consequentemente a vazão é determinado pelas

condições de pressão e temperatura, na indústria dos gás são utilizadas as seguintes condições:

• Sendo:

• Q = Vazão @ P,T • T = Temperatura • P = Pressão • Z = Fator de Compressibilidade @ P,T • Qb = Vazão Base @ Pb,Tb • Tb = Temperatura Base • Pb = Pressão Base • Zb = Fator de Compressibilidade @ Pb,Tb Tb

Zb

Curso de Automação Aplicada a GasodutosCaracterísticas e propriedades

• A composição do GN varia bastante, de campo para campo, porém há, sempre, predomínio de metano e etano, os demais HCs de maior peso molecular ocorrem em menores proporções. Riqueza (C3+) é a denominação da concentração de hidrocarbonetos com peso molecular igual ou maior que o propano.

• N2, He, CO2, água e compostos de enxofre, tais como H2S, geralmente ocorrem em baixos teores. O termo gás ácido determina a presença de ácido sulfídrico, enquanto gás doce indica ausência.


• Densidade Relativa - a densidade para os gases é medida em relação ao ar. Devido a maior participação do metano, o gás natural é mais leve que o ar, em caso de vazamento se dispersa rapidamente.

• Poder Calorífico - quantidade de calor (energia) resultante da combustão completa de uma unidade de volume de combustível. O Poder Calorífico também pode ser definido em termos mássicos e molares.

– No processo de queima há formação de água junto com os produtos de combustão, como a temperatura dos gases de combustão é superior a 100 oC nos queimadores e motores de combustão interna, esta água está sob a forma de vapor, assim tem-se efetivamente o Poder Calorífico Inferior.


• A unidade SI de trabalho, energia e quantidade de calor é o joule (1 J = 1 N.m) porém a unidades de medidas correntemente utilizadas para expressar as quantidades comercializadas de energia são:



Gasodutos no Brasil

Sistemas de Gás Natural na PETROBRAS• Fontes : E&P- Gás Associado e Não Associado ; UO-BA,

UO-BC (Plataformas Marítmas - Terminal de Cabíunas), Unidade de Produção de Caragatatuba; UO-BS- Bacia de Santos, UO-ES, UO-RNCE(Terminal de Guamaré), UO-Seal, Terminais de Importação de NGL (Ilha Cumprida BG e Pecem CE e futuramente Bahia) .

– Gás Boliviano GASBOL ; CO, SP, SUL • Malha de gasodutos Sudeste e Nordeste Integrada • Gasoduto Urucu/Manaus • Gás Natural na PB recebe GN do E&P e comercializa executando

contrato com grandes consumidores como UTEs, Cimenteiras, Siderúrgicas e Cias Distribuidoras de Gás (não participa na distribuição que é feita pelas Cias Estaduais- tem participação em algumas). Executa a Logística despachando o gás através da malha de dutos operadas pela PETROBRAS TRANSPORTES –TRANSPETRO.


• Malha é operada através do CNCO/Gás na sede da TRANSPETRO no RJ tendo como meio um sistema SCADA (PE’s , ECOMPs e EDG).

• Sistema no Brasil não tem reservatório em cavernas como nos EUA o que limita a flexibilidade de operação. Produzir , tratar , transportar e entregar ao consumidor.

• O reservatório do sistema é seu próprio sistema de gasodutos que tem seu empacotamento aumentado quando a carga no sistema baixa (por exemplo saída de UTE sacionalidade produção de EE).

• O CNCO trabalha para manter o sistema em equilibrio observando a programação (o que é demandado contra o que entra no sistema, que absorve com o seu pulmão nos dutos as diferenças consumo/entrada). Queda drástica de ingresso pode levar G&E a determinar corte de consumidor, observando-se o estabelecido nos contratos

• Os PE’s tentam manter a pressão no estabelecido no contrato e podem para grande consumidores em casos extremos limitar vazão.



1-AUTOMAÇÃO: CONCEITO (definição simplificada e não acadêmica)

-Técnica que possibilita a mecanização para realização desassistida de um processo qualquer, liberando o homem da sua execução e controle (mas não inteiramente a supervisão). Aplica-se a todo e qualquer processo produtivo quer de serviços quer industrial (ex.: Fabricação-Planta de Refino, Indústria de Manufatura; Serviços - Indústria de Transporte por Pipelines, Bancos).

