Introdução a Instrumentação

Introdução a Instrumentação

Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO

Eng. Marcelo Saraiva Coelho

Nas indústrias, o termo PROCESSO PROCESSOtem um significado amplo. Uma operação unitária, como por exemplo, destilação, filtração ou aquecimento, éconsiderado um PROCESSO .

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Quando se trata de controle, uma tubulação por onde escoa um fluído, um reservatório contendo água, um aquecedor ou um equipamento qualquer édenominado de PROCESSO PROCESSO .

PROCESSO PROCESSOéuma operação ou uma série de operações realizada em um determinado equipamento, onde varia pelo menos uma característica física ou química de um material.

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VariVariááveis de Processo veis de ProcessoSão condições internas ou externas que afetam o desempenho de um processo, em todos os processos industriais éabsolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis de processo, tais como pressão, nível, vazão, temperatura, pH, condutividade, velocidade, umidade,etc.

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VariVari áável Controlada vel Controladade um processo éaquela que mais diretamente indica a forma ou o estado desejado do produto.

VariVari áável manipulada vel manipuladado processo éaquela sobre a qual o controlador automático atua, no sentido de se manter a variável controlada no valor desejado

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Na MALHA ABERTA Na MALHA ABERTA, a informação sobre a variável controlada não éutilizada para ajustar qualquer entrada do sistema para compensar variações nas variáveis do processo .

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MALHA FECHADA , a informação sobre a variável controlada, écomparada com o valor pré-estabelecido

(chamado SET POINT), éutilizada para manipular uma ou mais variáveis do processo. No exemplo, a informação acerca da temperatura do fluido da água aquecida (fluido de saída), acarreta uma mudança no valor da variável do processo, no caso, a entrada de vapor. Se a temperatura da água aquecida estiver com o valor abaixo do valor do set point, a válvula abre, aumentando a vazão de vapor para aquecer a água. Se a temperatura da água estiver com um valor abaixo do set point, a válvula fecha, diminuindo a vazão de vapor para esfriar a água.

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Sensor

Válvula de Controle

Controlador

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Sensor Controlador

Válvula de Controle

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Dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável do processo. Pode ser ou não parte do transmissor

TRANSMISSOR TRANSMISSOR= Tem a função de converter sinais do detector em outra forma capaz de ser enviada à distância para um instrumento receptor, normalmente localizado no painel.

(V(V ÁÁLVULA) LVULA)= Dispositivo cuja função émodificar o valor de uma variável que leve o processo ao valor desejado.

CONTROLA DOR CONTROLADOR= Instrumento que compara o valor medido com o desejado e, baseado na diferença entre eles, emite sinal de correção para a variável manipulada a fim de que essa diferença seja igual a zero

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Eng. Marcelo Saraiva Coelho CLASSIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS

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Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável. Existem também indicadores digitais que indicam a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas

Instrumento que registra a(s) variável(s) através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico.

Instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida, diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor.

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São instrumentos que recebem sinais correspondentes a variáveis de processos e fornecem um sinal de saída.

No caso dos conversores, recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica caso necessário as informações e fornece um sinal de saída resultante.

Os transmissores, determinam o valor de uma variável no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo.

Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle.

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Controlador Controlador ““singlesingle --looploop ” ”

O controlador “single-loop”controla somente uma malha de uma determinada variável ( pressão, nível, temperatura, vazão, pH, etc.).

Controlador Controlador ““ mult i

O controlador “multi-loop”controla mais do que uma malha de determinadas variáveis, simultaneamente. Possuídiversos blocos de controle que são interligados internamente através de uma programação (configuração), conforme as necessidades do usuário.

Controlador ProgramControlador Programáável (CLP) vel (CLP)

Possui uma memória programável para armazenamento interno de instruções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos.

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Sistema Digital de Controle Distribu Sistema Digital de Controle Distribuíí do (SDCD) do (SDCD)

Éum sistema que possui ligações de estações de controle local a um computador com monitores de vídeo, teclado, impressora e traçadorde gráficos, permitindo a visualização e monitoração de todas as informações do processo.

Sistema Supervisório

Éum sistema que recebe informações de diversos “devices”(instrumentos), com possibilidade de monitorar, controlar, manter e operar uma planta industrial. Incorporam funções de controle supervisório, tais como: comando de atuadores de campo, monitoração de dados de processo, controle contínuo, controle em bateladas e controle estatístico, além de alarmes de condições e estado de variáveis de processo, emissão de relatórios e aquisição de dados.

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1A LETRA LETR AS SUCESSIVAS

Va riável Medida

Letra de Mod ificaçã o

Função de

Leitura Passiv a

Função de

Saíd a Letra de Modificação

A Analis ador Alarm e

BQ ueimador (C ha ma )

C Con dutib ilidade E létric a Co nt rola dor

DDensidade ou Peso Específico Difer encial

ET ensão ( Fem) Elemento Primá rio

F Vazão Relação

GMedida Dimensional Vis or

HComando Manual Alto

ICorrente ElétricaIndicação ou In dicador

J Potência Varre dura

KTempo ou ProgramaEstação de Co ntr ole

L Nível Lâmp ada Pil oto Baixo

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1A LETRA LETRAS SUCESSI VAS

Va riá vel Medida

Letra de Mo difica çã o

Função de

Leitura Passiv a

Função de

Saíd a Letra de Modificação

MUmidadeMédio ou Intermediário

OPlaca de Orifício

PPressãoTomada de Imp ulso

Q Quantid ad e Int egração R Radioatividade Registr ad or

SVelocidade ou Freqüência

SegurançaChave ou Interr upto r

T Tempera tura Transmissão Tr an smis so r

U Multivar iáveis Multifunç ão Multifunç ão Multifunç ão V Visc osidade Vál vula WPeso ou ForçaPoço

YRelê ou

Co mputad or

Z Posição Elem ent o Final de Controle

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Σ/x x N f(x ) n f(t)

Eng. Marcelo Saraiva Coelho EXEMPLOS DE SIMBOLOGIA

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FT 101

101 FIC

101 FIQ

101 FR

101 FY

FCV-101 FE-101

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Erro

Erro :Éa diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação ao valor real da variável medida.

Se tivermos o processo em regime permanente, chamaremos de erro estático, que poderáser positivo ou negativo, dependendo da indicação do instrumento, o qual poderáestar indicando a mais ou a menos.

Quando tivermos a variável variando, teremos um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estarágeralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença entre o valor real e o valor medido échamado de ERRO DINÂMICO

Quando a variável não estiver variando, podemos ter somente o ERRO EST

ERRO ESTÁÁTICO TICO . Quando a variável estiver variando, poderemos ter o ERRO DINÂMICO e o ERRO ESTÁTICO.

valor indicado valor medido curva ideal erro

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Escala

Escala -Conjunto ordenado de marcas, associado a qualquer numeração, que faz parte de um dispositivo indicador.

Valor de uma Divisão

Valor de uma Divisão -Diferença entre os valores da escala correspondentes a duas marcas sucessivas.

Ajuste (de um instrumento)

Ajuste (de um instrumento) -(calibração) Operação destinada a fazer com que um instrumento de medir tenha um funcionamento e justeza adequados àsua utilização.

CalibraCalibra ç ão (de um instrumento) ão (de um instrumento) -(aferição) Conjunto de operações que estabelece, sob condições especificadas, a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões. O resultado de uma calibração permite tanto o estabelecimento dos valores do mensurando para as indicações, como a determinação das correções a serem aplicadas. Quando registrada em um documento, temos um certificado de calibração ou relatório de calibração.

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Faixa Nominal -(faixa de medida , RANGE)Conjunto de valores da grandeza medida que pode ser fornecido por um “instrumento de medir”, consideradas todas as suas faixas nominais de escala. A faixa nominal é expressa em unidades da grandeza a medir, qualquer que seja a unidade marcada sobre a escala e é normalmente especificada por seus limites inferior e superior, como por exemplo 100°C a 200°C.

Amplitude da Faixa Nominal -(alcance, SPAN)Módulo da diferença entre os dois limites de uma faixa nominal de um “instrumento de medir”. Exemplo: faixa nominal: -10 V a 10 V amplitude da faixa nominal: 20 V

URL (UpperRange Limit)-Limite superior da faixa nominal -máximo valor de medida que pode ser ajustado para a indicação de um instrumento de medir.

URV (UpperRange Value)-Valor superior da faixa nominal -máximo valor que pode ser indicado por um instrumento de medir. O URV ajustado num instrumento ésempre menor ou igual ao URL do instrumento.

LRL (LowerRange Limit)-Limite inferior da faixa nominal -mínimo valor de medida que pode ser ajustado para a indicação de um instrumento de medir.

LRV (LowerRange Value)-Valor inferior da faixa nominal -mínimo valor que pode ser indicado por um instrumento de medir. O LRV ajustado num instrumento ésempre maior ou igual ao LRL do instrumento.

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Sensibilidade-Quociente da variação da resposta de um instrumento de medir pela variação correspondente do estímulo. A sensibilidade pode depender do estímulo.

Resolução -Expressão quantitativa da aptidão de um instrumento de medir e distinguir valores muito próximos da grandeza a medir sem necessidade de interpolação, ou seja, éa menor diferença entre indicações de um dispositivos mostrador que pode ser significativamente percebida.

Éa razão entre a variação do valor indicado ou transmitido por um instrumento e a variação da variável que o acionou, após ter alcançado o estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medidade saída e entrada. Exemplo: Um termômetro de vidro com range de 0 à500 ºC, possui uma escala de leitura de 50 cm.

Sensibilidade ou Resolução = 50 cm/ ºC = 0,1 cm/ ºC

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Exatidão -Podemos definir como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de trabalho. Ou ainda podemos definir como o grau de concordância entre o resultado de uma medição e um valor verdadeiro do mensurando. Pode ser expresso de diversas maneiras:

Em porcentagem do alcance (span)

Um instrumento com range de 50 à150 ºC, estáindicando 80 ºC e sua exatidão éde ±0,5 % do span.

= ±0,005 e o span= 100 ºC, teremos:0,005. 100 = ±0,5 ºC

Sendo, ±0,5% = ±0,5 100 Portanto, a temperatura estaráentre 79,5 ºC e 80,5 ºC.

Zona morta -Éa máxima variação que a variável possa ter, sem provocar variações na indicação ou sinal de saída de um instrumento ou em valores absolutos do range do mesmo.

Exemplo: Um instrumento com range de 0 ºC à200 ºC, possui uma zona morta de ±0,1% do span. A zona morta do instrumento pode ser calculada da seguinte forma:

= ±0,001, teremos:0,001. 200 = ±0,2 ºC

Sendo, ±0,1% = ±0,1 100 Portanto, se a variável de processo variar 0,2 ºC, o instrumento não apresentaráresposta alguma.

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Histerese -Éa diferença máxima apresentada por um instrumento, para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala no sentido ancendentee descendente. Podemos observar que o termo zona morta estáincluído na histerese. Éexpresso em porcentagem do span.

Exemplo: Durante a calibração de um determinado instrumento com range de 0 à200 ºC, foi levantada a curva dos valores indicados, conforme mostrado na figura. A diferença entre 120,2 ºC e 119,8 ºC, representa o erro de histeresiscorrespondente a 0,2 % do span.

Repetibilidade-Éa máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em porcentagem do span.

Exemplo: Um instrumento com range de 0 à1000 l/min, com repetibilidadede ±0,1 % do spane com exatidão de ±1% do span, para uma vazão real na primeira passagem ascendente for 750 l/min e o instrumento indicar 742 l/min, numa segunda passagem ascendente com vazão real de 750 l/min o instrumento indicará742 ±1 l/min, conforme mostrado na figura.

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