INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA

(1)

INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA

1 - CONCEITOS BÁSICOS DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 2 - TELEMETRIA

3 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - PRESSÃO 4 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - NÍVEL 5 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - VAZÃO 6 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - TEMPERATURA 7 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - DENSIDADE 8 - ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE

9 – CONCEITOS BÁSICOS EM CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO

DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO

DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO

a) Indicador

b) Registrador

c) Transmissor

d) Transdutor

e) Controlador

f) Elemento Final de Controle 1. CLASSES DE INSTRUMENTOS:

(2)

3 - Alcance (SPAN)

4 – Erro

5 – Repetitividade 6 – Exatidão

7 – Rangeabilidade (Largura da Faixa) DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO

DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO

SUPRIMENTO IMPULSOOU

SINAL PNEUMÁTICO

SINAL HIDRÁULICO

LIGAÇÃO CONFI- GURADA INTERNA- MENTE AO SISTE- MA (SOFTWARE)

SINAL NÃO DEFINIDO

SINAL ELÉTRICO

CAPILARTUBO

SINAL ELETROMAG- NÉTICO OU SÔNICO (TRANSMISSÃO NÃO

GUIADA) LIGAÇÃO MECÂNICA SINAL BINÁRIO ELÉTRICO SINAL ELETRO-

MAGNÉTICO OU SÔNICO (TRANS- MISSÃO GUIADA)

SINAL BINÁRIO PNEUMÁTICO

Símbolos utilizados nos Fluxogramas de Processo SIMBOLOGIA GERAL

LOCALIZAÇÃO TIPO

Locação Principal normalmente

acessível ao operador

Montado no Campo

Locação Auxiliar normalmente

acessível ao operador

Locação Auxiliar normalmente não acessível ao operador

Instrumentos Discretos

Instrumentos Compartilhados

Computador de Processo

Localização dos Instrumentos SIMBOLOGIA GERAL

(3)

I X O Identificação da Malha Identificação Funcional

S U F N⁰Seqüencial

da Malha Área da

Atividade Função

Variável

P RC 001 02 A

SIMBOLOGIA GERAL

NORMA (ISA S5)

Indicação ou Indicador Corrente Elétrica

I

Alto Comando Manual

H

Visor Medida Dimensional

G

Relação Vazão

F

Elemento Primário Tensão (Fem)

E

Diferencial Densidade ou Peso

Específico D

Controlador Condutibilidade Elétrica

C Queimador

(Chama) B

Alarme Analisador

A

Letra de Modificação Função de Saída Função de Leitura

Passiva Letra de

Modificação Variável

Medida

LETRAS SUCESSIVAS 1^ALETRA

Chave ou Interruptor Segurança

Velocidade ou Freqüência S

Registrador Radioatividade

R

Integração Quantidade

Q

Tomada de Impulso Pressão

P

Placa de Orifício O

Médio ou Intermediário Umidade

M

Baixo Lâmpada Piloto

Nível L

Estação de Controle Tempo ou Programa

K

Varredura Potência

J

Passiva Letra de

Medida

(4)

Elemento Final de Controle Posição

Z

Relê ou Computador Y

Poço Peso ou Força

W

Válvula Viscosidade

V

Multifunção Multifunção

Multifunção Multivariáveis

U

Passiva Letra de

Medida

EXERCÍCIOS

1 - Qual a função de cada um dos instrumentos abaixo, de acordo com a sua identificação.

a) FIC - b) TI - c) TSL - d) PSLL - e) TT - f) PIC - g) LT - h) FSHH - i) LSH - j) FY -

2 - Defina a localização dos equipamentos e tipos de sinais de transmissão de cada malha de controle, além da sua função (equipamento).

a)

(5)

LT

101 LIC

101

I

LIC 101A

FIC 202 UR 104

FY 202

FV 202 FR

202B

FT 202 202FE

INSFLO01.WPG LAH

TRANSMISSOR DE NÍVEL MONTADO NO CAMPO

AVISO DE ALARME NA VARIÁVEL MEDIDA

LINK DOS INSTRUMENTOS

DO SISTEMA (VIA SOFTWARE)

XXXX REFERÊNCIA DE DETALHE LÓGICO LÓGICA DE INTERCONEXÃO COMPLEXA

DISPOSITIVO DE INTERFACE

AUXILIAR

FAHH ALGORÍTMO PID REALIZADO PELO SISTEMA DE CONTROLE (DCS OU SDCD EM

CONSOLE)

CONDICIONAMENTO DO SINAL DE ENTRADA (FUNÇÃO

RAIZ QUADRADA)

REGISTRADOR MONTADO NO CAMPO

REGISTRADOR MONTADO NO CONSOLE (SELEÇÃO DE VARIÁ-

VEIS VIA BASE DE DADOS)

INTER- TRAVAMENTO DE

ALARME (VAZÃO) NÍVEL MUITO ALTO

I/P CONVERSOR

I/P

VÁLVULA DE CONTRO- LE MONTADA NO CAMPO TRANSMISSOR

DE VAZÃO MONTADO NO CAMPO ELEMENTO

DE VAZÃO MONTADO NO CAMPO

APÊNDICE “A” - DIAGRAMA DE VAZÃO TÍPICO MALHA DE CONTROLE CASCATA

FIO DE LIGAÇÃO (SINAL ANA-

LÓGICO)

Sensor

Válvula de Controle

Controlador

Controle Local

TELEMETRIA

(6)

TELEMETRIA

Operação à Distância

???

À medida que os processos controlados se multiplicaram, surgiu a necessidade da operação se realizar à distância e de forma centralizada.

Instrumentação Pneumática

A tecnologia pneumática usa um sinal de pressão de ar ( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus elementos.

Sensor Controlador

Válvula de Controle

TRANSMISSOR A 2 FIOS

- Alimentação (24 Vdc) e comunicação (4 a 20 mA) no mesmo par de fios.

TRANSMISSOR A 4 FIOS

- Alimentação e comunicação independentes.

Alimentação (110 vac) Saída digital

(7)

REDE DE CAMPO CAMPO REDE DE REDE DE CONTROLE CONTROLE A outros níveis A outros níveis REDE DE REDE DE GERENCIAMENTO GERENCIAMENTO

Rede de Controle Rede de Controle Supervisão Supervisão Banco de

Banco de Dados Dados

Rede de Planta Rede de Planta

Rede de Rede de Campo Campo

REDES DE COMUNICAÇÃO INDUSTRIAIS

Rede AS-i

(Actuador & Sensor Interface)

•Cabo Paralelo com dois condutores

•Até 31 escravos

•Cada escravo: 4 bits de I/O

•Até 100 m ou 300m com repetidores

•Sistema de comunicação mestre - escravo

•Garantido um máximo de 4,7 ms com configuração máxima da rede

Rede DeviceNet

Cabo par - trançado com 4 fios e uma blindagem; um par da alimentação e outro do sinal:

• Até 64 dispositivos

• Velocidades ajustáveis em:

125; 250 e 500 Kbits/s,

• Até 500m em 125 Kbits/s e

• Sistema de comunicação mestre – escravo.

(8)

• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem somente para sinal,

• Até 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores,

• Velocidades ajustáveis de 9.600 a 12Mbits/s,

• De 100 a 1.200m conforme a velocidade, e

• Sistema de comunicação mestre – escravo.

• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem, trafegando sinal e alimentação,

• Até 32 dispositivos sem alimentação e 12 com alimentação,

• Velocidades de 31,25 Kbits /s,

• Máxima distância de 1900 m conforme número de dispositivos, e

• Permite várias topologias.

Rede Profibus - PA (Process Automation)

Protocolo HART

O protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer)‚um sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s e modulação FSK ( Frequency Shift Key ). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente.

As vantagens do protocolo HART são as seguintes:

• Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital.

• Usa o mesmo tipo de cabo usado na instrumentação analógica.

• Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes.

(9)

Automação e Sistemas de Supervisão

P

L

F

Processo

Fieldbus é um protocolo de comunicação bidirecional, digital multi-drop entre dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão.

Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo.

Tecnologia FOUNDATION FIELDBUS REDE FIELDBUS

1. Calcule o valor pedido:

Exemplo: 50% do sinal de 3 a 15 PSI

Valor Pedido = [ ( Final - Início) ou Span] x ( % ) + zero vivo 100%

15 12 x 50 + 3 = 9 psi

- 3 100

12 Span

a) 70% de 3 - 15 PSI = b) 30% de 0,2 - 1 kgf/cm

²

= c) 65% de 4 - 20 mA = d) 37% de 1 - 5 V = EXERCÍCIOS:

2 - Calcule o valor pedido:

Exemplo: 9 psi é quantos % da faixa de 3 a 15 PSI.

Valor Pedido =( Valor de transmissão - zero vivo) x (100% ) ( Final - Início ) = Span

( 9 - 3 ) x 100 = 6 x 100 = 50%

( 15 - 3 ) 12

a) 12 PSI é quantos % da faixa de 3 a 15 PSI =

b) 0,4 Kgf/cm

²

é quantos % da faixa de 0,2 a 1 kgf/cm

²

=

c) 13 mA é quantos % da faixa de 4 a 20 mA =

d) 4,5 V é quantos % da faixa de 1 a 5 Vdc =

(10)

VARIÁVEL DE PROCESSO - PRESSÃO

Definições:

[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]

F (força) A (área) Pressão =

Unidades

Medição de Pressão Medição de Pressão

ESCALA

A B h

- mm Hg

ESCALAS DE PRESSÃO

Pressão Relativa (ou P. Efetiva ou Pressão) Pressão Absoluta

(

ou Zero Absoluto ou Vácuo Perfeito

)

P

_abs

= P

_rel

+ P

_atm pressão relativa

vácuo

pressão absoluta

ZERO RELATIVO

ZERO ABSOLUTO

DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO Tubo Bourdon (tipos)

(11)

P1 – P2 = h . dr Manômetro de tubo em “U”

Manômetro de Coluna Reta Vertical

Sensor tipo Piezoelétrico

++ ++

__ __

P ^CRISTAL

Efeito Piezoelétrico

P _DIAFRAGMA

SAIDA

CRISTAL Transdutor

Sensor tipo Capacitivo

Tubos TubosCapilaresCapilares

Diafragma DiafragmaSensorSensor

Vidro Vidro

Fluido de Enchimento Fluido

Fluidode de EnchimentoEnchimento Diafragma

Diafragmade de ProcessoProcesso Placas

Placasdo Capacitordo Capacitor

(12)

1 - Para a coluna a lado, determine:

a) P

₁

= 500 mmHg P

₂

= ? kgf/cm

² ρ

= 1,0 h = 20 cm (H

₂

O)

b) P

₁

= 2,5 psi P

₂

= 0 (atm) ρ = ? h = 10 “ (H2O)

EXERCÍCIOS:

Tabela de Conversão - Unidades de Pressão

1 0,001 0,9807 0,0009 0,7356 0,0290 10,0180 0,3944 0,0970 0,0142 gf/cm²

1000 1 980,7000 0,9800 735,560 28,9590 10018,0 394,4100 97,9047 14,2230 kgf/cm²

1,0197 0,0010 1 0,001 0,7501 0,0295 10,2150 0,402 0,1000 0,0145 m Bar

1019,70 0 1,0197 1000 1 750,0600 29,5300 10215,0000 402,1800 100,00 14,5040 Bar

1,3595 0,0014 1,3332 0,0013 1 0,0394 13,6200 0,5362 0,1331 0,0193 mmHg

34,532 0,0345 33,864 0,0339 25,4000 1 345,9400 13,6200 3,3867 0,4912 Polegadas

Hg

0,0982 0,0001 0,0979 0,0001 0,0734 0,0028 1 0,0394 0,0098 0,0014 mmH2O

2,5355 0,0025 2,4864 0,0025 1,8650 0,0734 25,4210 1 0,2483 0,0361 Polegadas

H2O

10,1972 0,0102 10,0000 0,0100 7,5007 0,2953 102,2742 4,0266 1 0,1450 kPa

70,3070 0,0703 68,9470 0,0689 51,7150 2,0360 705,1500 27,7620 6,8947 1 psi

gf/cm² kgf/cm² m Bar Bar mmHg Polegadas

Hg mmH2O Polegadas

H2O kPa psi

Exemplo 1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bar 97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H₂O (97 mmHg = 97(1,3332) =129,3204 m Bar

