Instrumentação introdução

1. Introdução à
Instrumentação
Aula 01
MSc. Ciro Chaves
Bacharel em Engenharia Elétrica/Eletrônica
Especialista em Instalações Elétricas Industriais
Mestre em Modelagem Computacional em Ciência e Tecnologia
Pós-Graduando em Educação Digital
Pós-Graduando em Robótica Educacional
cirochaves@fainor.com.br
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2. 1. Introdução
▪ O objetivo de se medir e controlar as diversas
variáveis físicas em processos industriais é obter
produtos de alta qualidade, com melhores
condições de rendimento e segurança, a custos
compatíveis com as necessidades do mercado
consumidor.

3. 1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(“Loop”)
▪ Malha de controle constitui um conjunto de
elementos (medidor, controlador, atuador, etc.) com
o objetivo de manter uma das variáveis do processo
(pressão, temperatura, nível, etc.) dentro de um
valor pré-estabelecido (set-point).

4. 1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(“Loop”)

5. 1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(“Loop”)

6. 1. 3 Variável de Processo (PV)
▪ As principais grandezas que traduzem
transferências de energia num processo são
chamadas de “Variáveis de Processo” - PV).
▪ São exemplos de variáveis de processo:
Pressão, temperatura, nível, vazão, densidade,
pH.
▪ A PV (Variável de Processo) é o que deseja-se
controlar em um processo industrial.

7. 1. 3 Variável de Processo (PV)
PV = Temperatura

8. 1. 4 Set-Point (SP)
▪ É o valor desejável para uma determinada
variável de processo.
▪ Em um processo industrial deseja-se
controlar a PV a partir de um determinado Set-
point.
▪ Pode ser fixo ou variável no tempo.

9. 1. 5 Erro (E)
▪ É a diferença entre a Variável de Processo (PV)
e o set-point (SP). Ou seja:
E = SP-PV (controle direto)
Ou
E = PV-SP (controle reverso)

10. 1. 6 Variável Manipulada (MV)
▪ Um controlador analisa o erro (E) e, a partir dele,
calcula qual deverá ser a atitude a ser tomada.
▪ Ou seja, qual deve ser o valor do elemento final
de controle para que o erro seja nulo.

11. Controle de Malha Fechada

12. ▪ 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.

13. ▪ Na figura , 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.

14. ▪ 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.

15. ▪ 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.
1.7 Controle Feedback

16. 1.8 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.

17. 1.8 Malha aberta

18. 1.9 Elementos de Controle Automático
▪ 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.

19. ▪ 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.

20. ▪ 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.

21. 1.10 Classificação dos Instrumentos de Medição
▪ Os instrumentos podem ser classificador por:
a) Função
b) Sinal transmitido

22. 1.11 Classificação por Função
▪ 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.

28. 1.12 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
▪ Sinal Tipo pneumático
• 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.

29. • O padrão de transmissão ou recepção de instrumentos
pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm
(aproximadamente 3 a 15 psi no Sistema Inglês).
• Os sinais de transmissão analógica normalmente
começam em um valor acima do zero para termos uma
segurança em caso de rompimento do meio de
comunicação.

30. ▪ Sinal Tipo Hidráulico
• Similar ao tipo pneumático e com desvantagens
equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da
variação de pressão exercida em óleos hidráulicos
para transmissão de sinal. É especialmente
utilizado em aplicações onde torque elevado é
necessário.

31. • Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais
elétricos de corrente ou tensão.
• Face a tecnologia disponível no mercado em
relação a fabricação de instrumentos eletrônicos
microprocessados, hoje, é esse tipo de
transmissão largamente usado em todas as
indústrias, onde não ocorre risco de explosão.

32. ▪ Sinal Tipo Elétrico
• Assim como na transmissão pneumática, o sinal
é linearmente modulado em uma faixa
padronizada representando o conjunto de valores
entre o limite mínimo e máximo de uma variável de
um processo qualquer.

33. 1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido
▪ Sinal Tipo Elétrico
• 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 utiliza-
se sinais em tensão contínua de 1 a 5V.

34. ▪ Tipo Digital
▪ Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a
variável medida são enviados para uma estação
receptora, através de sinais digitais modulados e
padronizados.

35. ▪ Para que a comunicação entre o elemento
transmissor receptor seja realizada com êxito é
necessário um protocolo de comunicação. Os
principais padrões de comunicação são:
• Modbus RTU
• Fieldbus Foundation
• ProfiBus
• Devicenet
• AS-interface (ASI)

36. ▪ Via Rádio
• Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais
medidos são enviados à sua estação receptora via
ondas de rádio em uma faixa de frequência
específica.

37. ▪ Via Modem
• A transmissão dos sinais é feita através de
utilização de linhas telefônicas pela modulação do
sinal em frequência, fase ou amplitude.