Instrumentação em Controle de processos : Sensores, Transmissores, Precisão e Calibração.

1. Instrumentação em
sistemas de controle
Acadêmicos: Angélica Benedetti
Bruna Favassa
Rafael Sarolli
Thaís Porto
Thalyta Basso
Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE
Centro de Engenharias e Ciências Exatas - CECE
Curso de Engenharia Química
DISCIPLINA: Controle de Processos
DOCENTE: Fernando Palú

2. O engenheiro de controle de processos
encontra hoje, disponível no mercado uma enorme
variedade de sistemas de controle.
Os fabricantes de equipamentos procuram
superar seus concorrentes com lançamentos que
oferecem maior flexibilidade para
modificações, maior facilidade para implantação de
sistemas de controle avançado, melhor interface
homem-máquina, menor custo e maior precisão no
tratamento das informações.

3. Instrumentação
Esquema: Tanque de aquecimento com sistema de controle

4. CONCEITO DE SENSOR E TRANSMISSOR
O instrumento que transforma a variável medida
(pressão, nível, temperatura) em um sinal padronizado
para transmissão (4-20 mA, 3-15 psi) é chamado de
transmissor.
O transmissor, em geral, consiste de duas partes
principais : o transdutor ou sensor que, no caso dos
transmissores eletrônicos, transforma a variável medida
em um sinal elétrico mensurável, e o transmissor
propriamente dito, que transforma este sinal em um
sinal padronizado de 4 a 20 mA.

5. Sensores
É definido com um dispositivo que é sensível à um
fenômeno físico.
Dentro de um processo, é o sensor que detecta a variável
física de interesse.
Classificação: Ativos x Passivos
Digitais x Analógicos
Contínuos x Discretos
Absolutos x Incrementais

6. Sensores
Os critérios de seleção de um sensor são:
 Faixa de medição;
 Linearidade;
 Sensibilidade;
 Material de construção;
 Prioridade de uso;
 Potencial de expelir materiais no meio ambiente;
 Classificação elétrica;
 Histerese.

7. Sensores
As variáveis encontradas com frequência dentro de um
processo são:
Temperatura:
 Os sensores mais usados na indústria são os
termômetros baseados em bimetal e os sensores do tipo
termopar e termoresistência.

8. SensoresTemperatura
 Sensores baseados no princípio bimetálico.
 Sensor termopar.
 Sensor baseado em termorresistência.
VANTAGENS:
Possuem maior precisão dentro da faixa de
utilização do que outros tipos de sensores.
Com ligação adequada não existe limitação para
distância de operação.
Se adequadamente protegido, permite utilização
em qualquer ambiente.
Em alguns casos substitui o termopar com
grande vantagem.
DESVANTAGENS:
São mais caras do que os sensores utilizados nessa
mesma faixa.
Deterioram-se com mais facilidade, caso haja
excesso na sua temperatura máxima de utilização.
Temperatura máxima de utilização 630 °C.
É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com
a temperatura equilibrada para indicar
corretamente.
Alto tempo de resposta.

9. Sensores
Pressão
 Pressão absoluta, pressão manométrica, pressão
atmosférica, vácuo.
 Sensores baseados na deformação elástica dos materiais.
 Vantagens: Baixo custo (compra ou manutenção), funcionamento
simples, fácil instalação e fabrica-se no Brasil.
 Desvantagens: Indicação da variável somente no campo, com selos
é muito sensível a choques.
 Sensor baseado na capacitância elétrica.
 Sensor baseado em condutores elétricos distendidos.

10. SensorVazão
Na escolha do medidor são considerados aspetos
como:
 Natureza do material (líquido/gás/sólido);
 Material corrosivo (ou não);
 Natureza do sinal;
 Custo;
 Espaço físico;
 Manutenção necessária.

11. Sensores
Vazão
 Sensores de vazão baseados na pressão.
 Sensores de vazão por turbinas.
 Sensores de vazão magnéticos.

