Aula1.icp

(1)

Docente: Talitha Ferreira

Especializanda em Gestão integrada de QSMS

Instrumentação e Controle de Processos

Curso Técnico em

Mecatrônica

(2)

• Definição de Automação e Controle

• Evolução dos sistemas de automação;

• Hierarquia de sistemas de automação;

• Automação e os processos industriais

.

(3)

(4)

(5)

(6)

Automação industrial

• Tecnologias incorporadas ao ambiente industrial com

o objetivo de melhoria contínua dos seus processos

produtivos, redução de custos operacionais e

compartilhamento eficiente de informações para

obter melhor posicionamento estratégico.

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Conceito

• O conceito de automação inclui a ideia de usar a potência

elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina;

• Deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para

que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com

vantagens econômicas e de segurança.

(8)

Automação - Histórico

• Antiguidade

• Roda – 3200 A.C

• Moinhos de vento – 650 anos D.C • Revolução Industrial

• Máquina a vapor – 1765

• Máquinas ferramenta – 1775

• Linha de montagem Illinois- 1913 • Atualidade

(9)

Histórico

• Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização.

• O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem. • Nos tempos modernos, entende-se por automação qualquer sistema

(10)

Histórico

• A história da automação industrial começa na década de 20 quando Henry Ford cria a linha de produção para a fabricação de automóveis.

• Porém, o grande impulso para a automação se deu com o aparecimento dos transistores na década de 60

.

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Histórico

• Até então, tal programação era feita utilizando relés, e a complexidade dos processos produtivos envolvidos exigia, instalações em painéis de controle com centenas de relés.

• Além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas:

– alto consumo de energia; – difícil manutenção;

– modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação; – ocasionando número de horas paradas;

(12)

Histórico- Relé

• Um relé é um interruptor acionado eletricamente. A

movimentação física deste "interruptor" ocorre quando a

corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé,

criando assim um campo magnético que por sua vez atrai a

alavanca responsável pela mudança do estado dos contatos.

(13)

Histórico- CLP

• No final da década de 60, surgiu o Controlador Lógico

Programável;

• Seu desenvolvimento foi incentivado pela GM, que enfrentava

problemas com a programação de sua linha de produção.

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Atualmente

• Automação industrial é muito aplicada para melhorar a

produtividade e qualidade nos processos considerados

repetitivos, estando presente no dia-a-dia das empresas;

• A automação industrial pode ser definida como um conjunto

de técnicas destinadas a tornar automáticos vários processos

na indústria, substituindo o trabalho muscular e mental do

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Automação e Controle

Qualquer grandeza física pode ser controlada;

•Controle manual

– operador presente;

– válvulas, alavancas, chaves, ...;

– que produz alterações naquela variável.

•Produção seriada

– início da industrialização;

– produção composta por etapas ou estágios; – máquinas específicas a determinada aplicação.

(16)

Automação e Controle

... com o passar do tempo ...

– valorização do trabalhador;

– a máquina passou a fazer o trabalho mais pesado; – o homem, a supervisioná-la.

•Controle

– automático: as funções do operador é realizada por um equipamento;

– automático por realimentação: age sobre o elemento de controle, baseando-se em informações de medida da variável controlada.

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Exemplos de Aplicações

• O conceito de automação varia com o ambiente experiência

da pessoa envolvida.

– Para uma dona de casa, a máquina de lavar roupa ou lavar louça; – Para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô;

– Para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do caixa eletrônico.

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Classificação da Automação

– Automação Industrial;

– Automação Comercial;

– Automação Predial;

– Automação Residencial;

– Automação Bancária;

– Automação Agrícola.

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Trabalho de Automação

Principais itens a serem abordados:

•Histórico

•Evolução

•Equipamentos Utilizados

(sensores, atuadores)

•Vantagens e Desvantagens

(20)

Por que automatizar?

