Instrumentação Engenharia...
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InstrumentaçãoEngenharia Mecânica
Professora: Adriellen Lima de SousaE-mail: [email protected]
2019/02
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Instrumentação
● Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle de processos Industriais.
● O uso de intrumentos em processos industriais visa a obtenção de um produto de melhor qualidade, com menor custo, menor tempo e com mão de obra reduzida, ou seja, colabora com a automação.
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Controle manual
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Controle manual
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Relembrando: Por que controlar?
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Fundamento da automação
Medir
Comparar
Corrigir
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Fundamento da automação
Medir
(sensor)
Comparar
(controlador)
Corrigir
(atuador)
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Exemplo
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Exemplo
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Fundamento da automação
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O que significa “medir”?
● Significa determinar quanto vale uma determinada grandeza, seja ela analógica, ou discreta.
● Exemplos:- Medir a temperatura para ver se uma pessoa está com febre.
- Medir o comprimento de uma mesa;
- Medir a tensão elétrica em uma tomada de energia;
- Medir a altura das notas do violão.
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O que se mede?
● Em um processo fabril qualquer é necessário medir alguns dados ou informações, visando a um processo 'adequado', 'perfeito', ou 'de acordo com as especificações'.
Estas informações que desejamos medir, na indústria são chamadas de VARIÁVEIS DE PROCESSO.
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O que são as variáveis de processos?
● São as grandezas físicas importantes de serem observadas, vigiadas, ou controladas em um processo de produção qualquer.
● Quais podem ser elas?
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O que são as variáveis de processos?
● Nível
● Umidade
● Pressão
● Vazão
● Densidade ● PH
● Corrente elétrica
● Velocidade
● Dimensões (comprimento, etc)
● Temperatura
● Massa
● Aceleração
● Luminosinade
● Campo magnético
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O que são as variáveis de controle?
● Medição de variáveis
- Temperatura;
- Nível;
- Vazão;
- Pressão.
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Bulbo de ResistênciaTermoparTermômetro de vidroTermômetro BimetálicoTermômetro Óptico
Manômetro tipo FoleMonômetro tipo BourdonManômetro tipo Coluna UDiafragmaFolePressão Diferencial
Pressão DiferencialMedidores MagnéticosMedidores UltrasônicosMedidores Área VariávelMedidores Canais Abertos
Tipo FlutuadorTipo DiferencialTipo CapacitivoTipo Ultrasônico
Analisador de pHAnalisador de GásUmidadeBalançaDensidadeViscosidade
Temper.
Pressão
Vazão
Nível
Outros
IndicadorRegistradorConversorControladorSet de AlarmeMulti-LoopSingle-LoopSDCDPLC
ElementoFinalde
Controle
Variávelde
ProcessoCAMPO CAMPOPAINEL
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Instrumentação
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Componentes da malha
● Sensor: Realiza a medição das variáveis.● Controlador: Compara o valor medido (VP) com o
valor pré-ajustado (SP) da variável.● Atuador: Faz a correção da variável.● Transmissor: converte o sinal do sensor em um
sinal padrão para o controlador.
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Simbologia de Instrumentação
● Estabelece os símbolos gráficos para identificação dos instrumentos e dos sistemas de instrumentação usados para medição e controle, apresentando um sistema de designação que inclui código de identificação.
● Norma S51 ISA (International Society of Automation, antiga Instrumentation Society of America).
● Adequada para fluxogramas em indústrias de processo contínuo (química, petroquímica, etc). P&ID (diagrama de instrumentação e tubulação).
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ISA
● https://www.isa.org/● A simbologia ISA é feita sobre a simbologia P&ID
(Pipe & Identification Diagram);● A norma estabelece símbolos gráficos para
identificação dos instrumentos e dos sistemas de instrumentação usados para medição e controle.
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TAG
● A TAG é composta por um código que identifica a função e localização do instrumento;
● A TAG é composta por, no máximo, 5 letras.
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TAG
● A leitura deve ser realizada a partir da última letra da tag;
● Última letra => 4ª coluna: Indica a função principal do instrumento;
● Letra intermediária => 3ª coluna: Indica a função auxiliar do instrumento.
● 1ª letra => 1ª coluna: Indica a variável;
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TAG
● Exemplos:● FIC 101● TE 103● LI 102 A● LI 102 B
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TAG
● Atenção:● O equipamento deve ser identificado de acordo com
sua função e não com a sua construção. Por exemplo, um transmissor de pressão diferencial usado para controle de nível deve possuir a tag LT.
● Não se deve usar a variável manipulada para designação do instrumento, mas a variável controlada. Uma válvula numa malha de nível deve possuir tag LV e não FV.
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Modificadoras, excessões
● HH – muito alto● H - alto● L - baixo● LL – muito baixo● Exemplos: TIH, LALL, FAL, TDAL, PDIAL.
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Atenção
● Letras devem ser sempre em maiúsculas● Se há mais de um instrumento de mesmo tipo na
mesma malha, devem ser usados sufixos. Ex.: TI 2A, TI 2B.
● L - baixo● LL – muito baixo● Exemplos: TIH, LALL, FAL, TDAL, PDIAL.
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Sinais padrão da instrumentação
● Os sinais na instrumentação podem ser representados de 3 maneiras, principalmente:– Sinal padrão da instrumentação
● 4 a 20 mA● 0 a 5 Vcc● -10 a 10Vcc● 0 a 10Vcc● 3 a 15 PSI
– Porcentagem– Unidade de engenharia
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Sinais padrão da instrumentação
Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.
0% 0m
Tanque vazio
4mA
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Sinais padrão da instrumentação
Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.
100% 2m 20mA
Tanque cheio
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Sinais padrão da instrumentação
Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.
50% 1m ??
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Controladores
● São os equipamentos principais da malha de controle.
● Podem ser:– Discretos (ou digitais);– Analógicos;
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Controladores discretos
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Controladores
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Sala de controle
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Sistemas supervisórios
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Instrumentação
● Planta: é a parte do processo a ser controlada.● Processo: é a operação a ser controlada.● Controle realimentado: consiste na operação de
reduzir a diferença entre a entrada e a saída do sistema. Basicamente, um sistema automático realimentado necessita:– Fazer a medição de uma variável;– Comparar o valor medido à um valor desejado;– Atuar sobre o processo, para minimizar o erro.
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Instrumentação
● Variável de processo (VP): é a variável a ser controlada.
● Variável manipulada (VM): é a variável utilizada para modificar o processo visando o controle.
● Set point: é o valor desejado para a variável.● Variável perturbadora: aquela que introduz
modificações no sistema, mas não temos controle sobre a mesma.
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Equipamentos básicos malha controle
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Introdução à Instrumentação
● Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle e correção dos processos Industriais.
● Medição → Sensor
● Indicação → Indicador
● Registro → Registrador
● Controle → Controlador
● Correção → Atuador
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Instrumentação
● Sistema em Malha Aberta: a saída não exerce qualquer ação no sinal de controle. A saída não é medida nem comparada com um valor de referência. Na presença de perturbações este sistema não irá atingir os objetivos desejados.
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Instrumentação
● Sistema em Malha Fechada: também chamado de controle com realimentação (feedback). Necessita de informações da saída do controlador através de elementos sensores. Estas informações são comparadas com o sinal do set-point (referência) e a saída é corrigida caso a mesma esteja desviando-se dos parâmetros programados.
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Instrumentação
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Diagrama de blocos – Malha aberta
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Diagrama de blocos – Malha fechada
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Exemplo de malha de controleFLUIDO AQUECIDO
VAPOR
PROCESSO INDUSTRIAL
FLUIDO A SERAQUECIDO
CONDENSADO
Variável Controlada: TemperaturaMeio Controlado: FluidoVariável Manipulada: VazãoAgente de Controle: Vapor
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Exemplo de malha de controle
LIQUIDO ENTRANDO
MISTURADORLIQUIDOSAINDO
VAPOR
VALVULA
CONTROLADORSP
SENSOR DETEMPERATURA
SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR
ABERTA:
FECHADA:
Sistema sem realimentação (ou Feedback )
Sistema com realimentação "
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Exemplo de malha de controle
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Malha de controle
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Malha de controle
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Variáveis analógicas
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Controle com sensor analógico
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Variáveis discretas
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Controle com sensor discreto
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Tipos de sinais
- Sinal contínuo (sinal analógico): Contínuo no tempo e na amplitude;
- Sinal discreto: Discretizado no tempo e contínuo na amplitude;
- Sinal digital: Discretizado no tempo, quantizado na amplitude e codificado.