AULA 1 - Instrumentação e Controle - Introdução

Instrumentação e Controle

Aula 1 – Introdução

Introdução

Com o advento da máquina à vapor, ocorrido no século XVIII, a condição de trabalho humano começou a sentir uma mudança, deixando de ser completamente braçal.

Coube ao homem a busca por formas de controlar esta nova forma de energia.

Introdução

A necessidade do aumento de produção para atender a sempre crescente demanda e o baixo custo, aliados à criação e fabricação de novos produtos, propiciou o aparecimento de um número cada vez maior de indústrias. Essas 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.

Introdução

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.

Introdução

Para poder controlar automaticamente um processo, precisamos saber como ele está 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.

Instrumentação

Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle de processos de fabricação, visando à otimização na eficiência desses processos.

Processo Industrial

É um único sistema ou todo um conjunto de equipamentos que fazem transformações químicas e/ou físicas nas matérias primas.

Processos de transformação na indústria:

• Processos contínuos (Indústrias de processos);

Processos contínuos (Indústrias de processos)

Processos contínuos operam ininterruptamente produtos e materiais sem manipulação direta. Envolvem os processos tipo Batelada (Batch).

Processos contínuos (Indústrias de processos)

O processo produtivo envolve principalmente variáveis contínuas no tempo, como por exemplo, indústrias de óleo e gás, químicas, de celulose, alimentos e bebidas, metalúrgica e de geração de energia, entre outras.

O processo de transformação nestas indústrias parte de matérias primas que são transformadas ou refinadas para a obtenção de um produto final.

Processos de manufatura (Indústrias de manufatura)

Processos de Manufatura são processos que envolvem transporte, distribuição, montagem, seleção, etc.. de produtos ou materiais através de manipulação direta ou indireta.

Variáveis de Processo

Na indústria de processo existem diversas variáveis, chamadas de variáveis de processo, cujo monitoramento e controle permitem, por exemplo, minimizar a variabilidade na qualidade do produto final, manter o processo dentro de limites seguros e otimizar o processo, resultando, assim em redução de custos de produção e outros.

Variáveis de Processo

Exemplos:

Nível, pressão, temperatura, vazão, vibração,

acidez, cor, granulatura, densidade, etc..

Variáveis de Processo

Quais variáveis de processos estão envolvidas no seu dia-a-dia?

Terminologias da Instrumentação Industrial

Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro

do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Expressa-se determinando os valores extremos.

Terminologias da Instrumentação Industrial

Nenhum sistema responde instantaneamente a um estímulo. Assim é definido o tempo de resposta como o tempo necessário para que o sistema atinja um determinado percentual do valor final como resposta a um degrau.

Terminologias da Instrumentação Industrial

Considere o circuito RC da figura abaixo. Se aplicado um sinal (degrau) Ve na entrada, a saída Vs terá uma evolução exponencial do tipo.

Onde

K: constante

Terminologias da Instrumentação Industrial

Ou seja, a saída atinge 63,21% do valor final. Para t = 3τ, a saída terá atingido 95% de seu valor final. Assim, o tempo de resposta normalmente é definido como o tempo em que a saída do sistema evolui para 63% ou para 95% como resposta a um degrau de entrada. O tempo de resposta é uma medida da velocidade do sistema.

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Terminologias da Instrumentação Industrial

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

Terminologias da Instrumentação Industrial

pelo instrumento, em relação real da variável medida. Se o processo ocorrer em regime permanente (que não varia ao longo do tempo), será chamado de Erro Estático, e poderá ser positivo ou negativo, dependendo da indicação do instrumento. Quando a variável altera-se, tem-se um atraso na transferência

de energia do meio para o medidor, ou seja, o valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença é chamada de

Erro Dinâmico.

Terminologias da Instrumentação Industrial

Podemos definir como 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 FE); • Percentual do Span (% do span);

Terminologias da Instrumentação Industrial

Terminologias da Instrumentação Industrial

É a relação entre o valor máximo e o valor mínimo, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento.

Terminologias da Instrumentação Industrial

É a máxima variação que a variável pode ter sem que provoque alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.

Terminologias da Instrumentação Industrial

É a mínima variação que a variável pode ter, provocando alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.

Terminologias da Instrumentação Industrial

É o erro máximo apresentado 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.

Expressa-se em percentagem do span do instrumento.

Deve-se destacar que a expressão zona morta está incluída na histerese.

Terminologias da Instrumentação Industrial

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Terminologias da Instrumentação Industrial

É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em percentagem do span do instrumento. O termo repetibilidade não inclui a histerese.

Terminologias da Instrumentação Industrial

Num transdutor ou instrumento é desejável uma resposta linear.

A medida máxima entre o valor real e o valor correspondente à resposta linear.

Funções dos instrumentos

Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação de acordo com a função que desempenham no processo.

Funções dos instrumentos - Indicador

Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável. Existem também indicadores digitais que

mostram a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas.

Funções dos instrumentos - Registrador

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

Funções dos instrumentos - Transmissor

Instrumento que mede uma determinada variável, e envia um sinal proporcional e padronizado, a um elemento receptor, localizado à distância.

Funções dos instrumentos - Transdutor

Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um sinal de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo.

O conversor é um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados.

Funções dos instrumentos - Controlador

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.

Referências

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional/ Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de Rio Grande do Sul. Instrumentação e

Controle, série Automação Industrial, 256p., Brasília: SENAI/DN, 2013.

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial - Escola Senai “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”. Departamento Regional de São Paulo. Instrumentação, 207p., Campinas, 2006. GONÇALVES, Marcelo Giglio. Monitoramento e controle de processos. 100p., Rio de Janeiro: Petrobras ; Brasília : SENAI/DN, 2003.