 Aumento de produtividade;

 Redução de custo;

 Aumento da segurança;

 Melhoria da qualidade;

(21)

(22)

Noções de automação

 O que é processo?

Qualquer operação, ou série de operações, que

produz um resultado final.

(23)

Noções de automação

 Tipos de processos industriais:



Processo continuo

Normalmente produzem matérias primas e produtos intermediários de natureza normalmente fluida e processados de forma contínua.

Ex:Destilação do Álcool



Processo discreto ou manufatura

Normalmente produzem produtos finais, normalmente contados por unidade produzida em massa (seriada) ou em lotes.

(24)

Tipos de processos:

Características

Continuos

Discretos

Produção

Toneladas, metros

cúbicos,etc

No. de produtos

Qualidade

Concentração, etc

Dimensões, defeitos,

aparência

Variáveis típicas

Temperatura,

vazão, pressão,etc

Posicão, velocidade,

força,etc

Sensores e atuadores

Termopares,

válvulas, bombas

Sensores

fotoelétricos,

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Tipos de automação:

Produção em massa Oficina va ri ed ad e Produção em batelada 100 1.000.000 Automação Fixa Automação Programável Automação Flexível

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Automação Fixa

• Sequência de operação é fixada pela configuração do produto; • Custo nos equipamentos customizados ao produto;

• Inflexível;

• Produção em massa;

• Custo diluído no volume de produção.

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(28)

Níveis de automação

Nível de Gestão Nível de Planta Nível de Célula Nível de Máquina Nível de Dispositivos Nível de Gestão Nível de Otimização Nível de Supervisão Nível de Controle Sensores e atuadores Pr od uç ão , c om pr as , c us_to , e sto qu es Discreto Contínuo

(29)

Níveis de automação

 Nível de Controle ou de Máquina:



CLPs, controladores, Máquinas CNC, Robôs,

Conveyors, AGVs (Auto Guided Veichle)

 Nível de Dispositivo:



Sensores e Atuadores (transmissores, encoders,

válvulas, junta de um robô, motor de passo,

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Níveis de automação

 Nível de Supervisão ou de célula:



Supervisórios, IHMs

 Nível de gestão



ERP (Enterprise Resource Planning) sistemas

integrados de gestão empresarial.

 Nível de Otimização ou de planta:

(31)

Níveis de informação em uma Fábrica

Freq. de Transmissão dia / turno / hora segundos a minutos segundos a milisegundos milisegundos Tempo de Reação minutos a horas 100 ms - 1 s milisegundos 10 ms - 100 ms MByte KByte Bit Byte Gerenciamento Célula Chão de Fábrica Atuador-Sensor Volume

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Variáveis Contínuas x Digitais

tempo V o lt s 1 2 3 4 contínuas Digital nivel “1” Digital nível “0”

Analógica convertida para digital ou “quantizada”

(0000100)

(33)

Fixação

• O que é automação?

• Por quê Automatizar os processos?

• Cite exemplos das áreas de automação?

• Cite um caso de um processo antes e depois da

automação?

(34)

O que é Processo ?

• Sequencia de operações em um conjunto de máquinas e/ou equipamentos necessários para a manufatura de um produto.

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

• Isto quer dizer que um processo é uma operação onde varia pelo menos uma característica física ou química de um determinado material

.

(35)

O que é Processo ?

• Um processo pode ser simples, como um bombeamento d'água de um lugar para o outro ou pode ser complexo, como a produção de gasolina por destilação da mistura de produtos químicos do óleo cru.

(36)

Indústrias de Processo

Indústrias de processo são aquelas que adicionam valor aos materiais através de mistura, separação, conformação ou reações químicas. O processamento pode ser tanto contínuo como em bateladas (lotes) e geralmente requerem rígido controle do processo e alto investimento de capital.

Um processo contínuo pode levar até vários dias para entrar em regime estável e permanente de produção.

