Conceitos básicos de instrumentação e controle

1. INSTRUMENTAÇÃO E
CONTROLE - AULA 1
PROFESSOR: RODRIGO DE PAULA MONTEIRO
CONCEITOS
BÁSICOS E
CARACTERÍSTIC
AS GERAIS

2. 1. Introdução
Processos industriais são variados e englobam diversos tipos de produtos;
Temos indústrias…
- Alimentícia,
- Petroquímica,
- Siderúrgica,
- Têxtil,
- Etc.
Em todas essas indústrias, é indispensável controlar as variáveis envolvidas.

3. 1. Introdução
Dentre as principais variáveis, tem-se:
- Pressão,
- Vazão,
- Temperatura,
- Nível,
- pH,
- Velocidade,
- Umidade,
- Etc.
Quais exemplos de processos nos quais os controles dessas variáveis é
interessante?

4. 1. Introdução
Instrumentos de medição e controle permitem manter e controlar tais
variáveis em condições melhores do que se elas fossem controladas
manualmente por um operador.

5. 1. Introdução
Sistemas de controle mantêm a variável controlada em torno do valor
especificado.
Eles comparam o valor da variável medida com o valor desejado, chamado de
ponto de ajuste ou set point, e faz correções em função do desvio existente
(erro ou offset)entre estes dois valores, sem a necessidade de intervenção de
um operador.
Ex:

6. 1. Introdução
Ex: Trocador de calor
O que pode influir na temperatura de saída do trocador (temperatura do fluido
aquecido)?

7. 2. Sistemas de Controle
1.1 Sistemas de malha aberta:
- A informação sobre a variável controlada (ex: temperatura do fluido
aquecido) não é utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de
entrada.
- Em sistemas de malha aberta, investiga-se apenas a dinâmica dos
processos.
Neste caso, como se pode estimar o valor da variável controlada?

8. 2. Sistemas de Controle
1.1 Sistemas de malha fechada:
- Em alguns processos, como o da troca de calor, é fundamental o uso de
sistemas com realimentação (ou malha fechada).
- A função do sistema de controle de malha fechada é manipular a relação
entrada/saída de energia ou material (variável manipulada), de modo
que que a variável controlada do processo seja mantida dentro dos
limites estabelecidos.
No exemplo do trocador de calor, quais poderiam ser as variáveis
manipuladas e qual poderia ser a variável controlada?

9. 2. Sistemas de Controle
1.1 Sistemas de malha fechada:
- O controle de malha fechada pode ser realizado por um operador
humano (controle manual) ou mediante o uso de instrumentação
(controle automático).

10. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos cegos:
- São instrumentos que não têm indicação visível da variável medida.
- Ex:
- Instrumentos de alarme,
- Pressostatos,
- Termostatos,
- Etc.

11. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos indicadores:
- Instrumentos que dispõem de indicadores e escalas graduadas, na qual se pode ler o
valor da variável controlada.
- Ex:
- Termômetro,
- Multímetro,
- Medidor de pressão,
- Etc.

12. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos registradores:
- Instrumentos que registram a variável controlada com um traço contínuo ou através de
pontos.
- Ex:
- Osciloscópio,
- Registrador de temperatura,
- Etc.

13. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Elementos primários:
- Elementos que estão em contato direto com a variável controlada.
- Utilizam ou absorvem energia do próprio meio para fornecer ao sistema de medição
uma resposta em função da variação da variável controlada.
- Ex:
- Placas de orifício,
- Termoresistores,
- Etc.

14. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos transmissores:
- São aqueles que determinam o valor de uma variável no processo através de um
elemento primário e transmitem-no a outro(s) dispositivo(s).
- Seu sinal de saída varia apenas em função da variável do processo.
- Ex:
- Transmissor pneumático,
- Transmissor hidráulico,
- Transmissor eletrônico,
- Etc.

15. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos transdutores:
- Os instrumentos transdutores “traduzem” uma variável física.
- Ao receber informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica as
informações e fornece um sinal de saída resultante.
- Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário, um
transmissor ou outro dispositivo.
- Ex:
- Transdutor de pressão,
- Transdutor de temperatura,
- Etc.

16. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Instrumentos controladores:
- 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.
- Ex:
- Controladores de temperatura,
- Controladores de pressão,
- Controladores de velocidade,
- Etc.

17. 3. Características gerais de instrumentos
3.1 Classes de instrumentos:
- Elementos finais de controle:
- São elementos que recebem o sinal de correção do controlador e, em função deste sinal,
modificam a variável manipulada ou o agente de controle.
- Ex:
- Válvula de controle,
- Motores elétricos,
- Etc.

18. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Faixa de medida (range):
- Faixa ou conjunto de valores da variável medida/controlada que estão compreendidos
dentro dos limites superior e inferior de capacidade de medição, transmissão ou
controle do instrumento.
- Vem expressa estabelecendo os seus valores extremos.
- Ex:
- Qual o range do manômetro ao lado?

19. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Alcance (span):
- é a diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa medida (range) do
instrumento.
- Ex:
- Qual o span do manômetro ao lado? E do termômetro?

20. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Erro:
- No caso de controladores, erro é a diferença entre o valor do ponto de ajuste e do valor
medido da variável controlada.
- Se o processo ocorre em regime permanente (que não varia ao longo do tempo), será
chamado de erro estático (offset), e poderá ser positivo ou negativo, dependendo da
indicação do instrumento.

21. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Erro:
- Quando o valor da variável se altera continuamente, 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.

22. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Ponto de ajuste:
- Ponto no qual o controlador é ajustado para controlar o processo.

23. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Acurácia (accuracy):
- Tolerância de medição ou de transmissão do instrumento.
- Define o limite dos erros cometidos quando o instrumento é utilizado em condições
normais de serviço.
- A precisão pode ser expressa de várias maneiras:
- Porcentagem de alcance (span),
- Unidades da variável medida,
- Porcentagem de leitura,
- Porcentagem do valor máximo da faixa medida (range),
- Etc.
- Normalmente a precisão varia em cada ponto da faixa de medida.

24. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Sensibilidade (sensitivity):
- Valor mínimo que a variável deve mudar para se obter uma variação na indicação ou
transmissão.
- Normalmente é expressa em porcentagem do alcance (span).

25. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Repetibilidade (repeatibility):
- Capacidade de reprodução da indicação ou transmissão ao se medir, repetidamente,
valores idênticos da variável medida, nas mesmas condições de operação e no mesmo
sentido de variação.
- A repetibilidade geralmente é expressa em porcentagem do alcance (span).

26. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
Obs:

27. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Histerese:
- É a diferença máxima que se observa nos valores indicados pelo instrumento quando a
variável percorre toda a escala, tanto no sentido crescente como decrescente, para um
mesmo valor qualquer da faixa medida.
- Ex:
- Histerese na temperatura.

28. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Desvio de Zero (zero shift):
- É um erro comum em todas as medições, podendo ser positivo ou negativo.
- Pode acontecer por várias razões, como por mudanças de temperaturas, choque
mecânico, diferenças de potenciais, aterramento inadequado, transmissão do sinal, etc.
- Também é conhecido por erro de offset.
- Ex:

29. 3. Características gerais de instrumentos
3.2 Definições:
- Desvio de Alcance (span shift):
- É uma mudança na inclinação da curva da relação de entrada e saída do instrumento.
- Um erro de span pode ou não ser acompanhado por um erro de offset.
- Ex: