Instrumentação em Controle de processos

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Instrumentação em Controle de processos : Sensores, Transmissores, Precisão e Calibração.

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  • Cada circuito de controlo de processo contém um elemento de controle final.
  • De forma genérica pode-se dizer que se trata de um dispositivo cuja finalidade é a de provocar uma obstrução na tubulação com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido por esta. Esta obstrução pode ser parcial ou total, manual ou automática. Em outras palavras étodo dispositivo que através de uma parte móvel abra, obstrua ou regule uma passagem através de uma tubulação. Seu objetivo principal é a variação da razão do fluxo.
  • Instrumentação em Controle de processos

    1. 1. Instrumentação emsistemas de controleAcadêmicos: Angélica BenedettiBruna FavassaRafael SarolliThaís PortoThalyta BassoUniversidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTECentro de Engenharias e Ciências Exatas - CECECurso de Engenharia QuímicaDISCIPLINA: Controle de ProcessosDOCENTE: Fernando Palú
    2. 2. O engenheiro de controle de processosencontra hoje, disponível no mercado uma enormevariedade de sistemas de controle.Os fabricantes de equipamentos procuramsuperar seus concorrentes com lançamentos queoferecem maior flexibilidade paramodificações, maior facilidade para implantação desistemas de controle avançado, melhor interfacehomem-máquina, menor custo e maior precisão notratamento das informações.
    3. 3. InstrumentaçãoEsquema: Tanque de aquecimento com sistema de controle
    4. 4. CONCEITO DE SENSOR E TRANSMISSORO instrumento que transforma a variável medida(pressão, nível, temperatura) em um sinal padronizadopara transmissão (4-20 mA, 3-15 psi) é chamado detransmissor.O transmissor, em geral, consiste de duas partesprincipais : o transdutor ou sensor que, no caso dostransmissores eletrônicos, transforma a variável medidaem um sinal elétrico mensurável, e o transmissorpropriamente dito, que transforma este sinal em umsinal padronizado de 4 a 20 mA.
    5. 5. SensoresÉ definido com um dispositivo que é sensível à umfenômeno físico.Dentro de um processo, é o sensor que detecta a variávelfísica de interesse.Classificação: Ativos x PassivosDigitais x AnalógicosContínuos x DiscretosAbsolutos x Incrementais
    6. 6. SensoresOs critérios de seleção de um sensor são: Faixa de medição; Linearidade; Sensibilidade; Material de construção; Prioridade de uso; Potencial de expelir materiais no meio ambiente; Classificação elétrica; Histerese.
    7. 7. SensoresAs variáveis encontradas com frequência dentro de umprocesso são:Temperatura: Os sensores mais usados na indústria são ostermômetros baseados em bimetal e os sensores do tipotermopar e termoresistência.
    8. 8. SensoresTemperatura Sensores baseados no princípio bimetálico. Sensor termopar. Sensor baseado em termorresistência.VANTAGENS:Possuem maior precisão dentro da faixa deutilização do que outros tipos de sensores.Com ligação adequada não existe limitação paradistância de operação.Se adequadamente protegido, permite utilizaçãoem qualquer ambiente.Em alguns casos substitui o termopar comgrande vantagem.DESVANTAGENS:São mais caras do que os sensores utilizados nessamesma faixa.Deterioram-se com mais facilidade, caso hajaexcesso na sua temperatura máxima de utilização.Temperatura máxima de utilização 630 °C.É necessário que todo o corpo do bulbo esteja coma temperatura equilibrada para indicarcorretamente.Alto tempo de resposta.
    9. 9. SensoresPressão Pressão absoluta, pressão manométrica, pressãoatmosférica, vácuo. Sensores baseados na deformação elástica dos materiais. Vantagens: Baixo custo (compra ou manutenção), funcionamentosimples, fácil instalação e fabrica-se no Brasil. Desvantagens: Indicação da variável somente no campo, com selosé muito sensível a choques. Sensor baseado na capacitância elétrica. Sensor baseado em condutores elétricos distendidos.
    10. 10. SensorVazãoNa escolha do medidor são considerados aspetoscomo: Natureza do material (líquido/gás/sólido); Material corrosivo (ou não); Natureza do sinal; Custo; Espaço físico; Manutenção necessária.
    11. 11. SensoresVazão Sensores de vazão baseados na pressão. Sensores de vazão por turbinas. Sensores de vazão magnéticos.
    12. 12. SensoresNívelA medição de nível em unidades industriais temdois objetivos:Avaliação de estoques em tanques dearmazenamento;Controle de processos contínuos. Visor de Nível. Sensores por pressãodiferencial.
    13. 13. SensoresComposição Química É considerado o parâmetro com maior dificuldade demedição. Exemplos:cromatógrafos, potenciometros, condutímetros, espectrômetros.Propriedades Físicas Como propriedades físicas, considera-se a densidade, opH, a turbidez, viscosidade,condutividade térmica.
    14. 14. TransmissoresA função do transmissor é converter a saída do sensorde maneira que ela fique compatível com a entrada docontrolador.O sensor pode ou não estar acoplado ao transmissor.
    15. 15. Elemento final de Controle O dispositivo que permite que uma variável deprocesso seja manipulada; Na maioria dos casos trata-se de VÁVULAS DECONTROLE; Outros: resistências elétricas, bombas, motoresem geral, chaves de posição, variadoreseletromagnéticos.
    16. 16. Exemplo: Trocador de calor
    17. 17. Válvulas de Controle Provoca uma obstrução na tubulação para regular apassagem de fluido; Composição: Atuador: proporciona a força motriz para ofuncionamento da válvula ; Obturador: elemento vedante; Corpo: ocorre a passagem do fluido;
    18. 18. Válvula- Atuador pneumático
    19. 19. Tipos de válvula
    20. 20. Acessórios das válvulas:Posicionadores• Trabalha junto com o atuador para posicionarcorretamente o obturador em relação à sede da válvula;• Compara o sinal medido pelo controlador com a posição dahaste da válvula e envia ao atuador;• Opera adequadamente quando o seu tempo de respostasomado ao tempo de posicionamento da válvula é muitomais rápido que o tempo de atuação requerido peloprocesso.
    21. 21. Aplicações dos Posicionadores Diminuir o atrito na haste; Modificar o sinal do controlador; Aumentar a velocidade de resposta;Por exemplo, o posicionador recebe umsinal de 3 a 15 psi do controlador e emiteum sinal de 6 a 30 para o atuador
    22. 22. Telemetria Técnica de transportar medições obtidas no processo adistância, em função de um instrumento transmissor. Processos contínuos. A necessidade e a vantagem dessa aplicação seentrelaçam.
    23. 23. Transmissores Instrumentos que medem uma variável do processo e atransmitem, a distância, a um instrumentoreceptor, indicador, registrador, controlador ou a umacombinação destes.
    24. 24. Tipos de sinais de transmissão Pneumáticos; Elétricos; Hidráulicos; Eletrônicos.
    25. 25. Transmissão pneumática Os transmissores pneumáticos geram um sinalpneumático variável, linear, de 3 a 15psi (0,2 a 1kgf/cm² para uma faixa de medidas de 0 a 100% davariável. Devemos calibrar os instrumentos de uma malha(transmissor, controlador, elemento final de controleetc.), sempre utilizando uma mesma norma.
    26. 26. Transmissão pneumática Para melhor calibração nota-se que o sinal pneumáticonão é 0 (zero), e sim 0,2 ou 3 (variando conformeunidade), comprovando sua correta calibração edetectando vazamentos de ar nas linhas detransmissão.
    27. 27. Transmissão eletrônica Os transmissores eletrônicos geram vários tipos desinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relaçãode um sinal de 3 a 15psi de um sinal pneumático.
    28. 28. Transmissão eletrônica O “zero vivo” utilizado, quando adotamos o valormínimo de 4 mA, oferece a vantagem também depodermos detectar uma avaria (rompimento dosfios), que provoca a queda do sinal, quando ele está emseu valor mínimo.
    29. 29. Protocolo Hart Consiste num sistema que combina o padrão 4 a 20mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de1.200 bits/s (BPS) e modulação FSK (Frequency ShiftKeying). Sistema mestre/escravo
    30. 30. Fieldbus É um sistema de comunicação digital bidirecional, queinterliga equipamentos inteligentes de campo com osistema de controle ou com equipamentos localizadosna sala de controle.
    31. 31. Sistema Fieldbus
    32. 32. Fieldbus Este padrão permite comunicação entre uma variedadede equipamentos; Eles podem ser de fabricantes diferentes; Ter controle distribuído (cada instrumento tem acapacidade de processar um sinal recebido e enviarinformações a outros instrumentos para correção deuma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).
    33. 33. Sistemas de unidades geométricase mecânicas
    34. 34. Precisão na instrumentação Instrumentos de processo Medição Controle Manipulação Medição: Determina a existência ou valor de uma variável.
    35. 35. Precisão na instrumentação Controle Fazer a variável controlada se manter em um valorespecificado ou dentro de limites especificados. Manipulação Fazer um elemento final de controle variar diretamenteuma variável de processo de modo a conseguir o controlede outra variável do processo.Exemplo: termostato para controle de temperatura edamper de ar como elemento final de controle.
    36. 36. InstrumentaçãoInstrumentos decontrole sãofacilmenteinfluenciados pelatemperatura, umidade, sólidos emsuspensão, contaminantes, agentesbiológicos, etc.
    37. 37. Problemas de medição Qualquer que seja a variável envolvida, há muitadificuldade para se medir três coisas: Valores muito pequenos; Valores muito altos; Faixas muito estreitas.
    38. 38. Problemas de medição Alguns instrumentos, atualmente, podem medirdimensões sobre uma faixa de mícron a anos-luz, podem medir intervalos de tempo de 10e-10 a 10e10anos, pesos menores que 10e-9 gramas até váriastoneladas.
    39. 39. Precisão na instrumentação A precisão (erro) na alimentação de umprocesso, geralmente, é aceito na faixa de 1 a 2%. Entre as etapas do processo a ordem da precisão (erro)chega a 10%.
    40. 40. Precisão na instrumentação Equipamentos modernos, como medidores de pressãoe temperatura conseguem precisão menor que 1%(0,25%, alguns até 0,075%). ExemplosTransmissorsubmersívelmedidor denível porpressãohidrostáticaMedidor depressãomanométrica,absoluta, diferencial e nível0,25% 0,075%
    41. 41. Calibração Utilizada para diminuir a ocorrência de erros eaumentar a precisão. É realizada: Determinando os pontos em que a graduação deve sercolocada; Ajustando a saída do instrumento para os valoresdesejados; Avaliando o erro, comparando o valor real lido com ovalor ideal da saída.
    42. 42. Calibração
    43. 43. Precisão na instrumentação
    44. 44. Precisão na instrumentação
    45. 45. Referências Bibliográfica SAMSON, Posicionador Electro-Pneumático (Tipo3767); Edição de Março-1996. Centro de treinamento Smar EquipamentosIndustriais- Capítulo 8: Elemento Final de Controle. Apostila SENAI: Instrumentação- Elementos Finais deControle, Departamento Regional do Espírito Santo.
    46. 46. Referências BibliográficasTAGLIAFERRO,G.V. Instrumentação e Controle.EEL/USP.Sensores e Transdutores. Grupo de Mecânica dosSólidos e Impactos em Estruturas, USP.Araújo, O.Q.F. Controle e Instrumentação deProcessos. Escola de Química, UFRJ.http://www.ime.eb.br/~aecc/Automacao/Sensores_Parte_2.pdfSEBORG, D.E.; EDGAR, T.F.; MELLICHAMP, D.A.Process Dynamics and Control. 2ªed. 2004.
    47. 47.  http://www.eletronicosforum.com/cursos/Eletronica/cursos/Apostila_de_Instrumentacao_Petrobras.pdf http://www.trajanocamargo.com.br/arquivos/eletroeletronica/apostila_clp_completa.pdf http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARMMAE/controle-processo-petroquimicos

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