(37)

Exemplo de Processo no cotidiano

Uma pessoa tomando banho possui quatro variáveis de processo

Nível da caixa d´água que controla a vazão da bomba que acaba gerando uma pressão na rede para levara água até o reservatório e a resistência do chuveiro que controla a temperatura da água fazendo que o banho fique sempre na temperatura ideal.

(38)

Exemplo de Indústria Processo

(39)

(40)

Exemplo de Indústria Processo

(41)

Instrumentação

• Associada ao estudo teórico e prático dos instrumentos e seus princípios científicos, utilizados para monitorar, de forma continua ou discreta, o comportamento de variáveis de processo.

• A instrumentação pode, então, ser definida como a ciência que

aplica e desenvolve técnicas para medidas e controles em equipamentos e processos industriais.

(42)

Instrumentação

• 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.

• A instrumentação viabiliza o processo de realimentação. Como existem inúmeros processos envolvendo as mais diversas grandezas físicas foram desenvolvidos instrumentos de medição para atender as exigências de cada aplicação.

(43)

• Instrumento:

Equipamento industrial responsável por

controlar, medir, registrar ou indicar variáveis.

• Medir:

Determinar a grandeza.

• Registar:

Impresso ou digital.

• Indicar:

Mostrar o valor da variável.

• Variável:

Condições ou situações que ocorrem durante o

Instrumentação

(44)



_Sensores



_{Transmissores}



_Indicadores



_{Registradores}



_{Controladores}



_Transdutores



_Atuadores

Classificação dos Instrumentos

(45)



Um sensor é um dispositivo para detecção e sinalização de uma condição de mudança:

presença ou ausência de um objeto ou material (detecção discreta).

uma quantidade mensurável como uma mudança na distância, tamanho ou cor (detecção analógica).

Esta informação, ou a saída do sensor, é a base para a monitoração e o controle de um processo de produção.

Instrumento Sensor

(46)

 Os indicadores são instrumentos que tem a função de indicar uma variável ou situação de um processo industrial.

 Analógicos – Os instrumentos analógicos usualmente dispõem de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável.

Digitais – Instrumentos digitais que indicam a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas.

Instrumento Indicador

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 Os instrumentos registradores são aqueles que registram a(s) variável(s) através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico. Atualmente é comum a interação com computadores e registradores digitais. A indicação pode ser analógica ou digital, os valores de mais de uma grandeza podem ser apresentados simultaneamente.

 Com o avanço da tecnologia as variáveis podem ser registradas via internet em servidores a distancia (Supervisórios).

(48)



Os Instrumentos transmissores são aqueles que determinam o valor de uma variável no processo através de um elemento primário, transmite a outro equipamento tendo o sinal de saída padronizado proporcional ao valor da variável de processo.

 Existem vários tipos de sinais de transmissão que são os pneumáticos, analógicos e digitais.

 A transmissão serve somente como uma conveniência de operação para tornar disponíveis os dados do processo em uma sala de controle centralizada, num formato padronizado. Geralmente montados em campo

(49)



O instrumento transdutor “traduz” uma variável física. Ao receber informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica caso necessário às informações e fornece um sinal de saída resultante.

 Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário (sensor), um transmissor ou outro dispositivo. Esse instrumento é de grande importância na operação dos demais elementos.

(50)

 Um exemplo é um instrumento transdutor de pressão por uma membrana. Ao aumentar a pressão, desloca um diafragma que muda uma característica física, no caso, capacitância, proporcional a pressão.

(51)



Os instrumentos controladores têm como objetivo controlar.

O controle é feito comparando a variável controlada com um

valor desejado (set point) e fornece um sinal de saída a fim

de manter a variável controlada em um valor específico ou

entre valores determinados.



Alguns instrumentos controladores, a variável pode ser

medida, diretamente pelo controlador ou indiretamente

através do sinal de um transmissor ou transdutor.

(52)

 Os instrumentos elemento final de controle é o que vai atuar no sistema de controle. Após ser mensurado, indicado, registrado e comparado com um set point, o controlador para controlar a variável utiliza o instrumento elemento final de controle para modificar o sistema e a variável.

(53)

 Os totalizadores mostram o valor total da grandeza medida a partir de um momento X até a medição. É muito utilizado na medição de vazão, para indicar, por exemplo, quantos litros de cerveja foram engarrafados desde o momento em que aquele lote da bebida ficou pronto.

O hodômetro é um totalizador de quilometragem percorrida, que geralmente pode ser total (desde a fabricação do carro) ou parcial.

(54)

(55)

(56)

Tipos de Instrumentação

• A Instrumentação Pneumática usa sinais de pressão de ar

ou nitrogênio nas informações entre instrumentos.

• A Instrumentação Eletrônica Analógica usa sinais

elétricos analógicos ou seja sinais contínuos.

• A Instrumentação Eletrônica Digital usa sinais elétricos

digitalizados ou seja sinais quantizados (discretos).

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Exemplos: Instrumentação Pneumática

Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar. Nesse caso a variação da pressão do gás é linearmente

manipulada numa faixa específica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite

inferior até seu limite superior.

O padrão de transmissão ou recepção

de instrumentos pneumáticos mais utilizado é

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Exemplos: Instrumentação Analógica

Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.

Como padrão para transmissão a longas distâncias são utilizados sinais em corrente contínua variando de 4 a 20 mA e para distâncias até 15 metros aproximadamente, também utilizam-se sinais em tensão contínua de 1 a 5V.

(59)

Exemplos: Instrumentação Digital

“Pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a comunicação entre o elemento transmissor receptor seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem”

padrão chamado protocolo de comunicação.

(60)

Telemetria

 _{São denominadas telemetria as técnicas de obtenção, processamento e}

transmissão de dados à distância.

_{Tecnologia pneumática}  Tecnologia Eletrônica  Tecnologia Digital

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Padrões de Sinais

• Para transmitir sinais de forma analógica no ambiente industrial utilizam-se padrões, paulatinamente caindo em desuso:

• 4 a 20 mA • 3 a 15 PSI

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Conversão entre sinais

• Ao longo do sistema de controle, um sinal

pode trocar de forma várias vezes, por

exemplo:

20 mA 4 mA 12 mA 15PSI 3PSI X 20-4 15 - 3 = 12-4 X – 3 16.(X-3) = 8.12 16 X = 96+48 16 X = 144 X = 9 PSI

(63)

Cálculo de telemetria

• A informação de uma vazão de 7 m

3

/h

enviada por um transmissor com faixa

calibrada de 0 a 10m

3

/h é transmitida

segundo um padrão de 4 a 20mA, qual o

valor de corrente enviado pelo indicador?

(64)

Cálculo de telemetria

• O valor fornecido por um transmissor pneumático

de temperatura é de 12 PSI. Qual a temperatura

medida , sabendo-se que a faixa calibrada é de 50

(65)

Instrumentação Industrial

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Equipamentos Industriais

• São todos os equipamentos de processo em indústrias nas quais materiais sólidos ou líquidos ou gasosos sofrem transformações físicas ou químicas.

• Os equipamentos e máquinas industriais são alguns dos suprimentos e insumos mais importantes dentro da planta industrial, pois são esses dispositivos os elementos capazes de produzir quantidades enormes de produtos acabados e semi-acabados em um curto período de tempo.

•

Os equipamentos estão agrupados em:  Caldeiraria;

 Máquinas;  Tubulações.

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Equipamentos Industriais

• Caldeiras- São exemplos de equipamentos de caldeiraria os tanques, resfriadores, colunas, permutadores de calor, aquecedores, vasos de pressão, esferas, reatores, gasômetros, fornos, caldeiras, filtros, silos, separadores, etc.;

• Tubulações- São todos os elementos físicos de interligação entre os demais equipamentos.

