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Resumo instrumentação
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Resumo instrumentação

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Curso realizado na Usina DAMATA de instrumentação

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  • 1. INSTRUMENTAÇÃO BÁSICADefinição:É a ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro econtrole de processos, através de instrumentos, dispositivos mecânicos,elétricos, eletrônicos e microprocessados, visando a qualidade e eficiência doprocesso.Variável de Processo (PV)É aquela que indica diretamente a forma ou estado desejado do produto.Considere a figura a lado, a finalidade do sistema é fornecer uma vazão deágua aquecida, ou seja, a variável de processo é a temperatura da água desaída.Meio Controlado:É a energia ou material no qual a variável é controlada. O meio controlado é aágua na saída do processo, onde a variável de processo, temperatura,representa uma característica da água.Variável Manipulada:É aquela sobre a qual o controlador automático atua, no sentido de se manter avariável no valor desejado.A variável manipulada pode ser qualquer variável do processo que causa umavariação rápida na variável controlada e que seja fácil de se manipular.Para o aquecedor, a variável manipulada pelo controlador deverá ser a vazãode vapor.
  • 2. Malha de Controle:É a ação de medir a variável de processo (PV), comparar com um valor pré-determinado (SP – set-point) e atuar na variável manipulada de modo aminimizar o erro. A malha de controle pode ser aberta ou fechada.
  • 3. Instrumentação: Instrumentos de Campo Instrumentos de PainelElementos Primários:São aqueles que alteram uma variável física no processo, ou altera o seuestado físico para efetuar uma medição. Estes instrumentos trabalham associados com outros, pois, sozinho nãoconsegue dar nenhuma informação.- Placa de Orifício – FE (Elemento primário para medir vazão)- PT100 ou Termopar - TE (Elemento primário para medir temperatura)Indicadores de Campo:São instrumentos que nos fornece uma indicação visual das variáveis deprocesso. Manômetros – PI (Indicador de Pressão) Termômetros – TI (Indicador de Temperatura) Manômetros – PI (Indicador de Pressão)
  • 4. Opera com todos os líquidos e fluídos, exceto aqueles muito viscosos ou comtendência à cristalização. Classe de precisão 1% .Ideal para indústrias químicas, petroquímicas e farmacêuticas, papel ecelulose, usinas de açúcar e álcool.Transmissores:Instrumento que mede uma determinada variável e transmite esta informaçãoem um sinal proporcional e padronizado em instrumentação. Esta transmissãopode ser: pneumática (3 – 15 psi ), elétrica (4 – 20 mA) ou digital utilizando algum protocolo de comunicação (Profibus–PA , FieldBus).Tipos de Transmissores: Transmissor de Pressão – PT Transmissor de Nível – LT Transmissor de Temperatura – TT Transmissor de Vazão – FT Transmissor de pH – AT Transmissor de Condutividade - AT Transmissor de Umidade - AT Transmissor de Concentração de O2 - AT Transmissor de Brix - ATDispositivos de Chave:Utilizado para informar a situação de um equipamento (Sensor de rotação),valores extremos de uma variável (alarme ou trip), ou o limite de um movimentodo equipamento (fim de curso p/ válvulas).Modelos: Pressostato – PSL/PSH Fluxostato – FSL/FSH Termostato – TSL/ TSH (Intertravamento, Alarme, Trip) Sensor Magnético (sensor rotação, fim de curso p/ válvulas) Sensor Capacitivo (sensor nível)Elementos Finais de Controle:Dispositivo que atua diretamente no processo para modificar o valor da variávelmanipulada de uma malha de controle.
  • 5. Válvula de Controle de Temperatura – TCV (Controla a Vz Vapor para um Trocador de Calor) Inversor de Freqüência em uma Bomba - LCZ (Controle de Nível) Inversor de Freqüência em uma Bomba - FCZ (Controle de Vazão)Indicadores de Painel:São instrumentos que nos fornece uma indicação visual das variáveis deprocesso, normalmente não estão em contato com o campo, pois, utiliza umsinal padronizado de instrumentação, fornecido por um transmissor ouconversor. Ινδιχαδορ Ν ϖ λ ΛΙ ε Indicador Pressão – PI Indicador Temperatura – TIConversores:Transforma a informação da variável física de entrada, em um sinal de saídaproporcional e padronizado em instrumentação. Conversor (3 a 15 psi) p/ (4 a 20 mA) Conversor (4 a 20 mA) p/ (0 a 10 V) Conversor (TC – K ) p/ (4 a 20mA) Conversor (PT - 100) p/ (4 a 20mA)Controladores:Instrumento que executa um algoritmo do tipo PID, e gera uma saída para oelemento final de controle. O Controle é feito a partir do erro encontrado entre oSet-Point (valor ajustado pelo operador) e o valor da Variável de Processo(PV). Este erro é submetido a um algoritmo do tipo PID, a qual os valores deproporcional, integral e derivativo são ajustados de acordo com a malha. CD600 (Controlador Digital) – LIC/FIC/PIC/TIC PLC (Controlador Lógico Programável) - LIC/FIC/PIC/TICTerminologia:Definição:São definições e termos técnicos no campo de instrumentação com o objetivode promover a mesma linguagem.
