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Apostila: Instrumentação e Controle Prof. Fernando Porto Curso Eng. Produção - UNITAU

1. INTRODUÇÃO 1.1. INSTRUMENTAÇÃO PARA CONTROLE DE PROCESSOS Os processos industriais são variados, englobam diversos tipos de produtos e exigem controle preciso da produção. Os maiores usuários de instrumentação são as indústrias que atuam nas áreas de petróleo, química, petroquímica, alimento, cerâmica, siderurgia, celulose e papel, têxtil e energia elétrica. Nestes processos é imprescindível controlar e manter constante variáveis tais como pressão, nível, vazão, temperatura, pH, condutividade, velocidade, umidade, etc. Os sistemas de controle mantêm a variável controlada no valor especificado, comparando o valor da variável medida com o valor desejado (setpoint ou valor de ajuste) e fazendo as correções em função do desvio existente (erro ou offset). Seja por exemplo, um trocador de calor que é utilizado para aquecer um determinado fluido por meio de vapor. A temperatura do fluido ao final é influenciada principalmente pela vazão, pressão e temperatura do fluido e do vapor, perda térmica do trocador para o ambiente, capacidade térmica dos fluidos, etc.

Figura 1: Diagrama esquemático de um trocador de calor

MALHA ABERTA Com relação ao exemplo, o sistema estaria em malha aberta se a variável a ser controlada (temperatura do fluido a ser aquecido) não estivesse sendo utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de entrada. Pode até estar sendo mensurada, mas não é empregada para o controle. MALHA FECHADA Novamente com relação ao exemplo, a função fundamental do controle é manipular a relação entrada/saída de energia ou material, de maneira a manter a variável controlada dentro de limites

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estabelecidos. Isto é feito fazendo correções em uma outra variável do processo (vazão do vapor adicionado ao trocador), a qual é denominada variável manipulada. CONTROLE MANUAL Neste caso, o operador mede a temperatura do fluido a ser aquecido (variável controlada) e corrige a vazão de vapor (variável manipulada) de modo a manter a temperatura do fluido no valor desejado (setpoint). Figura 2: Exemplo de controle manual.

CONTROLE AUTOMÁTICO No caso de ser empregado um controle automático, as ações executadas pelo sistema de controle serão as mesmas que as executadas pelo operador quando fazendo controle manual (medir, comparar, computar e corrigir)

Figura 3: Exemplo de controle automático.

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1.2. CLASSES DE INSTRUMENTOS Instrumentos Cegos: não tem indicação visível do valor da variável medida. Ex.: instrumentos de alarme (só possuem um índice de seleção para ajuste do ponto de atuação), instrumentos transmissores sem indicação local. Indicador: possui indicador e escala graduada para permitir a leitura do valor da variável controlada ou medida. Registrador: armazena os dados enviados pelo transmissor (registro) Elemento primário ou sensor: quem primeiro “sente” o valor da variável. Elemento que está em contato direto com a variável medida/controlada. Utiliza ou absorve energia do próprio meio para fornecer ao sistema de medição uma resposta em função da variação da variável controlada/medida. Transmissor: elemento que recebe o sinal do elemento primário (sensor) e transmite-o a distância. Conversor: Converte o sinal do controlador para uma forma de energia adequada para o acionamento do atuador (energia elétrica ou pressão). Controlador: Instrumento que compara o valor da variável medida/controlada com o setpoint (valor desejado), e exerce uma ação de correção da variável manipulada, função da diferença entre os valores medido e desejado (offset) e da equação de controle. Elemento Final de Controle: equipamentos que recebem o sinal de correção do controlador e, em função deste sinal, modificam/atuam sobre a variável manipulada ou agente de controle (válvula de controle). 1.3. COMPONENTES DA INSTRUMENTAÇÃO DE CAMPO

transmissor

Entrada

Saída

Controlador

sensor

sensorMedidor de pressão diferencial

Setpoint

campo

Sala de controle

Válvula servocomandada: atuador