• Máquinas- São exemplos de máquinas as bombas, os sopradores, ejetores, compressores, centrifugadores e outras máquinas de movimentar fluidos;

(68)

Variáveis de processo

• São grandezas físicas ou químicas que podem alterar seu valor com o tempo, as quais podem ser mensuráveis.

• Em princípio, qualquer variável de processo que venha a produzir um movimento ou uma força, poderá ser detectada por instrumentos.

Exemplo:

_{Neste tanque, inicialmente,}

a vazão de entrada e saída de produto são iguais, e o nível se mantém constante. Quando houver variação de vazão de entrada ou de saída de produto, o nível modificará o seu valor, e a variação de nível pode ser medida pela bóia.

(69)

Variável Medida ou Controlada

• É a variável mantida dentro de um valor desejado ou entre valores pré determinados pelo processo.

A coluna de destilação possui vários processos simples, e cada um possui a sua variável controlada, por exemplo, a vazão de entrada de mistura na coluna, o nível e a temperatura da mistura no fundo da coluna.

(70)

Variável Medida ou Controlada

• Às vezes, se mede uma variável indiretamente, por meio da medição de outra variável.

• Meio controlado é a energia ou material que está contida na variável controlada.

A medição do nível é feita por pressão gerada pela altura da coluna líquida da mistura no fundo;

A temperatura do fundo é medida por variação da tensão elétrica gerada no termopar;

A medição de vazão é feita por

pressão diferencial gerada na placa de orifício.

(71)

Variável Manipulada

• É uma variável de entrada do processo, que sofrerá modificações para manter a variável controlada no valor desejado.

• Agente de controle é a energia ou material que está contida na variável manipulada

.

Para manter a temperatura da mistura no valor desejado, será necessário mantermos a vazão de vapor constante. Se a temperatura desejada da variável controlada modificar, a válvula que controla a vazão de vapor precisará ser manipulada para que seja cedida a energia calorífica necessária para

(72)

Variáveis Aleatórias ou Distúrbio

• São todas as variáveis que o processo possui, que não são medidas, controladas e manipuladas, mas que afetam a estabilidade da variável controlada.

Esses distúrbios podem ocorrer:

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Variáveis de Processo

• Determine as variáveis (manipulada, controlada e as aleatórias), agente de controle e meio controlado do processo abaixo.

(74)

O que é Controle ?

• Um problema de controle consiste em determinar uma forma de afetar forma de afetar

um sistema físico considerado de modo que o seu desempenho atenda às especificações de desempenho;especificações de desempenho;

• O comportamento do sistema físico pode ser alterado através das variáveis manipuladas geradas por um controlador.controlador.

(75)

Especificações de Desempenho

• Podem envolver requisitos como:

1.

1. Rapidez na resposta: tempo de subida, transferência em tempo Rapidez na resposta

mínimo;

2.

2. Exatidão: sobressinal, erro de regime, rastreamento de referência;Exatidão 3.

3. Custo: mínima energia, mínimo combustível;Custo 4.

4. Segurança: estabilidade, robustez à incertezas;Segurança 5.

5. Conforto: rejeição à distúrbios, capacidade de auto-diagnóstico;Conforto 6.

(76)

Sistema de Controle

 Controlar um processo significa obter os resultados desejados dentro dos limites de tolerância razoáveis para um determinado parâmetro.

Sempre que houver um distúrbio, a variável controlada deve retornar

exatamente ao valor do ponto de ajuste previamente estabelecido,

dentro do tempo prescrito e com erro limitado.

 Os instrumentos de controle de processo são necessários porque as variáveis de processo não permanecem constantes ao longo do tempo.

O objetivo do sistema de controle é determinar o valor das variáveis de

processo e continuamente atualizar os dispositivos de atuação que agem diretamente sobre o processo.

(77)

Sistema de Controle

A figura abaixo apresenta o diagrama de controle de um processo de aquecimento de água em um trocador de calor, usando vapor superaquecido como fonte de energia térmica. Nos quadros numerados cabem os termos técnicos, processo, controle, sensor, controlador e atuador. A seguir, enumere as alternativas da esquerda, fazendo a correta correlação entre os números dos quadros e os termos técnicos.