1 atm = 760 mmHg = 14,6959 psi

Instalação: Tomadas de Impulso

GÁS LÍQUIDO VAPOR

(13)

•Componentes da Tubulação (Tomadas) de Impulso Manifolds

GP GP

DP DP

5 VIAS 5 VIAS

2 VIAS 2 VIAS

3 VIAS 3 VIAS

2 VIAS 2 VIAS

Diafragma Isolador Corpo Tubo Capilar

Corpo Diafragma Isolador

Fluído de Enchimento

Armadura do tubo Capilar SELO VOLUMÉTRICO

DRENO/PURGA (SANGRIA)

LD301

Posição Superior

(Aplicações em Líquido / Multifase)

Posição Inferior (Aplicações em Gás )

A POSIÇÃO DO DRENO A POSIÇÃO DO DRENO PODE SER MUDADA, PODE SER MUDADA, GIRANDO O FLANGE 180 GIRANDO O FLANGE 180^O^O

(14)

500 499 498 497 496

2 1

MEDIÇÃO DE NÍVEL (DIRETA) Régua ou Gabarito

Visores de Nível(vidro)

Tipo Tubular

VARIÁVEL DE PROCESSO - NÍVEL

LIQUIDO GAS

VIDRO VIDRO

Plano (Reflex ou Transparente)

Bóia ou Flutuador

(15)

POR PRESSÃO (HIDROSTÁTICA OU ∆P)

∆P = h. d_r

C

Cáálculo do Range:lculo do Range:

ΔP = Ph – Pl Pl = 0 (Patm)

Nível (0%): ΔP = 0 (4 mA) Nível (100%): ΔP = h . d (20 mA)

LÍQUIDO

h

HI LO

dr

Supressão de Zero (Tanque aberto)

LÍQUIDO

h

HI LO

C

Cáálculo do Range:lculo do Range:

ΔP = Ph - Pl Pl = 0 (P_atm)

Nível (0%): ΔP = y . d_r (4 mA) Nível (100%): ΔP = (h + y) . d_r(20 mA)

y

dr

Elevação de Zero (Tanques fechados e pressurizados)

(16)

LÍQUIDO

h

HI LO

CCáálculo do Range:lculo do Range:

Nível (0%):

ΔP = Ph - Pl ΔP = 0 - (h . d_selo) ΔP = - (y . d_selo) (4 mA) Nível (100%):

ΔP = Ph - Pl Pl = y . d_selo Ph = h . d_líquido

ΔP = h . d_líquido- y . d_selo(20 mA) GÁS

y

Exemplo :

Medição de Nível com Raios - Gama

FONTE DE RADIAÇÃO

AMPLIFICADOR INDICADOR

SENSOR GEIGER

Medição de Nível por Ultra-som

h

(17)

Determinar:

a) Range do instrumento: __________mmH2O b) Saída do instrumento quando o ΔP = 0 mmH2O : mA

4 a 20 mA

Exercício

DEFINIÇÃO

Vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.

Vazão Volumétrica:

É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado.

As unidades de vazão volumétricas mais utilizadas são: m3/s, m3/h, l/h, l/min GPM, Nm3/h e SCFH.

Vazão Mássica:

É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidade de tempo.

As unidades de vazão mássica mais utilizadas são:

VARIÁVEL DE PROCESSO - VAZÃO

(18)

1. Medidores de Quantidade por “Pesagem / Volumétrica”

Disco mutante, Pistão rotativo-oscilante, Pás, Engrenagens ovais, etc.

2. Medidores Volumétricos

Perda de Carga variável

Considerando-se uma tubulação com um fluido passante, chama-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessá-la. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, mudança de pressão e velocidade devido a uma curva ou um obstáculo, etc.

Placa de Orifício

É a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada.

Consiste basicamente de uma chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges.

(19)

Tipos de Placa de Orifício:

Concêntrica:

Este tipo de placa de orifício é utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.

Excêntrico:

Este tipo de orifício é utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possam

ser retidos e acumulados na base da placa; nesses casos, o orifício pode ser posicionado

na parte baixa do tubo, para permitir que os sólidos passem.

Segmental:

A placa de orifício segmental é destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

Perda de Carga variável: Placa de Orifício

Orifício Integral

• São placas de orifícios montadas em conjunto com transmissores de vazão.

Medição de Vazão : Pressão Diferencial

Uma das maneiras mais utilizadas para se medir a vazão de um

fluido qualquer em um processo industrial é aproveitar-se da relação

entre vazão e pressão deste fluido. Para isto, são utilizados

elementos deprimogênios, tais como placas de orifício, que atuam

como elementos primários e possibilitam efetuar a medição de uma

pressão diferencial que é correspondente à vazão que passa por ele.

(20)

Compensação de Pressão e Temperatura

PA P T

_A

Q = K . ⋅ Δ

Q [Nm3/h]

MEDIÇÃO DE VAZÃO : POR ÁREA VARIÁVEL

Rotâmetro são medidores nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido.

O equilíbrio é atingido quando a diferença de pressão e o empuxo compensam a força gravitacional.

A posição do flutuador indica a taxa de fluxo.

MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO

MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO DE VAZÃO

Lei de Faraday

(21)

1-Corpo do Medidor 2- Suporte Traseiro 3- Anel de Retenção do Manual 4- Mancal 5- Espaçador central 6- Espaçador externo 7- Rotor 8- Suporte Frontal 9- Anel de Retenção 10 Porca de Travamento do sensor 11- Sensor Eletrônico de proximidade

9 7

• Influência da Viscosidade

• Performance K = (60.f) / Q

MEDIDORES ULTRA-SÔNICOS

• Medidores de Efeito Doppler

• Medidores de Tempo de Trânsito

MEDIDOR POR EFEITO CORIOLIS

(22)

EXERCÍCIOS:

1 - Calcular o ΔP no instante em que a vazão é igual a 120 m

³

/h.

Dados: Q

_máx.

=150 m

³

/h e ΔP

_máx.

= 2.000 mmHg

2 - Calcular a vazão em m

³

/h, quando o ΔP é igual a 36%.

Dados: Q

_máx.

= 500 l/h e ΔP

_máx.

= 2.360 mmH

2

O

Conceitos Básicos Conceitos Básicos

TEMPERATURA: grau de agitação térmica das moléculas.

ENERGIA TÉRMICA: é a somatória das energias cinéticas dos seus átomos.

CALOR: é a energia em trânsito.

Definições Definições

PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.

CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto.

TERMOMETRIA: termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria como a Criometria.

VARIÁVEL DE PROCESSO - TEMPERATURA

MEIOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR

• CONDUÇÃO

• RADIAÇÃO

• CONVECÇÃO Escalas de Temperatura

(23)

Vt = Vo.( 1 + β.Δt)

-80 a 100 +110

-92 Tolueno

-100 a 70 +78

-115 Álcool Etílico

-38 a 550 +357

-39 Mercúrio

FAIXA DE USO(^oC) PONTO DE

EBULIÇÃO(^oC) PONTO DE

SOLIDIFICAÇÃO(^oC) LÍQUIDO

Recipiente de Vidro

50 à +150 Álcool

-80 à +100 Tolueno

-40 à +400 Xileno

-35 à +550 Mercúrio

FAIXA DE UTILIZAÇÃO (^oC) LÍQUIDO

Recipiente Metálico

TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDOS (TERMÔMETROS BIMETÁLICOS)

Lt = Lo. ( 1 + α.Δt)

(24)

JUNTA DE

MEDIÇÃO TERMOPAR BLOCO DE LIGAÇÃO

CABO DE EXTENSÃO

JUNTA DE REFERÊNCIA

GRADIENTE DE TEMPERATURA (∆T)

TRM DE TEMP., INDICADOR OU CARTÃO INPUT(CLP)

Efeitos Termoelétricos:

Seebeck, Peltier, Thomson e Volta.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

mV

T

E

J

T

K

NICROSIL-NISIL

R S B

Correlação da F.E.M. x Temperatura

CABEÇOTE

CABO DE COBRE

REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV 0,00 mV

20,371 mV 38 °C

1,529 mV

538 °C TC TIPO K

+ 20,731 mV + 0,000 mV + 0,960 mV

+21,691 mV 525 °C ERRO = - 13 °C ERROS DE LIGAÇÃO

(25)

CABO TIPO KX

20,371 mV 38 °C

1,529 mV

538 °C 22,260 mV TC TIPO K

FORNO

+ 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV

+ 22,260 mV 538 °C ERRO = ' 0

ERROS DE LIGAÇÃO

* Usando cabos de compensação.

CABEÇOTE

CABO TIPO KX

20,731 mV 38 °C

1,529 mV

538 °C 22,260 mV TC TIPO K

FORNO

- 20,731 mV + 0,569 mV + 0,960 mV - 19,202 mV

ERROS DE LIGAÇÃO

* Inversão simples.

PLUG JUNTA DE MEDIDA PÓ ÓXIDO DE

MAGNÉSIO

RABICHO POTE

Termopar de Isolação Mineral

(26)

1. - Associação Série 2. - Associação Série-oposta

ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES

3. - Em Paralelo

CILINDRO DE VIDRO CONDUTORES

CONDUTORES

MATRIZ DE CERÂMICA ESPIRAL DE PLATINA

ESPIRAL DE PLATINA

MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO

TERMORESISTÊNCIAS

Materiais + utilizados: Pt, Cu ou Ni

* Alta resistividade, melhor sensibilidade,

* Alto coeficiente de variação (R*T),

* Ter rigidez e dutibilidade: fios finos.

Ni/Cu : isolação: esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro. ( T < 300°C )

(27)

SELO BAINHA BULBO DE RESISTÊNCIA

Características da Pt100( à 0°C )

* Padrão de Temperatura: (- 270 a 850°C),

* Alta estabilidade e repetibilidade,

* Tempo de resposta.

Vantagens / Desvantagens

PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO

Ligação à 2 fios: Ligação à 3 fios:

RADIÔMETRO OU PIRÔMETROS DE RADIAÇÃO

(28)

1 - Determine os valores pedidos dos esquemas abaixo : a)

b)

Definição de Densidade

A densidade de uma substância é definida com a sua massa por unidade de volume. Densidade é

designada pelo símbolo ρ.

ρ = m / V

Unidade do SI: kg/m³

Unidades comuns: g/cm³ ou g/l

Unidade inglesa: lbm/ft³ Unidades de Medição

VARIÁVEL DE PROCESSO - DENSIDADE

MEDIÇÃO DE DENSIDADE

ESCALA

LASTRO

(29)

DT DI

TRANSBORDAMENTO

Pressão Hidrostática (∆P = h . δ) H = cte

MEDIÇÃO DE DENSIDADE

A medição da densidade de líquidos é necessária, entre outras, nas

seguintes indústrias:

• Usinas de Açucar e Álcool

• Cervejarias, Sucos e Refrigerantes

• Laticínios e Vinícolas

• Indústria Química e Petroquímica

• Indústria Alimentícia

• Indústria de Papel e Celulose

• Indústria de Fertilizantes e Mineração Densidade

Pressão Hidrostática

h1 h2

h 1 2

P1 = ρ . g . h1 P2 = ρ . g . h2 P1 - P2 = ρ . g . (h1 - h2)

ΔP = ρ . g . h

ρ = ΔP / g . h

SENSOR PROCESS

P1

P2

(30)

Concentração Concentração

Grau Brix

Grau Baumé

Grau Plato

Grau INPM

Grau GL

% de Sólidos

% de Concentração

Conhecendo-se a densidade e a temperatura

de um fluido é possível conhecer-se sua concentração, que é a quantidade de componentes dissolvidos ou de sólidos em suspensão, tais como:

Grau Brix e Grau Plato

Definição:

É a porcentagem em massa de sacarose presente em uma solução.

Por exemplo : em uma solução a 30 °Brix teremos 30 g de sacarose em 100 g de solução.

Utilização: em indústrias de açúcar e álcool, indústrias de sucos, de refrigerantes, cervejarias, etc.

Grau Baumé

Definição:

O grau Baumé é calculado pela fórmula:

Baumé = 144,3 – (144,3 / densidade relativa)

Utilização: Industrias Químicas, Petroquímicas, Papel e Celulose, etc.

Grau INPM

Definição:

É a porcentagem em peso de álcool em uma solução hidroalcoólica.

Por exemplo: uma solução hidroalcoólica com 97 °INPM contém 97 g de álcool em 100 g de solução.

Utilização: Indústrias de Bebidas, Destilarias de Álcool, etc.

Grau GL

Definição:

É a porcentagem em volume de álcool em uma solução hidroalcoólica.

Por exemplo: uma solução hidroalcoólica com 97 °

(31)

Nível de Interface

h máximo = 500 mm y = 0 to 100%

Exemplo:

Calibração = 0 a 500 mm y = 20% significa que a interface está a 100 mm acima do diafrágma repetidor inferior

Medição de Nível de Interface com o transmissor DT30X:

y h

Instalação Típica em Linha Instalação Típica em Linha

Instalação Típica para Nível de Interface Instalação Típica para

Nível de Interface

100 % 0 % Óleo

Águar

Montagem lateral

(32)

Pressão Hidrostática Pressão Hidrostática

* Medição contínua, com grande precisão, de densidade e concentração.

* Unidade única e integrada, sem eletrônica remota.

* Comunicação digital usando protocolo Hart, Fieldbus Foundation ou Profibus.

* Leitura direta da densidade e temperatura do processo em unidades de engenharia

* Re-calibração remota on line, sem a necessidade de retirar o equipamento do processo.

* Configuração remota das unidades de densidade e concentração tais como: g/cm³, kg/m³, densidade relativa,

°Brix, °Baume, °API, °Plato, °INPM, % de sólidos, etc

* Aplicação em tanques ou em linha, adequado para fluidos estáticos e dinâmicos.

Tecnologia Nuclear

•Adequado somente para líquidos com movimento, não podendo ser instalado em tanques

•

Fontes nucleares exigem cuidados especiais para operação segura (NRC licensing)

•Requer testes periódicos para verificação de vasamentos

Diapasão Vibrante (tuning fork)

•Devido ao alto consumo, não pode ser alimentado através dos fios da malha, sendo necessário fonte externa

•Normalmente tem baixa precisão

•Utiliza partes móveis

•Requer manutenção periódica

Tecnologia por Coriolis

•Requer instalação em linha, sendo inadequado para tanques

•Poder ser difícil de acoplar ou remover

•Difícil intercambiabilidade e limpeza pois não há tubo de comprimento normalizado para vazão, nem de formas retas

Refratômetros

•Requerem fonte externa de alimentação

•Requer que o prisma esteja sempre limpo

•Cuidados especiais devem ser tomados em instalações estáticas, onde pode haver encrustrações

(33)

Aerômetros

• Não realiza medições contínuas

• Requer coleta de amostras

•

Expõe operadores aos possíveis perigos de intoxicação pelos líquidos e vapores

Laboratório

• Todas as técnicas de medição de densidade em laboratório dependem de coleta de amostras no campo

•

Medição não é em tempo real

• Valores discretos (quando os resultados são obtidos, o processo pode já estar com outras características)

ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE

A válvula de controleé o elemento finalmais usado nos sistemas de controle industrial. Em sistemas de controle para gases e ar é também usado o “damper”, porém poderemos citar outros elementos, tais como: bombas, resistências elétricas, motores, inversores, etc.

Componentes da Válvula de Controle

Corpo e Atuador

(34)

ATUADOR

¾ Pneumático à mola e diafragma;

¾ Pneumático a pistão;

¾ Elétrico;

¾ Elétrico - hidráulico e

¾ Hidráulico.

“CORPO” DA VÁLVULA

É a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou menor passagem do fluído no seu interior, conforme a necessidade

do processo.