  • 6. Range (faixa de medida)Conjunto de valores da variável medida, que está compreendida dentro dolimite inferior e superior da capacidade de medida ou de transmissão doinstrumento. Expressa-se determinando-se os valores extremos.Exemplo:100 a 500 ºC0 a 10 Kgf/cm2-50 a 150 mmCASpan (alcance)É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida doinstrumento.Exemplo:Um instrumento de 200 a 500 ºCtêm um Span de 300 ºCErro:Diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação real davariável medida.Pode ser estático ou dinâmico.
  • 7. Precisão:É o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter ao longo de suafaixa de trabalho. Pode ser expresso em porcentagem do span ou em unidadeda variável.Em porcentage da variável:Um instrumento com range de 50 a 150 ºC, está indicando 80 ºC e suaprecisão é de ± 0,5 % do span.Temperatura:Definição:É o grau de agitação térmica das moléculas, pois, toda a substância sãoconstituídas de pequenas partículas (moléculas) que estão em contínuomovimento. Quanto maior a temperatura mais rápido é o movimento dasmoléculas. Na prática a temperatura é representada por uma escala numérica,onde, quanto maior é seu valor, maior é a energia cinética média dos átomosdo corpo em questão.Escala:FahrenheitDefinida com o valor 32 no ponto de fusão do gelo e 212 no ponto de ebuliçãoda água. O intervalo entre estes pontos fixos é dividido em 180 partes iguais, ecada parte é um grau Fahrenheit. O símbolo da unidade é “ ºF ”.Celsius:Definida com o valor 0 no ponto de fusão do gelo e 100 no ponto de ebuliçãoda água. O intervalo entre estes pontos fixos é dividido em 100 partes iguais, ecada parte é um grau Celsius. O símbolo da unidade é “ ºC ”.Medidores de Temperartura:Termômetro À dilatação de líquido (Termômetro de vidro)Esta baseado na lei de dilatação volumétrica de um líquido dentro de umrecipiente. É feito de um tubo de vidro sob vácuo tendo em uma dasextremidades um bulbo ligado á um tubo capilar. O bulbo é preenchido comum líquido que se expande pela ação do calor, indicando em uma escalagravada diretamente sobre o vidro ou sobre uma escala externa.Termômetro Bimetálico:São dois metais, com diferentes coeficientes de dilatação térmica, soldadoentre si e preso a um apoio fixo em uma das suas extremidades. O aumento detemperatura, resulta em uma deflexão das lâminas. Na prática os dois metais
  • 8. são soldados de maneira a formar uma lâmina que é enrolada em forma deespiral, aumentando a sua sensibilidadeTermo resistência (PT 100)Os bulbos de resistência são sensores que se baseiam no principio de variaçãoda resistência em função da temperatura.Os materiais mais utilizados para a fabricação destes tipos de sensores são aplatina, cobre e níquel.platina, cobre e níquelEstes metais apresentam estas características Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do sensor; Alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura; Alta rigidez para ser transformado em fios finos.Termopares:São dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais purosou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá onome de junta quente ou de medição. A outra extremidade dos fios é levada aoinstrumento de medição da F.E.M. (Força EletroMotriz), fechando um circuitoelétrico por onde flui a corrente.O ponto onde o termopar se conecta ao instrumento de medição é chamado dejunta fria ou de referência.TIPO JVANTAGENS 1) Baixo custo 2) Indicados para serviços contínuos até 760° em C atmosfera neutra ou redutoraTIPO JRESTRIÇÕES 1) Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante de 760° devido à rápida oxidação do ferro. C 2) Utilizar tubo de proteção acima de 480°C
  • 9. TIPO KELEMENTO POSITIVO ChormelELEMENTO NEGATIVO AlumelFAIXA DE TEMPERATURA 0 a 1260ºCUSUALTIPO KVANTAGENS 1) Indicado para atmosfera oxidante. 2) Para faixa de temperatura mais elevada fornece rigidez mecânica melhor do que os tipos S ou R e vida mais longa do que o tipo J.TIPO KRESTRIÇÕES 1) Vulnerável em atmosferas redutoras, sulfurosas e gases como SO2 e H2S, requerendo substancial proteção quando utilizado nessas condições.Pressão:Definição:É a força aplicada uniformemente sobre uma superfície.É uma variável muito importante no processo industrial, pois, a sua mediçãopode determinar outras variáveis como vazão, nível e densidade.
  • 10. Unidade de Pressão:A PRESSÃO pode ser expressa em várias unidadesUNIDADE SIGNIFICADO Kgf – unidade de forçaKgf/cm2 cm2 – unidade de superfície P - “Pound = Libra” unidade de força SI - “Square Inch = Polegada Quadrada” = unidadePSI de superfície N – “Newton” unidade de forçaN/m2 ou Pa m2 = unidade de superfície(Pascal)Pressão Relativa:Conhecida como pressão efetiva ou manométrica.É medida tomando como referência a pressão atmosférica e pode ser positivaou negativa (vácuo).Pressão Atmosférica:É a pressão exercida pela camada gasosa que envolve a terra,aproximadamente 50 Km.No nível do mar e a 0ºC esta pressão é igual a 1 ATM = 760mmHg.Pressão Absoluta:É a pressão medida a partir do vácuo perfeito (zero absoluto).As unidades de pressão na escala absoluta devem ser precedidas com a letra“a”.Pressão absoluta = Pressão relativa + Pressão atmosféricaMedidores de Pressão:Medidores por Coluna LíquidaSão dispositivos constituídos por um tubo transparente de secção circular euniforme, contendo um líquido de densidade conhecida e medem pressõesrelativamente baixas com excelente precisão.
  • 11. Colunas em UÉ utilizada em: medições de pressão; pressão diferencial e vácuo.Transmissor Pressão CapacitivoUm capacitor possui a capacidade de armazenar energia na forma de umcampo eletrostático e também pode se opor a variações de tensão.Transmissor Pressão CapacitivoÉ constituído por um par de placas condutoras separadas por um materialisolante (dielétrico), e o valor da capacitância é dado por :Transmissor Pressão CapacitivoBaseado neste principio, foi desenvolvido a célula capacitiva para medição depressão relativa ou diferencial, que é formada por duas placas fixas emestrutura isolante (vidro) e entre as placas um diafragma sensor.As pressões P1 e P2 são aplicadas sobre dois diafragmas isoladores quetransmitirão através de um líquido de enchimento (dielétrico) a pressãodiferencial ao diafragma sensor.A alteração da distância relativa entre as placas provoca a alteração dacapacitância que é conectada a circuitos eletrônicos responsáveis pelaconversão em sinal analógico.Nível:Definição:É a altura de um produto em um recipiente.É necessário para a contabilidade de material estocado, distribuição da matériaprima para processamento e para a própria operação.Os principais métodos de medição de nível são: Régua ou gabarito Visores de Nível Medição de Nível por delta P Medição por célula de carga Medição por Ultrasom Medição por Radiação Medição tipo Capacitivo
  • 12. Régua ou Gabarito:Consiste em uma régua graduada, que tem um comprimento conveniente paraser introduzida dentro do reservatório a ser medido.A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimentomolhado na régua pelo líquido.Visores de Nível:Consiste em um tubo de vidro, com seus extremos conectados a blocosmetálicos onde possuem válvulas de bloqueio e dreno.Medição de Nível por Delta PÉ a medição de nível por pressão hidrostática, esta baseada no Teorema deStevin, que relaciona o nível de um reservatório pela pressão hidrostáticagerada pela coluna líquida dentro do reservatório.Medição por Célula de Carga:A medição é feita determinando o peso total do reservatório onde contém oproduto. Deste total é subtraído o peso do reservatório, obtendo-se o peso doproduto e a partir das dimensões do tanque e da densidade do produto chega-se ao nível.Medição tipo Ultrasom:Este tipo de medição se baseia na emissão de um sinal de ultrasom (c/freqüência acima de 20 KHz) que será refletido na superfície do líquido ecaptado por um receptor. Esta técnica de medição, chamada eco-sônica, medeo tempo gasto pela onda desde o instante em que é gerada até o instante emque retorna ao receptor.Medição por Radiação:O sistema de medição por radiação consiste em um emissor de raios-gama(Cobalto 60, Césio 137, etc) montado verticalmente na lateral do tanque. Dooutro lado do tanque, temos um detetor de radiação, por exemplo do tipoContador Geiger, que transforma a radiação gama recebida, em um sinalelétrico de corrente contínua.Vazão:Definição:A determinação da quantidade de líquidos, gases e sólidos que passa por umdeterminado local na unidade de tempo. O produto pode ser medido emunidades de
  • 13. Volume Litros; mm3; cm3; m3; GalõesUnidades de massa g; Kg; Toneladas; LibrasDividida por uma unidade de tempo (seg, min, hora).Tipos de Medidores de Vazão: Placa de Orifício (Pressão Diferencial) Bocal (Pressão Diferencial) Rotâmetro (Área Variável) Turbina (Velocidade) Medição por Tensão Induzida (Medidor Magnético)Medição por elementos deprimogênios (placa de orifício, Bocal)A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primárioscolocados na tubulação de forma tal que o fluído passe através deles.A sua função é aumentar a velocidade do fluido diminuindo a área de seção emum pequeno comprimento para haver uma queda de pressão.A vazão pode ser medida a partir desta queda.Medição por velocidade (turbina):Consiste em um rotor provido de palhetas em ângulo com seu eixo de rotaçãoparalelo ao fluxo. Uma bobina alimentada por uma fonte externa de energiaproduz um campo magnético e cada vez que uma palheta cruza o campomagnético gera um impulso devido a relutância do fluxo magnético. O sinal desaída é uma seqüência de pulsos cuja freqüência é proporcional a vazão. Osinal gerado pelas turbinas pode ser tanto para medição de vazão como paratotalização.Medição por tensão induzida (medidor magnético de vazão)A lei de Faraday estabelece que a tensão induzida através de um condutor aomover-se perpendicularmente entre um campo magnético é proporcional avelocidade do condutor. O campo magnético é formado por um eletroímã, ou por um par de bobinasalimentadas por uma fonte de corrente alternada. Dois eletrodos são colocadosnas paredes do medidor que é revestido por um material isolante (normalmente
  • 14. teflon). De acordo com a lei de Faraday, quando o fluído atravessar o medidorcortando as linhas do fluxo magnético, uma pequena tensão será induzidaentre os eletrodos sendo proporcional ao movimento do fluído. A milivoltagemgerada é amplificada e convertida em sinal analógico padronizado parainstrumentação (4-20 mA).Controladores Lógicos ProgramáveisDefinição:É um controlador de alta velocidade, com arquitetura flexível, capaz de efetuarcontroles lógicos, funções de controle avançada e comunicação com outrosdispositivos.O CLP permite alterar seu programa sem parar o processo produtivo.CLP: Tradução para o português da sigla Programmable Logic Controller, ouseja, Controlador Lógico Programável, a qual tem sua utilização restrita umavez que se tornou marca registrada de propriedade exclusiva de um fabricantenacional. Antiga Metal Leve Controle eletrônico sendo posteriormente adquiridapela Rockwell Automation.PLC: Abreviatura do termo em inglês Programmable Logic ControllerHistórico:O desenvolvimento do CLP iniciou-se em 1968 em resposta a uma requisiçãoda Divisão Hidramática da General Motors. Naquela época, a General Motorsfreqüentemente passava dias ou semanas alterando sistemas de controlebaseados em relés, sempre que mudava um modelo de carro ou introduziamodificações na linha de montagem. Para reduzir o alto custo de instalaçãodecorrente destas alterações, a especificação de controle da GM necessitavade um sistema de estado sólido, com a flexibilidade de um computador, masque pudesse ser programado e mantido pelos engenheiros e técnicos nafábrica. Também era preciso que suportasse o ar poluído, a vibração, o ruídoelétrico e os extremos de umidade e temperatura encontrados normalmentenum ambiente industrialOs primeiros CLP’s foram instalados em 1969, fazendo sucesso quaseimediato. Funcionando como substitutos de relés, até mesmo estes primeirosCLP’s eram mais confiáveis do que os sistemas baseados em relés,principalmente devido a robustez de seus componentes de estado sólidoquando comparados as peças móveis dos relés eletromecânicos. Os CLP’spermitiram reduzir os custos de materiais, mão-de-obra, instalação elocalização de falhas ao reduzir a necessidade de fiação e os erros associados.Os CLP’s ocupavam menos espaço do que os contatores, temporizadores eoutros componentes de controle anteriormente utilizados. E a possibilidade deserem reprogramados permitiu uma maior flexibilidade para trocar osesquemas de controle.Talvez a razão principal da aceitação dos CLP’s pela indústria foi que alinguagem inicial de programação era baseada nos diagramas ladder esímbolos elétricos usados normalmente pelos eletricistas.
  • 15. Funcionamento:Todas as suas operações são programadas, para uma determinada aplicação,por meio de comandos pré-definidos. O Controlador Lógico Programáveltrabalha de forma cíclica, ou seja, existe um tempo (scan) para a realização desuas tarefas. Sua tarefa repetitiva é fazer leitura dos dispositivos de entrada,executar o programa criado pelo usuário, atualizar suas saídas e executardiagnósticos. FIM