(78)

Sistema de Controle

A figura abaixo apresenta o diagrama de controle de um processo de aquecimento de água em um trocador de calor, usando vapor superaquecido como fonte de energia térmica. Nos quadros numerados cabem os termos técnicos, processo, controle, sensor, controlador e atuador. A seguir, enumere as alternativas da esquerda, fazendo a correta correlação entre os números dos quadros e os termos técnicos.

(79)

Tipos de Controle

• Controle Manual

Ex: operador detém a função de manter a temperatura da água quente em um dado valor. Neste caso, um termômetro está instalado na saída do sistema , medindo a temperatura da água quente. O operador observa a indicação do termômetro e baseado nela, efetua o fechamento ou abertura da válvula de controle de vapor para que a temperatura desejada seja mantida.

(80)

Tipos de Controle

• Controle Automático

Este sistema atua de modo similar ao operador, tendo então um detector de erro, uma unidade de controle e um atuador junto à válvula, que substituem respectivamente o operador. Desse modo, o controle da temperatura da água quente é feito sem a interferência direta do homem.

(81)

Tipos de Controle

• Controle Auto-Operado

Controle em que a energia necessária para movimentar a parte operacional pode ser obtida diretamente, através da região de detecção, do sistema controlado. Deste modo, este controle obtém toda a energia necessária ao seu funcionamento do próprio meio controlado.

(82)

Controle em Malha

• Malha de Controle é o conjunto dos instrumentos interligados ao processo para exercer funções de controle.

• As malhas de instrumentos podem ser abertas ou fechadas, determinando assim o tipo de estratégia de controle.

• Uma Malha de Controle é formada basicamente por três elementos:

sensores transmissores, controladores e atuadores.

Sistema

(83)

Controle em Malha

• Sistema de controle a malha aberta:

• A informação sobre a variável controlada não é usada para ajustar qualquer entrada do sistema.

• Exemplo: A informação acerca da temperatura do líquido de saída, não afeta o controle da entrada de vapor para o sistema.

Sistema

Saída

Dispositivo

de atuação

Resposta

desejada

(84)

Controle em Malha

• Sistema de controle a Malha Fechada

• A informação sobre a variável controlada, com a respectiva comparação com o valor desejado, é usada para manipular uma ou mais variáveis do processo a fim de reduzir o erro e manter a saída do sistema no valor

Sistema Saída Comparação Controlador Dispositivo de medida Resposta desejada (Set Point) SP (Variável de Processo) PV Sinal de controle (Variável manipulada) MV Sensor + Transmissor

(85)

• Exemplo: controle de nível de um reservatório:

Sistema

Controlador

-+

Reservatório

Bóia

Nível

desejado

Nível

de água

Bomba

Controle em Malha

(86)

(87)

(88)

Por que Malha Fechada ???

o Vantagens:

• redução da sensibilidade do sistema à variações

de parâmetros;

• maior rejeição à distúrbios;

o Desvantagens:

• maior número de componentes.

G(s) R(s) Y(s) Malha Aberta R(s) + -G(s) H(s) E(s) B(s) Y(s) Malha Fechada

(89)

Todo processo possui características que determinam atraso na transferência de energia e/ou massa, o que consequentemente dificulta a ação de controle, visto que elas são inerentes aos processos. Quando, então, vai se definir o sistema mais adequado de controle, deve-se levar em consideração estas características e suas intensidades.

(90)

Problemas de Controle em

Engenharia

Sistema Modelo Matemático Análise Projeto Implementação

Baseado nas especificações de desempenho

(91)

• Tempo Morto

É o intervalo de tempo entre o instante em que o sistema sofre uma variação qualquer e o instante em que esta começa a ser detectada pelo elemento sensor.