12. Sensores
Nível
A medição de nível em unidades industriais tem
dois objetivos:
Avaliação de estoques em tanques de
armazenamento;
Controle de processos contínuos.
 Visor de Nível.
 Sensores por pressão
diferencial.

13. Sensores
Composição Química
 É considerado o parâmetro com maior dificuldade de
medição.
 Exemplos:
cromatógrafos, potenciometros, condutímetros, espectrô
metros.
Propriedades Físicas
 Como propriedades físicas, considera-se a densidade, o
pH, a turbidez, viscosidade,
condutividade térmica.

14. Transmissores
A função do transmissor é converter a saída do sensor
de maneira que ela fique compatível com a entrada do
controlador.
O sensor pode ou não estar acoplado ao transmissor.

15. Elemento final de Controle
 O dispositivo que permite que uma variável de
processo seja manipulada;
 Na maioria dos casos trata-se de VÁVULAS DE
CONTROLE;
 Outros: resistências elétricas, bombas, motores
em geral, chaves de posição, variadores
eletromagnéticos.

16. Exemplo: Trocador de calor

17. Válvulas de Controle
 Provoca uma obstrução na tubulação para regular a
passagem de fluido;
 Composição:
 Atuador: proporciona a força motriz para o
funcionamento da válvula ;
 Obturador: elemento vedante;
 Corpo: ocorre a passagem do fluido;

18. Válvula- Atuador pneumático

19. Tipos de válvula

20. Acessórios das válvulas:
Posicionadores
• Trabalha junto com o atuador para posicionar
corretamente o obturador em relação à sede da válvula;
• Compara o sinal medido pelo controlador com a posição da
haste da válvula e envia ao atuador;
• Opera adequadamente quando o seu tempo de resposta
somado ao tempo de posicionamento da válvula é muito
mais rápido que o tempo de atuação requerido pelo
processo.

22. Aplicações dos Posicionadores
 Diminuir o atrito na haste;
 Modificar o sinal do controlador;
 Aumentar a velocidade de resposta;
Por exemplo, o posicionador recebe um
sinal de 3 a 15 psi do controlador e emite
um sinal de 6 a 30 para o atuador

23. Telemetria
 Técnica de transportar medições obtidas no processo a
distância, em função de um instrumento transmissor.
 Processos contínuos.
 A necessidade e a vantagem dessa aplicação se
entrelaçam.

24. Transmissores
 Instrumentos que medem uma variável do processo e a
transmitem, a distância, a um instrumento
receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma
combinação destes.

25. Tipos de sinais de transmissão
 Pneumáticos;
 Elétricos;
 Hidráulicos;
 Eletrônicos.

26. Transmissão pneumática
 Os transmissores pneumáticos geram um sinal
pneumático variável, linear, de 3 a 15psi (0,2 a 1
kgf/cm² para uma faixa de medidas de 0 a 100% da
variável.
 Devemos calibrar os instrumentos de uma malha
(transmissor, controlador, elemento final de controle
etc.), sempre utilizando uma mesma norma.

27. Transmissão pneumática
 Para melhor calibração nota-se que o sinal pneumático
não é 0 (zero), e sim 0,2 ou 3 (variando conforme
unidade), comprovando sua correta calibração e
detectando vazamentos de ar nas linhas de
transmissão.

28. Transmissão eletrônica
 Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de
sinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20
mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V.
 A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação
de um sinal de 3 a 15psi de um sinal pneumático.

29. Transmissão eletrônica
 O “zero vivo” utilizado, quando adotamos o valor
mínimo de 4 mA, oferece a vantagem também de
podermos detectar uma avaria (rompimento dos
fios), que provoca a queda do sinal, quando ele está em
seu valor mínimo.

30. Protocolo Hart
 Consiste num sistema que combina o padrão 4 a 20
mA com a comunicação digital.
 É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de
1.200 bits/s (BPS) e modulação FSK (Frequency Shift
Keying).
 Sistema mestre/escravo

31. Fieldbus
 É um sistema de comunicação digital bidirecional, que
interliga equipamentos inteligentes de campo com o
sistema de controle ou com equipamentos localizados
na sala de controle.

32. Sistema Fieldbus

33. Fieldbus
 Este padrão permite comunicação entre uma variedade
de equipamentos;
 Eles podem ser de fabricantes diferentes;
 Ter controle distribuído (cada instrumento tem a
capacidade de processar um sinal recebido e enviar
informações a outros instrumentos para correção de
uma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).

34. Sistemas de unidades geométricas
e mecânicas

35. Precisão na instrumentação
 Instrumentos de processo
 Medição
 Controle
 Manipulação
 Medição:
 Determina a existência ou valor de uma variável.

36. Precisão na instrumentação
 Controle
 Fazer a variável controlada se manter em um valor
especificado ou dentro de limites especificados.
 Manipulação
 Fazer um elemento final de controle variar diretamente
uma variável de processo de modo a conseguir o controle
de outra variável do processo.
Exemplo: termostato para controle de temperatura e
damper de ar como elemento final de controle.

37. Instrumentação
Instrumentos de
controle são
facilmente
influenciados pela
temperatura, umida
de, sólidos em
suspensão, contami
nantes, agentes
biológicos, etc.

38. Problemas de medição
 Qualquer que seja a variável envolvida, há muita
dificuldade para se medir três coisas:
 Valores muito pequenos;
 Valores muito altos;
 Faixas muito estreitas.

39. Problemas de medição
 Alguns instrumentos, atualmente, podem medir
dimensões sobre uma faixa de mícron a anos-
luz, podem medir intervalos de tempo de 10e-10 a 10e10
anos, pesos menores que 10e-9 gramas até várias
toneladas.

40. Precisão na instrumentação
 A precisão (erro) na alimentação de um
processo, geralmente, é aceito na faixa de 1 a 2%.
 Entre as etapas do processo a ordem da precisão (erro)
chega a 10%.

41. Precisão na instrumentação
 Equipamentos modernos, como medidores de pressão
e temperatura conseguem precisão menor que 1%
(0,25%, alguns até 0,075%).
 Exemplos
Transmisso
r
submersível
medidor de
nível por
pressão
hidrostática
Medidor de
pressão
manométrica,
absoluta, dife
rencial e nível
0,25% 0,075%

42. Calibração
 Utilizada para diminuir a ocorrência de erros e
aumentar a precisão. É realizada:
 Determinando os pontos em que a graduação deve ser
colocada;
 Ajustando a saída do instrumento para os valores
desejados;
 Avaliando o erro, comparando o valor real lido com o
valor ideal da saída.

43. Calibração

44. Precisão na instrumentação

45. Precisão na instrumentação

46. Referências Bibliográfica
 SAMSON, Posicionador Electro-Pneumático (Tipo
3767); Edição de Março-1996.
 Centro de treinamento Smar Equipamentos
Industriais- Capítulo 8: Elemento Final de Controle.
 Apostila SENAI: Instrumentação- Elementos Finais de
Controle, Departamento Regional do Espírito Santo.

47. Referências Bibliográficas
TAGLIAFERRO,G.V. Instrumentação e Controle.
EEL/USP.
Sensores e Transdutores. Grupo de Mecânica dos
Sólidos e Impactos em Estruturas, USP.
Araújo, O.Q.F. Controle e Instrumentação de
Processos. Escola de Química, UFRJ.
http://www.ime.eb.br/~aecc/Automacao/Sensores_
Parte_2.pdf
SEBORG, D.E.; EDGAR, T.F.; MELLICHAMP, D.A.
Process Dynamics and Control. 2ªed. 2004.

48.  http://www.eletronicosforum.com/cursos/Eletronica/
cursos/Apostila_de_Instrumentacao_Petrobras.pdf
 http://www.trajanocamargo.com.br/arquivos/eletroele
tronica/apostila_clp_completa.pdf
 http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARMMAE/c
ontrole-processo-petroquimicos