COMPONENTES DO CORPO:

Internos

Castelo

Flanges inferiores

Tipos de Válvula de Controle Tipos de Válvula de Controle

• Globo Convencional

• Diafragma

• Guilhotina

• Globo Convencional

• Diafragma

• Guilhotina

• Borboleta

• Esfera

• Borboleta

• Esfera

Deslocamento linear Deslocamento rotativo

(35)

Válvulas Globo Convencional Sede Simples e Dupla

VÁLVULA TIPO DIAFRAGMA OU SAUNDERS

VÁLVULA TIPO GUILHOTINA

(36)

Tipos de Assentamento das Válvulas Borboletas

VÁLVULA ESFERA

(37)

Internos

Normal Alongado Fole de selagem

Tipos de castelo

Temperatura de operação:

Gaxeta de PTFE:-30 a 232 ºC Gaxeta grafite:-30 a 371 ºC

Indicado para altas temperaturas Aplicações criogênicas Faixa de operação:

Gaxeta de PTFE: -101 a 427 ºC Gaxeta grafite: -70 a 1093 ºC

Para garantir vedação absoluta Exige maior força de atuação

•Fluidos corrosivos

•Fluidos tóxicos

•Fluidos radioativos

•Fluidos caros

Indicado para altas temperaturas Aplicações criogênicas Faixa de operação:

Gaxeta de PTFE: -101 a 427 ºC Gaxeta grafite: -70 a 1093 ºC

Tipos de castelo

Aletado

(38)

- Inerente - Instalada

A característica de vazão inerenteé definida como sendo a relação existente entre a vazão que escoa através da válvula e a variação percentual do curso, quando se mantém constante a pressão diferencialatravés da válvula. Em outras palavras, poderíamos dizer que se trata da relação entre a vazão através da válvula e o correspondente sinal do controlador, sob pressão diferencial constante, através da válvula.

Por outro lado, a característica de vazão instaladaé definida como sendo a real característica de vazão, sob condições reais de operação, onde a pressão diferencial não é mantida constante.

A característica de vazão inerente é a teórica, enquanto que, a instalada é a prática.

CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO INERENTES a)Linear;

b) Igual porcentagem ( 50:1 );

c) Parabólica modificada e d)Abertura rápida.

POSICIONADORES

(39)

POSICIONADOR INTELIGENTE POSICIONADORES

CONCEITOS BÁSICOS DE CONTROLE DE PROCESSO PV- Variável de Processo

(Medida do valor atual da variável que se quer regular) SP – Setpoint

(Valor desejado para variável que se quer controlar, definido pelo operador humano ou computador)

E- Erro

(Comparação do valor atual com o valor desejado, utilizado no cálculo para gerar um sinal de correção).

MV - Sinal de correção enviado ao sistema para eliminar o desvio, de maneira a reconduzir a variável ao valor desejado.

ELEMENTOS DA MALHA DE CONTROLE

(40)

VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO FLUIDO A SER

AQUECIDO

CONDENSADO

Variável Controlada: Temperatura Meio Controlado: Fluido Variável Manipulada: Vazão Agente de Controle: Vapor

MALHA DE CONTROLE TÍPICA

CONTROLE MANUAL

COMPUTAÇÃO E COMPARAÇÃO

CORREÇÃO

ENTRADA DE FLUÍDO FRIO

SAIDA DE FLUÍDO QUENTE

ENTRADA DE VAPOR

VÁLVULA DE CONTROLE

MEDIÇÃO

CONTROLE EM MALHA FECHADA

• “O controle manual não permite a eliminação do erro, resultando em uma amplitude de variação excessiva do valor da variável que se deseja controlar”.

TEMPO DESVIO

0

+

-

VALOR OBTIDO VALOR

DESEJADO (SET-POINT)

ERRO

CONTROLE MANUAL

(41)

• “O controle automático permite através de sua ação a redução do erro, com um tempo de atuação e precisão impossíveis de se obter no controle manual”.

TEMPO DESVIO

0

+

-

VALOR OBTIDO

VALOR DESEJADO (SET-POINT)

ERRO

CONTROLE AUTOMÁTICO

TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA

AO L/R AI PID A/M

CONFIGURAÇÃO UTILIZANDO CD600PLUS

(42)

INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA