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INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

Introdução

Professor Miguel Neto

O que é instrumentação

• É a ciência que desenvolve e aplica técnicas demedição, indicação, registro e controle deprocessos, visando a otimização e eficiênciadestes processos.

Tubo de venturi Ultrassônico – carretel

Ultrassônico – clamp-on Fábrica ultrassônico:

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Aplicação Aplicação

Turbina: Aplicação

Aplicação: Aplicação dos instrumentos

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Aplicação dos instrumentos Aplicações dos instrumentos

Aplicações dos instrumentos Aplicações dos instrumentos

Aplicações dos instrumentos Aplicações dos instrumentos

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Aplicações dos instrumentos Histórico da Instrumentação1. Surgimento da máquina a vapor.

a. Ocorrência de acidentes;

b. Desenvolvimento de instrumento medidor de pressão.

2. Final dos anos 30.

a. Surgem os primeiros instrumentos pneumáticos decontrole e as primeiras teorias de controle automático.

3. Início dos anos 50.

a. Advento da eletrônica e dos semicondutores, surgem osinstrumentos eletrônicos analógicos.

4. Atualmente.

a. Os sistemas eletrônicos utilizam técnicas digitais, tendoevoluído para sistemas SDCD, FIELD BUS, e outrossistemas de controle.

Vantagens da instrumentação

• Obtenção de um produto com melhorqualidade e menor custo;

• Permitiu uma produção com segurança;

• Maior produção;

• Obtenção de produtos mais complexos,inviáveis de serem obtidos com processosmanuais;

• Centralização de informações em uma “casa

de controle”.

CARACTERÍSTICAS DE INSTRUMENTOS

• Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da variávelmedida que estão compreendidos dentro dos limites inferiore superior da capacidade de medida ou de transmissão doinstrumento.

• Alcance (SPAN): é a diferença algébrica entre os valoressuperior e inferior da faixa de medida do instrumento.

• Erro: é a diferença entre o valor medido ou transmitido peloinstrumento, em relação ao valor real da variável medida.

• Valor desejado (ou “set-point” ou “set-value”): É o valor no qual desejamos manter a variável controlada.

• Desvio (Off-set): É a diferença porventura existente entre o valor desejado e o valor da variável controlada.

Introdução ao controle do processo

• Controle: É a verificação de uma variável parapossíveis correções fazendo com que a mesmapermaneça dentro de uma tolerância detrabalho pré-determinada.

• Pode ser:

– Manual

– Automática

Controle manual

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Controle automáticoRepresentação em Diagrama de

Bloco de um Sistema de Controle

Elementos de controle automático• Unidade de medida;

• Unidade de controle;

• Elemento final de controle

Entendendo o processo

• Para entender o processo é necessário compreender osconceitos de:– Variáveis do processo: pressão, vazão, nível, temperatura,

PH, viscosidade etc.– Variável controlada: É a grandeza que desejamos manter

dentro de certos parâmetros ou valores pré-determinados.– Variável manipulada: É a grandeza que efetivamente

manuseamos a fim de manter a variável controlada, dentrodos valores desejados.

– Meio controlado: É a energia ou material no qual a variávelé controlada.

– Agente de controle: É a energia ou o material no qual avariável manipulada mantêm os padrões pré-estabelecidosdo processo.

Exemplo de processo

• Variável controlada: A temperatura de saída daágua.

• Variável manipulada: A vazão de vapor.

• Meio controlado: A água na saída do processo.

• Agente de controle: É o vapor.

Exercício de processo

• Variável controlada:_______________________

• Variável manipulada:______________________

• Meio controlado:_________________________

• Agente de controle:_______________________

Nível

Vazão

Água do tanque

Água da entrada do tanque

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Malha de controle

• Aberta:

• Fechada:

Malha de controle

– Aberta: a informação sobre a variável controladanão é utilizada para ajustar qualquer entrada dosistema para compensar variações nas variáveisdo processo.

– Fechada: a informação sobre a variávelcontrolada, com a respectiva comparação com ovalor desejado, é utilizada para manipular uma oumais variáveis do processo.

Classificação dos instrumentos de medição

• Por função:

Classificação por Função

Classificação dos instrumentos de medição

• Por sinal de transmissão ou suprimento:

– Tipo pneumático: gás (ar comprimido, nitrogênio, gásnatural). Sinal 0,2 a 1,0 kgf/cm2 ou 3 a 15 psi.

– Tipo hidráulico: óleo hidráulico.– Tipo elétrico: sinais elétricos de corrente ou tensão.

Sinal 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V.– Tipo digital: sinais digitais modulados e padronizados.– Via rádio: sinal ou pacote sinal de ondas de rádio.– Via modem: sinal transmitido por linha telefônica (via

frequência, fase ou amplitude).

Nesse tipo de instrumento é utilizado umgás comprimido, cuja pressão é alteradaconforme o valor que se deseja representar.Nesse caso a variação da pressão do gás élinearmente manipulada numa faixa específica,padronizada internacionalmente, pararepresentar a variação de uma grandeza desdeseu limite inferior até seu limite superior. Opadrão de transmissão ou recepção deinstrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2a 1,0 kgf/cm 2 (aproximadamente 3 a 15psi noSistema Inglês).

Sinal Tipo Pneumático

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A grande e única vantagem em seutilizar os instrumentos pneumáticos estáno fato de se poder opera-los comsegurança em áreas onde existe risco deexplosão (centrais de gás, por exemplo).

Sinal Tipo Pneumático

Vantagem

Sinal Tipo Pneumático

a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) par aseu suprimento e funcionamento.

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compress or,filtro, desumidificador, etc ..., para fornecer aos instru mentos arseco, e sem partículas sólidas.

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este n ãopode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores.Normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100 m.

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nosinstrumentos são difíceis de serem detectados.

e) Não permite conexão direta aos computadores.

Desvantagens

Sinal Tipo Hidráulico

Similar ao tipo pneumático e comdesvantagens equivalentes, o tipohidráulico utiliza-se da variação depressão exercida em óleos hidráulicospara transmissão de sinal. Éespecialmente utilizado em aplicaçõesonde torque elevado é necessário ouquando o processo envolve pressõeselevadas.

a) Podem gerar grandes forças e assimacionar equipamentos de grande peso edimensão.

b) Resposta rápida.

Sinal Tipo Hidráulico

Vantagens

Sinal Tipo Hidráulico

a) Necessita de tubulações de óleo para transmissãoe suprimento.

b) Necessita de inspeção periódica do nível de óleobem como sua troca.

c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais comoreservatório, filtros, bombas, etc...

DesvantagensSinal Tipo Elétrico

Face a tecnologia disponível no mercadoem relação a fabricação de instrumentoseletrônicos microprocessados, hoje, é essetipo de transmissão amplamente usado emtodas as indústrias, onde não ocorre risco deexplosão.

Assim como na transmissão pneumática,o sinal é linearmente modulado em uma faixapadronizada representando o conjunto devalores entre o limite mínimo e máximo de umavariável de um processo qualquer.

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a) Permite transmissão para longas distânciassem perdas.

b) A alimentação pode ser feita pelos própriosfios que conduzem o sinal de transmissão.

c) Não necessita de poucos equipamentosauxiliares.

d) Permite fácil conexão aos computadores.

Sinal Tipo Elétrico

Vantagense) Fácil instalação.

f) Permite de forma mais fácil realização deoperações matemáticas.

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja“lido” por mais de um instrumento, ligando emsérie os instrumentos. Porém, existe um limitequanto à soma das resistências internas desteinstrumentos, que não deve ultrapassar o valorestipulado pelo fabricante do transmissor.

Sinal Tipo Elétrico

Vantagens

Sinal Tipo Elétrico

a) Necessita de técnico especializado para suainstalação e manutenção.

b) Exige utilização de instrumentos e cuidadosespeciais em instalações localizadas em áreas deriscos

c) Os cabos de sinal devem ser protegidos contraruídos elétricos.

d) Exige cuidados especiais na escolha doencaminhamento de cabos ou fios de sinais.

Desvantagens