- Exemplo: sistema de nível

Considerando como entrada a percentagem de abertura na válvula v1, quando

ocorre uma mudança na mesma, a vazão de entrada do tanque só variará algum tempo depois, dependendo da distância da válvula da entrada de líquido no tanque. Por exemplo, se a válvula está localizada a 20 metros da entrada do tanque e a velocidade do líquido na tubulação for de 10 metros por segundo, o tempo morto do processo será de 2 segundos.

(92)

• Resistência

Representa a resistência de um elemento à passagem de fluxo.

Atrasos do Processo

Exemplo: Num sistema hidráulico, qualquer restrição à passagem do fluído, tem como resultado uma queda na pressão

(93)

• Capacitância

É uma medida das características próprias do processo para manter ou transferir uma quantidade de energia ou de material com relação a uma quantidade unitária de alguma variável de referência. Uma mudança na quantidade contida, por unidade mudada na variável de referência.

Exemplo de armazenamento: Nos tanques de armazenamento abaixo a capacitância representa a relação entre a variação de volume e a variação de altura do material do tanque.

(94)

TERMINOLOGIAS

(95)

Faixa de Medida (Range)

• Conjunto de valores da variável analisada, compreendido dentro do limite inferior e superior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento.

• É expresso determinando-se os valores extremos. Exemplo:

100 ~ 500°C; 0 ~ 20 psi;

(96)

Alcance (Span)

• É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do instrumento.

Exemplo: Um instrumento com range de 100 a 250°C, possui Span

= 150°C.

Erro

• Diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação real da variável medida.

Erro Estático – Constante em toda faixa de medição podendo ser positivo ou

negativo (regime permanente).

Erro Dinâmico – Valor variável ao longo da faixa ocorrendo um atraso na

transferência de energia do meio para o medidor (valor medido atrasado em relação ao real ).

(97)

Exatidão

• Podemos definir como sendo a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. • A exatidão pode ser descrita de três maneiras:

Percentual do Fundo de Escala ( % do F.E. ) Percentual do Span ( % do Span )

Percentual do Valor Lido ( % do V.L. )

Exemplo : Para um sensor de Temperatura com Range de 50 a 250 oC e valor medido 100 oC determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições : a ) Exatidão 1% do Fundo de Escala Valor real = 100 oC ± ( 0,01 . 250 ) = 100 oC ± 2,5 oC b ) Exatidão 1% do Span Valor real = 100 oC ± ( 0,01 . 200 ) = 100 oC ± 2,0 oC c ) Exatidão 1% do Valor Lido ( Instantâneo ) Valor real = 100 oC ± ( 0,01 . 100 ) = 100 oC ± 1,0 oC 1

(98)

Repetitividade

• Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condições de medição.

Rangeabilidade (Largura de Faixa)

• É a razão entre os valores máximo e mínimo da faixa de medição. Alguns métodos de medição têm limitações de Rangeabilidade, como a medição de vazão com placas de orifício, que está limitada a uma Rangeabilidade de 3 para 1 (3:1).

Exemplo para uma vazão máxima de 150 m³/h, a vazão mínima será de um terço desse valor, ou 50 m³/h.

(99)

Histerese

• É a diferença máxima apresentada por um instrumento, para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente.

• Exemplo: Num instrumento com “range” de 0 a 200°C mostrado na Figura seguinte, a histerese é de 0,2%.

(100)

CONTROLE DE

PROCESSOS

INDUSTRIAIS

(101)

(102)

CONTROLE DE

PROCESSOS

INDUSTRIAIS

(103)

Controle de Processos Industriais

Processo Controlador Sensor Transdutor Elemento final de controle Transmissor SetPoint Variável de Processo SP PV MV Variável Manipulada temperatura pressão nível vazão tensão mecânica deslocamento

(104)

Processos Industriais

• Sensor, Transmissor, Válvula de Controle: ccampo (junto ao ampo

processo);

• Controlador: sala de controle ou sala de controle campo;campo;

• Equipamentos de controle: analógicos ou digitais;

• Sistemas analógicos: sinais de ar pressurizado (3 a 15 psi) ou 3 a 15 psi

(105)

Características de um Controlador

Industrial

• Indicar o valor da Variável de Processo (PV);

• Indicar o valor da saída do controlador, a Variável Manipulada

(MV);

• Indicar o Set Point (SP);

• Ter um chave para selecionar entre modo manual ou automático;

• Ter uma forma de alterar o valor do SetPoint quando o controlador está em automático;

• Ter uma forma de alterar MV quando o controlador está em manual;

(106)

• Na indústria, um controlador microprocessado é chamado de Inteligente, possuindo diversas funções que os antigos controladores analógicos não possuíam;

• O controlador Single Loop é o instrumento microprocessado que pode ser usado para controlar uma única malha;

• Os controladores Multi Loop podem controlar várias malhas independentes; Tem um custo mais baixo por malha de controle;

• A configuração pode ser feita através de teclados acoplados ao instrumento ou através de programadores separados;

Controladores Inteligentes

(107)

Simbologia e Terminologia de

Instrumentação da Norma

(108)

Introdução

• Instrumentação

trata

de

instrumentos

industriais, que são utilizados para medir as

variáveis de processo:

• Vazão;

• Pressão;

• Temperatura;

• Nível, etc.

• Cada instrumento é identificado por um TAG:

• Fluxogramas de processo e de engenharia;

• Desenhos de detalhamento;

(109)

1º Grupo de letras:

• Identifica a variável medida ou iniciadora

• 1° letra – Variável medida

• Ex: P – pressão, T – temperatura, F – vazão, L –

nível.

• 2° letra – Modificadora

• Ex: D – diferencial, Q – totalização, S –

segurança.

(110)

2º Grupo de letras

• 1° letra – Função passiva ou de informação

• Letras mais usadas: A – alarme, E – elemento

primário, G – visão direta, I – indicador, R –

registrador.

• 2° letra – Função ativa de saída

• Letras mais usadas: C – controlador, S – chave,

T – transmissor, V – válvula ou damper, Y – relé

• 3° letra – Modificadora

(111)

Exemplos

• Exemplos:

• PIC – controlador e indicador de pressão

• PT – transmissor de pressão

• FQI – totalizador e indicador de vazão

• PSHH – chave de pressão muito alta

• LG – visor de nível

(112)

Fluxograma

(116)

(117)

(118)

Linhas de Instrumentos

(119)

Balões de Instrumentos

(120)

(121)

• Estes vários refinamentos do controle implicam nos

modos de controle, que podem ser os seguintes:

• Controle Liga-Desliga;

• Controle Proporcional;

• Controle Integral;

• Controle Derivativo.

Ações de Controle

(122)

Controle

Liga-Desliga

• A saída de um controlador on-off é ou ligada ou

desligada;

• Seu valor depende do

sinal do erro e da ação do

_{sinal do erro}

controlador: direta ou reversa;

• O controle liga-desliga do nível do tanque: se o nível

estiver abaixo do nível desejado, o controlador abre

totalmente a válvula v

₁

; se o nível do tanque estiver

acima do desejado, o controlador fecha totalmente a

válvula.

(123)

Controle Proporcional

• Fornece uma saída modulada que pode ter qualquer

valor entre o mínimo (0%) e o máximo (100%) da

faixa da saída do controlador;

• O valor depende de vários fatores, como: direção e

tamanho do erro de controle, ganho ou sensitividade

do controlador e ação de controle direta ou reversa.

(124)

Referência Bibliografica

• SOISSON.Instrumentação Industrial. Hemus • FIALHO. Instrumentação Industrial. Erica

• FIALHO. Instrumentação Industrial- Conceitos, Aplicações e

Análises. Erica

• SIGHIERI. Contrle Automático de Processos Industriais:

(125)