Instrumentação de Sistemas

Instrumentação de Sistemas

(Parte 1 de 9)

5o MÓDULO

Revisão 3 – JULHO/2008

INTRODUÇÃO À INSTRUMENTAÇÃO1
MEDIÇÃO DE PRESSÃO31
MEDIÇÃO DE NÍVEL76
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA1
MEDIÇÃO DE VAZÃO149

SUMÁRIO VÁLVULAS DE CONTROLE......................................................................................................200

Prof. Marcelo Saraiva Coelho1

INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais.

Nas indústrias de processos tais como siderúrgica, petroquímica, alimentícia, papel, etc.; a instrumentação é responsável pelo rendimento máximo de um processo, fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaboração do produto desejado. As principais grandezas que traduzem transferências de energia no processo são: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, TEMPERATURA; as quais se denominam variáveis de um processo.

Nas indústrias, o termo processo tem um significado amplo. Uma operação unitária, como por exemplo, destilação, filtração ou aquecimento, é considerado um processo.

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

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

Os processos industriais exigem controle na fabricação de seus produtos. Os processos são muito variados e abrangem muitos tipos de produtos como, por exemplo: a fabricação dos derivados do petróleo, produtos alimentícios, indústria de papel e celulose, etc.

Um processo pode ser controlado através de medição de variáveis que representam o estado desejado e ajustando automaticamente as outras variáveis, de maneira a se conseguir um valor desejado para a variável controlada. As condições ambientais devem sempre ser incluídas na relação de variáveis de processo.

Variáveis de Processo

velocidade, umidade, etc

São condições internas ou externas que afetam o desempenho de um processo, em todos os processos industriais é absolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis de processo, tais como pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade,

Variável Controlada

A variável controlada de um processo é aquela que mais diretamente indica a forma ou o estado desejado do produto. Consideremos por exemplo, o sistema de aquecimento de água mostrado na figura 1.

2Prof. Marcelo Saraiva Coelho

Figura 1. Sistema de aquecimento de água

A finalidade do sistema é fornecer uma determinada vazão de água aquecida. A variável mais indicativa desse objetivo é a temperatura da água de saída do aquecedor, que deve ser então a variável controlada.

Meio controlado

Meio controlado é a energia ou material no qual a variável é controlada. No processo mostrado na figura 1, o meio controlado é a água na saída do processo, onde a variável controlada, temperatura representa uma característica da água.

Variável manipulada

A variável manipulada do processo é aquela sobre a qual o controlador automático atua, no sentido de se manter a variável controlada no valor desejado. A variável manipulada pode ser qualquer variável do processo que causa uma variação rápida na variável controlada e que seja fácil de manipular. Para o aquecedor da figura 2, a variável manipulada pelo controlador será a vazão de vapor.

Figura 2. Sistema de controle de aquecimento de água

Prof. Marcelo Saraiva Coelho3

Agente de controle

Agente de controle é a energia ou o material do processo, da qual a variável manipulada é uma condição ou característica. No processo da figura 2, o agente de controle é o vapor, pois a variável manipulada é a vazão de vapor.

Malha de controle

Quando se fala em controle, deve-se necessariamente subentender uma medição de uma variável qualquer do processo, isto é, a informação que o controlador recebe. Recebida essa informação o sistema controlador compara-a com um valor pré-estabelecido (chamado SET POINT), verifica a diferença entre ambos, e age de maneira a diminuir ao máximo essa diferença. Esta seqüência de operações, medir a variável; comparar com o valor prédeterminado e atuar no sistema de modo a minimizar a diferença entre a medida e o set point, nós denominamos de malha de controle, que pode ser aberta ou fechada.

Malha aberta

Na malha aberta, a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer entrada do sistema para compensar variações nas variáveis do processo.

Na figura 3, mostrada a seguir, a informação de temperatura do fluido de saída, não afeta no controle do fluido de entrada na entrada do vapor para o sistema.

Figura 3. Malha aberta

Malha fechada

Na malha fechada, a informação sobre a variável controlada, com a respectiva comparação com o valor desejado, é utilizada para manipular uma ou mais variáveis do processo.

Na figura 4, 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.

4Prof. Marcelo Saraiva Coelho

Figura 4. Malha fechada

Em sistemas de malha fechada, o controle de processo pode ser efetuado e compensado antes ou depois de afetar a variável controlada, isto é, supondo que no sistema apresentado como exemplo, a variável controlada seja a temperatura de saída da água. Se o controle for efetuado, após o sistema ter afetado a variável (ter ocorrido um distúrbio), o controle é do tipo "feed-back", ou realimentado.

Os sistemas de controle automático, basicamente são compostos por: uma unidade de medida, uma unidade de controle e um elemento final de controle, conforme mostrado na figura 5.

Figura 5. Elementos básicos de um sistema de controle automático

Nos últimos tempos, a necessidade do aumento de produção para atender a sempre crescente demanda e o baixo custo, a criação e fabricação de novos produtos, propiciou o aparecimento de um número cada vez maior de indústrias. Estas indústrias só puderam surgir devido ao Controle Automático de Processos Industriais, sem o qual a produção não seria de boa qualidade e mesmo alguns produtos não poderiam ser fabricados.

O Controle Automático dos Processos Industriais é cada vez mais empregado por aumentar a produtividade, baixar os custos, eliminar erros que seriam provocados pelo elemento humano e manter automática e continuamente o balanço energético de um processo.

Prof. Marcelo Saraiva Coelho5

Para poder controlar automaticamente um processo precisamos saber como está ele se comportando para poder corrigi-lo, fornecendo ou retirando dele alguma forma de energia, como por exemplo: pressão ou calor. Essa atividade de medir e comparar grandezas é feita por equipamentos ou instrumentos que veremos a seguir.

Existem vários métodos de classificação de instrumentos de medição, tais como: por função ou por sinal de transmissão.

Classificação por Função

Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associação desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma função.

Figura 6. Exemplo de configuração de uma malha de controle

Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por função cuja descrição sucinta pode ser liga na tabela 01.

6Prof. Marcelo Saraiva Coelho

Tabela 1. CLASSIFICAÇÃO POR FUNÇÃO

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

Transmissor Instrumento que 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.

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector, transmissor, etc.

Registrador Instrumento que registra graficamente valores instantâneos medidos ao longo do tempo, valores estes enviados pelo detector, transmissor, Controlador etc.

Conversor Instrumento cuja função é a de receber uma informação na forma de um sinal, alterar esta forma e a emitir como um sinal de saída proporcional ao de entrada.

(Parte 1 de 9)

Comentários