- Contempla de forma básica dois conceitos : Supervisão e Controle

. Supervisão: Ação através da qual o sistema provê, com processamento em tempo real, o acompanhamento e análise das variáveis de um processo através de telemedidas (telemetria), que são levadas geralmente a um operador. Exemplo de Sis. de Supervisão : Monitor cardíaco; Painel de alarmes; Sistemas de Telemetria de nível, temperatura e densidade de tanques .


• 1.1 PROCESSO INDUSTRIAL

.. Destinam-se a produção de bens acabados, semi-acabados ou insumos/matéria prima para outros processos. Podem ser divididos em processos contínuos e por bateladas. A industria de Petróleo recai predominantemente na primeira categoria

- Controle :

• Ação através da qual o sistema, com o emprego de um algoritmo previamente definido, efetua e processa de forma mecanizada, as ações necessárias à realização do processo produtivo. Exemplo de Controle : Controle da Pressão, Temperatura e eventualmente da Vazão em um Ponto de Entrega de GN ; Controle do ponto de operação de Compressor, etc.


• ESTRUTURA MACRO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO TÍPICO

PROCESSO

SENSORES TRANSMISSORES

ATUADORES

UNIDADE DE INTERFACE COM O PROCESSO

ESTAÇÃO DE SUPERVISÃO E CONTROLE

Sistema de Telecomunicações

IHM


O PROCESSO Instalações típicas em um Gasoduto onde ocorre o

processo de transporte a ser supervisionado e controlado

UPGN

ECOMP

P.E. P.E.P.E.

P.R.

P.E.


SENSORES/TRANSMISSORES

• Permitem a leitura das variáveis de processo e sua transdução em uma grandeza geralmente elétrica, para transmissão ao estágio/nível de controle. Em gasodutos e suas malhas de distribuição estas variáveis são tipicamente :– vazão, pressão e temperatura. – Sinal de saída

• elétrico : 4 a 20 mA –padrão atual, 0 a 10V, 1 a 5 V• pneumática (3 a 15 psi), esta última em crescente desuso

Existem também os chamados analisadores em linha, que possibilitam a determinação de dados da qualidade dos produtos (p.e: calorímetros e cromatográficos para GN – estes últimos se enquadrando tb como UIP). Seus sinais são predominantemente utilizados para cálculos destinados ao faturamento e, nos pontos de ingresso nos gasodutos, da qualidade da corrente e do conteúdo calórico da corrente entrante no duto.


Daniel 500 Gas Cromatograph


ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE OU ATUADORES

• Permitem a ação do sistema sobre o processo alterando conjunto de variáveis (variáveis manipuladas) para que as variáveis controladas se enquadrem nos valores desejados.

• Em gasodutos e suas malhas as variáveis manipuladas são predominantemente pressão e vazão e, as controladas são estas acrescidas de temperatura.

• Permitem o comando remoto de válvulas através dos comandos de abrir/fechar e parar


UNIDADE DE INTERFACE COM O PROCESSO Funções

• I/O (Input/Output) do sistema

• conversão dos sinais dos sensores/transmissores em sinais digitais/lógicos, e em sentido inverso, a conversão dos sinais lógicos/grandezas digitais (representação em memória) em sinais físicos para os atuadores.

• Controle de sequenciamentos e intertravamentos de segurança.

• Controle de malha fechada com algorítmos PID

Gasodutos UIPs são : - CLPs (Controladores Lógicos Programáveis); - -,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,- Estações Terminais Remotas (ETR/RTU).

Uma classe especial de UIP em gasodutos são os Computadores de Vazão que são;

• Utilizados nos PE´s para cálculo do volume/energia transferido

• Recebem os sinais de PTs , TTs , FTs e de Cromatógrafos calculando o Z, o PCS , o volume em m3 Normal e a energia entregue.

• Se interligam para Tx e Rx sinais com o CLP dos PEs



Controladores Lógicos Programáveis – PLC ,

CLPs ou CPs

RTU- Estações Terminais Remotas

UIPs : EXEMPLOS


ESTAÇÃO E SUPERVISÃO E CONTROLE -

Nível onde se encontra:

– a chamada IHM (Interface Homem Máquina),– as funções básicas de aquisição e gerenciamento da base de

dados de tempo real, gerenciamento da base de dados histórica com o controle de comunicação com a UIP,

– elaboração de relatórios e suporte para aplicativos diversos – Aplicações para o Controle Lógico das Operações com cálculos

como o empacotamento do gasoduto, balanço, aplicações comerciais como cálculos para o faturamento e controle de cota (complementares as de controle físico com interação remota com os equipamentos que é possibilitada pelo sistema básico)

– Aplicações avançadas detecção de vazamento, “What if Analyses”, “Look Ahead”, etc .

Curso de Automação Aplicada a GasodutosPrincipais Tipos de Sistemas de Automação na

Industria de P&GN

– SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition System ou Sistema de Controle Supervisório e Aquisição de Dados)

• Aplicam-se a processos que sejam esparsos geograficamente e que demandam coordenação de forma centralizada entre as suas partes. Ênfase na supervisão suportando tb o controle. Exemplos de processos onde se aplicam: Sistemas de Geração e distribuição de energia elétrica; Captação, Tratamento e Distribuição de água; Transporte dutoviário conjugado ao armazenamento de petróleo e derivados, transporte de GN, etc. São sistemas flexíveis com alto grau de “alfaitização” ao processo a que se aplica. ESC e UIP acima descritos.

– SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído ou DCS-Digital Control System)

• Aplicam-se aos processos contínuos e por bateladas como os das refinarias de petróleo e nas plantas petroquímicas. Costumam ser sistemas mais fechados, sendo sua UIP e estações de controle, proprietária. ESC pode usar micros com softwares mais abertos.


O CONTROLE DISCRETO EM SEQUENCIAMENTO E INTERTRAVAM ENTO

CONCEITO: Possibilita automatizar seqüência de eventos que se distribuem no tempo e que sejam intertravadas: Ex.: Partida de um compressor de grande porte. Encadeamento de partida de compressores nos gasodutos. Tais controles são efetuados através dos CLPs de forma automática.

INSTRUMENTOS/TRANSMISSORES.. Principais Características

... Exatidão (Accuracy): Aptidão de um instrumento para dar resposta próximo a um valor verdadeiro convencional. Indicada em % de fundo de escala. Assim se a exatidão for 1% de uma escala de 0 a 10 Kg/cm2, a exatidão será de ±0,1 Kg/cm2 .... Precisão : É um termo que descreve o grau de liberdade a erros aleatórios ou seja o nível de espalhamento de várias leituras. Precisão # Exatidão. Um instrum. preciso não necessariamente é exato. Uma baixa exatidão geralmente decorre de um desvio ou tendência que pode ser corrigido com uma calibração. ... Repetitividade : descreve o grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuado sob as mesmas condições de medição.

• Reprodutibilidade : Expressa o grau de concordância entre resultados de medições de um mesmo mensurando, efetuadas sob condições variadas de medição.

Baixa precisão e exatidão

Alta precisão e baixa exatidão Alta precisão e

exatidão


• Faixa de Indicação (Range): É o conjunto de valores limitados pelas indicações extrema, ou seja, os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado instrumento. Num mostrador analógico, isto pode ser chamado de faixa de escala.

• Amplitude da Faixa Nominal (Span) : É a diferença entre o maior e o menor valor da faixa de indicação (Range).

• Tendência de um Instrumento (Bias): É um erro sistemático da indicação que ocorre em toda a faixa do instrumento (conhecido também como “off set”). A tendência pode ser calculada como a média dos erros entre diversas medições repetidas e poderá ser eliminada com uma nova calibração (ajuste do zero).

• Linearidade : Capacidade do instrumento responder de forma proporcional a grandeza sendo medida. A valores crescentes ou decrescentes da variável, correspondem na mesma proporção, variações na saída.


• Sensibilidade do Instrumento : Definida com sendo a resposta do instrumento de medição, dividida pela correspondente variação do estimulo(variável medida). A sensibilidade pode depender do valor do estimulo. Sendo assim a sensibilidade pode ser contabilizada como sendo a inclinação da reta que define a leitura contra a variação da grandeza medida.

• Resolução : É a menor diferença entre indicações de um dispositivo mostrador que pode ser significativamente percebida. Para um indicador digital, corresponde o quantum correspondente a 1 unidade do dígito menos significativo.

• Banda Morta: Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em ambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de um instrumento de medição. Pode ser deliberadamente aumentada para evitar variações muito freqüentes e sem importância da saída.

t

P

t1 t2

t1;t2 transmissão

Banda morta


• Ajustes dos Instrumentos .. Zero.. Span

• INSTRUMENTAÇÃO.. Instrumentos Transmissores de Pressão .. Tecnologias dos Transmissores... Pressão manométrica/absoluta e diferencial - célula capacitiva ; corda

vibrante; silício ressonante

P(Kg/cm2)

I (mA)

10(zero) 20(limite range)

4

20

Zero=10 Kg/cm2

Span=20-10=10 Kg/cm2

Range10 a 20 Kg/cm2


INSTRUMENTOS DE PRESSÃO NA ÁREA DE TRANSPORTE DE PETRÓEO E DERIVADOS – TIPOS E USOS


INSTRUMENTOS DE PRESSÃO – MANÔMETROS –INDICADORES LOCAIS

INTRUMENTOS DE PRESSÃO-MANOMETROS – INDICADORES LOCA IS


INTRUMENTOS DE PRESSÃO – INSTRUMENTOS TIPO CHAVES OU PRESSOSTATOS


INSTRUMENTOS TRANSMISSORES DE PRESSÃO

� Podem ser do tipo pressão manométrica/absoluta ou diferencial, sendo este último empregado em conjunto com elementos deprimogênicos na medição de vazão como placa de orifício, tubo Venturi, etc.

� Quanto ao seu principio de funcionamento, possuem câmara sensora com célula dotada de diafragma que atua sobre um elemento transdutor. Este pode ser do tipo silício ressonante, corda vibrante, célula capacitiva ou indutiva este últimos em crescente desuso, dado as melhores características das outras tecnologias.

� Sua saída é predominantemente sob a forma de um sinal elétrico. Os tradicionais analógicos, operam com sinais de 4 a 20 mA, sendo 4mA correspondentes ao limite inferior do range e 20mA ao superior. Transmissores pneumáticos com saída de 3 a 15 psi, são raramente usados .


INTRUMENTOS DE PRESSÃO

Os instrumentos digitais modernos tem sua saída através de sinais elétricos com modulação digital, através de protocolos como o Field Bus, Profibus DP, HART, etc, podendo também operarem de 4 a 20 mA.

Estes instrumentos inteligentes, possibilitam a sua “configuração/ajuste” (chave de fenda eletrônica-terminal “hand held” no circuito de sinal) de forma remota, além de fornecerem uma série de informações sobre o seu funcionamento através do protocolo de comunicação que adotam. Podem integrar redes comuns (barramento de comunicação) a outros instrumentos e com eles se comunicarem de forma independente (Fieldbus)



• INSTRUMENTOS TRANSMISSORES DE VAZÃO� A vazão é juntamente com a pressão, a variável mais importante para a supervisão e controle

dos dutos. O custo destes instrumentos e as dificuldades para a sua instalação, superam num fator de 10 os correspondentes à pressão.

� Quanto a sua tecnologia podem ser :.Deprimogênicos onde um elemento que intercepta a totalidade ou parte do fluxo, provoca

uma queda de pressão que é proporcional ao quadrado da vazão a ser medida. É a tecnologia mais antiga para vazão. São exemplos destes elementos as placas de orifício (as mais difundidas muito usadas com GN), tubo de venturi, tubo de pitot, anubar, etc . Sua principal desvantagem é a queda de pressão que provocam (perda de energia) em uma relação quadrática com a vazão, que é assim medida de forma indireta. Hoje em dia, com os transmissores de DP digitais, tem sua rangeabilidade aumentada para além do fator de 3:1 que tinham com os PDT analógicos. Possuem de um modo geral exatidão e precisão mais baixas que as demais tecnologias;

. Deslocamento Positivo onde um elemento imerso no fluxo, efetua um movimento de rotação definido pelo quantum de fluido que por ele passa. São caracterizados por um fator K que traduz o número de rotação por m3 que passa pelo medidor. São exemplos os medidores tipo turbina, os PDM tipo palheta e engrenagens. Os mais largamente empregados são as turbinas, seguidos pelos PDM. São largamente usados para a transferência de custódia (elevada exatidão, precisão e repetibilidade). Desvantagem: Desgaste mecânico.



ELEMENTOS DEPRIMOGÊNICOS

NA MEDIÇÃO DE VAZÃO


Elementos Deprimogênicos

Aplicando Bernouli entre os pontos 1 e 2 :





Medidor Diafragma


No medidor de diafragma , usado paragases a baixa pressão (como o gásdoméstico, por exemplo), o fluido é forçadoa entrar numa câmara cujo volume éconhecido, através de uma válvula dedistribuição; a câmara tem a saídabloqueada nesse instante, por isso o gásque ingressa a infla; quando a câmara seenche, a válvula de distribuição se move edireciona o fluxo para outra câmara vazia,ao mesmo tempo que a saída da primeiracâmara se abre; esta segunda câmara, aoreceber o gás, infla e pressiona as lateraisa primeira câmara, fazendo com que o arno interior desta seja expelido para oexterior; o processo continuaindefinidamente. O arranjo mecânico fazcom que o conjunto gire com a entrada defluido, e assim é responsável pelomovimento das válvulas de distribuição ede fechamento das câmaras. Essesinstrumentos oferecem alta rangeabilidade(> 100:1) e boa precisão (1%) a um baixocusto.

• INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO

� Ultra – Sônicos : Tecnologia que vem se consolidando de uma forma muito veloz no mercado. Inferem a vazão

volumétrica através da medição da velocidade de escoamento do fluído medido.

Princípios de medição;

� tempo de transito (time of flying) onde um pulso de ultra-som é mandado corrente acima e corrente abaixo do fluxo, e a velocidade de escoamento inferida pela diferença dos tempos

� Efeito doppler” (ex. da ambulância) exige a presença de refletores no seu do fluido .

Quanto contato sensores com o fluido ;

� Tipo “Clamp On” onde os cabeçotes transdutores são instalados externamente ao tubo e neles fixados por uma braçadeira,

� Sensores molhados, onde os transdutores se assentam diretamente em contato com o fluxo, ou em carretéis através de câmaras estanques, dotadas de “lentes” metálicas para transmissão do pulso ultra-sônicos.

- Os mais exatos são os de sensores molhados em carretéis com multi canais (cada canal é formado por um par de cabeçotes). Modernamente tem sido utilizados na transferência de custódia do GN e, recentemente, em líquidos também. São robustos e duráveis, possuindo elevada confiabilidade e rangeabilidade.

- Limitação comuns às outras tecnologias medição de vazão:: Condicionamento do Fluxo e montagem rigorosa quanto ao alinhamento. A transmissão do sinal pode se fazer sob a forma de pulsos ou de 4 a 20mA.

•Medidores de vazão mássica por efeito CORIOLI : Tecnologia que foi desenvolvida nas últimas duas décadas, opera segundo o efeito da ação gravitacional e da rotação da terra ( ex.: rodamoinho no esvaziamento da pia) . São em geral limitados em tamanho até 12” sendo consequentemente a vazão máxima, limitada (2.200 ton/h). Tem certificados para operarem em em transferência de custódia.

Entidades que reconhecem o Coriolis para Transf Cust.

•Medidores tipo VORTEX , pertencentes á categoria dos deprimogênicos, operam pelo principio da determinação do padrão do sinal de pressão diferencial (esteira de Von Karman-1911), criado por um vórtice decorrente de um obstáculo no fluxo.

São mais empregados em vapor d´água (caracterizam-se pelo número de STROUHAL sendo a vazão determinada pela freqüência dos vórtices. Rangeabilidade < ou = 10 e DP de 60 a 80 % ao equivalente a uma PO .

MEDIDOR DE VAZÃO TIPO VORTEX

Curso de Automação Aplicada a GasodutosINSTRUMENTOS TRANSMISSORES DE TEMPERATURA

TIPOS

Os instrumentos de temperatura podem ser de três ti pos quanto à sua aplicação:

• Os indicadores locais chamados de termômetros

• As chaves empregadas para proteção dos equipamentos e sistemas (alarmes e trips)

• Os transmissores para a medição continua remota da informação de temperatura

Sensores

Qualquer que seja o tipo de instrumento transmissor de temperatura teremos sempre os sensores a eles associados.

Os mais usados são:

• Termo resistência (RTD) do tipo Pt100 (100 ohm a 0 oC) ; 3 e a 4 fios; aplicação de 0 a 150 0C

Lc1

Lc2

R1

R2

R3

Lcc

Figura 12.40 - Circuito em um sensor Pt100 a 3 fios

.

1 2

TR Sensora Pt100


Curso de automação Aplicado a Gasodutos

– termopares (efeito termoelétrico) . Um termopar é constituído de dois metais distintos que unidos por sua extremidade formam um circuito fechado. O termopar desta maneira gera uma Força Eletro-Motriz (FEM), que quando conectada a um Instrumento de Leitura consegue ler a temperatura do processo destes Termopares. Diferentes tipos de Termopares possuem diferentes tipos de Curva FEM x Temperatura. São padrões os seguintes tipos :

• 3.1 Tipo K (Cromel / Alumel) -270 °C a 1200 °C ; -6,458 mV a 48,838 mV • 3.2 Tipo E (Cromel / Constantan) -270 °C a 1000 °C ; -9,835 mV a 76,373 mV • 3.3 Tipo J (Ferro / Constantan) -210 °C a 760 °C ; -8,096 mV a 42,919 mV • 3.4 Tipo N (Nicrosil / Nisil) Substitui c/vantagem resistência corrosão tipo K• 3.5 Tipo B (Platina / Ródio-Platina) 0 °C a 1820 °C ; 0,000 mV a 13,820 mV

(desejavel t > 50 0C) : pode utilizar cabos de ligação de cobre se Tjunção < 50 0C.• 3.6 Tipo R (Platina / Ródio-Platina) -50 °C a 1768 °C~ -0,226 mV a 21,101 mV • 3.7 Tipo S (Platina / Ródio-Platina) -50 °C a 1768 °C ; -0,236 mV a 18,693 mV • 3.8 Tipo T (Cobre / Constantan -270 °C a 370 °C -6,258 mV a 20,872 mV ; mais

indicado para a faixa

MEDIÇÃO DE TEMPERATURA

MEDIÇÃO DE TEMPERATURA

Vantagem/Desvantagens RTD X TP

• Os RTDs Pt100: grande linearidade e precisão/exatidão; do TP é a sua rangeabilidade , robustez e baixo custo. A desvantagem do Pt100 é o custo e seu baixo range

• Os TPs tem custo + baixo e como desvantagens baixa linearidade (necessidade de linearização) e necessidade de compensação de junta fria. O mais comum dos termopares é o ferro/constantam (-200 a 370 oC ) sendo tb muito usado o chromel/alumel (-200 a 1250oC ).


Temperature TransmitterConverts a variety of sensor inputs inthe field.Two-wire transmission.

What's YTA SeriesConventional temperature instrumentation does not use temperaturetransmitters; instead, converters in the instrument panel room are connectedto the measurement field through long extension lead wires orthree-conductor cables, which causes a problem in measurement accuracyand wiring cost.The YTA series temperature transmitters convert sensor signals to a unified4 to 20 mA DC signal. The types of sensors and measurement ranges areselectable. The converted signal is transferred on two wires.Temperature transmitters are getting popular in many countries andcontribute to increase measurement accuracy and reduce wiring cost. TheYTA series is the latest trend in temperature instrumentation.Outstanding performance, high reliabilityMicroprocesser-based sensing technology ensures high accuracy and reliability. Variety of sensor inputsThe type of sensor input is user-selectable from thermocouples (T/C), RTDs, ohms,or DC milivolts. Digital communicationBRAIN or HART(R) communication protocol is available.The instrument configuration can be changed by the user with using the BT200terminal or HART(R) 275 communicator. Self-diagnostics functionContinuous self-diagnostics capability ensures long-term performance and lowercost of ownership. LCD display with bargraph


The LCD display provides both a digital readout and percent bargraphsimultaneously. Dual universal inputs (Model YTA320)The YTA320 can accept two thermocouple, RTD, ohm or DC milivolt inputs.Differential or average temperature measurement is selectable. The sensor backupfunction for automatically switches-over from the primary to the backup uponsensor failure.

Accuracy (typical)YTA110 : +/-0.1% of spanYTA310/320 : +/-0.05% of span

Cold Junction CompensationAccuracy

(For T/C only)+/-0.5 degC ( 0.9 degF)

Power Supply Effect+/-0.005 % of calibration span per volt

Ambient Temperature Effect+/-0.1% / 10 degC（YTA110）

Input SignalYTA110/YTA310: single input, YTA320: dual inputInput type is selectable: Thermocouples, 2-, 3-, and 4-wire RTDs,ohms and DC milivolts.

OutputTwo wire 4 to 20 mA DC.

Supply & Load RequirementsSupply Voltage10.5 to 42 V DC for operation16.4 to 42 V DC for digital communications, BRAIN and HART(R)protocolsLoad0 to 1335 ohms for operation250 to 600 ohms for digital communication


Ambient Temperature LimitsOption Code may affect limits.-40 to 85 degC (-40 to 185 degF)-30 to 80 degC (-22 to 176 degF) with Integral Indicator

MountingOptional mounting bracket can be used either for two-inch pipe or flatpanel mounting.

Weight1.2 kg(2.6lbs.) without integral indicator and mountingbracket. Integralindicator weights 0.2kg(0.4lbs.).

Explosion ProtectedCENELEC, CSA, FM, JIS



CROMATOGRAFIA


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CURSO DE AUTOMAÇÃO APLICADA A GASODUTOSsulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Gasodutos1.pdf · Automação aplicada ao Processo Industrial 2.3. Supervisão de Processos 2.4. Controle de