18483032 Apostila de Instrumentacao Cefet

Noções básicas de instrumentação

■ Prof. Rogério R. Magalhães

• CEFET

– E-mail: [email protected]

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■Objetivo:• “Apresentar a simbologia e a tecnologia

de instrumentação utilizada nas Industrias de Processo.”


■Assuntos abordados• Instrumentação

– Definição

• Simbologia– Definições

– Identificações

• Terminologia

• Instrumentos – Tipos de instrumentos

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Instrumentação

■Definição.“É a técnica utilizada para a medição e

controle do processo que garantirá o rendimento máximo, a segurança dos

equipamentos, dos seres humanos e do meio ambiente.”

Instrumentação

■ Vantagens com a utilização da instrumentação:• Melhoria na qualidade do produto• Quantidade do produto• Otimizar o processo• Ecologia *• Segurança *

* Conseqüências

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Simbologia de instrumentação

■Definição

“Simbologia de instrumentação é a identificação padronizada dos

instrumentos, conforme a norma adotada.”

ABNT – NBR 8190


■Aplicação

–As simbologias são encontradas nos fluxogramas de engenharia, nas telas das estações de controle, nos painéis sinóticos e semigráficos.

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■Definições preliminares• Campo - Área industrial, área externa.

• Sala de controle - Local que se encontram instalados os painéis de controle e monitoração.

• Acessível - Termo aplicado a um dispositivo ou função programada que pode ser visto pelo operador para acompanhamento do processo em ações de controle.


• Eletrônica - Instrumentação cuja alimentação é a tensão elétrica e o sinal padrão transmissão é 4-20mA ou 1-5Vcc.

• Pneumática - Instrumentação cuja alimentação é pneumática e o sinal padrão de transmissão é 3-15PSI.

• Digital - Designação aplicada a um dispositivos ou sinais que utilizam dígitos binários para representar valores contínuos ou estados.

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Simbologia de instrumentação• Analógico - Termo aplicado a um dispositivo ou

sinal que tem variações contínuas.

• Binário - Termo aplicado a um dispositivo ou sinal que tem somente posições ou estados. Quando usado na sua forma mais simples, como em “sinal binário” (oposto a sinal analógico) o termo representa os estados “liga/ desliga” ou “alto/baixo”, isto é, não representa uma variação contínua.

Simbologia de instrumentação• Malha - Combinação de um ou mais instrumentos

interligados.

• Variável de processo - Grandeza física mensurável.

• Elemento sensor - Componente de um instrumento que entra em contato direto com o processo.

• Indicador - Instrumento que sente uma variável de processo e indica seu valor.

• Registrador - Instrumento que sente uma variável de processo e registra seu valor.

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• Chave - instrumento que liga e desliga, abre e fecha, baseado em valores pré-determinados.

• Transmissor - instrumento que sente uma variável de processo por meio de um elemento sensor e gera um sinal de saída que é proporcional a variável de processo.

• Controlador - instrumento que recebe um sinal proporcional à variável medida,compara-o com um valor de referência e gera um sinal padrão na saída.


• Conversor - Instrumento que recebe um sinal padrão pneumático ou elétrico e o modifica sobre a forma de sinal elétrico ou pneumático proporcionalmente.

• Elemento final - Componente da malha que está em contato com a variável de processo modificando-a.

• Compartilhado - Um único instrumento executa as funções de indicação, registro, alarme ou controle.


• Identificação dos Instrumentos–Cada instrumento deve ser identificado com

um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que identifica a malha o qual o instrumento pertence. ( Tag )

– Tag : É o Termo Técnico utilizado para a identificação dos instrumentos.

–O “Tag” será a identidade do instrumento, por isso não poderá ser repetido.

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■A identificação deverá ser realizada conforme a norma adotada.

• Tipo de Identificação:

1o algarismo - variável medida

2o algarismo - letra de modificação (se houver necessidade)

3o algarismo - função do instrumento

4o algarismo - letra de modificação (se houver necessidade)

Ex.: PT, FQIT , PIT, LSHH, PSHH, Etc...

Terminologia

■Definição“São dispositivos que medem, monitoram,

controlam uma variável de processo.”

• TerminologiaRange ,Span, Erro Estático, Erro Dinâmico, Precisão, Zona Morta, Sensibilidade, Histerese, Repetibilidade e Set-point .

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Terminologia■ Faixa de Medida: (“Range”)

Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento.

Expressa-se determinando os valores extremos.

EXEMPLO: 100 – 500ºC0 – 20 PSIetc...

Terminologia

■ Alcance: (“Span”)

É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do instrumento.

EXEMPLO:

- Num instrumento com range de 100 a 500ºC, seu “span” é 400ºC.

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Terminologia

■ Erro:

É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida.

Podemos ter dois tipos de ERRO.

. Erro Estático e

. Erro Dinâmico.

Terminologia■ Erro Estático:

Se tivermos o processo em regime permanente, dependendo da indicação do instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou a menos, chamaremos o erro de estático, podendo, então, ser positivo ou negativo.

EXEMPLO: -Valor real da variável = 110 ºC-Valor lido = 112 ºC-Erro estático de 2 ºC positivo

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Terminologia■ Erro Dinâmico:

Quando não tivermos a variável constante, teremos um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Essa diferença entre o valor real e o valor medido é chamada de erro dinâmico.

EXEMPLO:Num dado instante “to”, temos a variável e a indicação em 100 ºC. Em outro instante “t1”, a variável está-se modificando e passando por 110 ºC e a indicação, em t1, é de 106 ºC. Temos, nesse, momento, um erro dinâmico de 4 ºC.

Terminologia

■OBSERVACÃO:

- Quando a variável estiver constante, podemos ter somente o erro estático.

- Quando a variável não estiver constante, poderemos ter o erro dinâmico e o erro estático.

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Terminologia

■ Precisão:

Podemos definir como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter, ao longo de sua faixa de trabalho.

Podemos expressá-la de diversas maneiras:

Terminologia

A-Em porcentagem do valor medido.

EXEMPLO: Precisão de +1%. Para 80 ºC, teremos uma margem de +0,8 ºC.

B-Em porcentagem do valor máximo da escala do instrumento.

EXEMPLO: Precisão de 1%. Range de 50 a 150 ºC. A precisão será de 1,5 ºC.

C-Podemos ter também a precisão dada diretamente em unidades da variável.

EXEMPLO: Precisão de + 2 ºC.

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Terminologia

■ Zona morta:

É a máxima variação que a variável possa ter sem que provoque variação na indicação ou sinal de saída de um instrumento.

EXEMPLO: Um instrumento com range de 0 a 200 ºC e com uma zona morta de + 0,1%.

0,1 x (200/100) = ± 0,2 ºC

Terminologia

■Sensibilidade:É a mínima variação na indicação ou no sinal

de saída de um instrumento que a variável possa ter.

EXEMPLO: Um instrumento com range de 0 a 500 ºC e com uma sensibilidade de + 0,05%, terá valor de:

0,05 x (500/100) = ± 0,25 ºC

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Terminologia

Histerese:É o erro máximo, apresentado por um

instrumento, para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala, nos sentidos ascendente e descendente.

Expressa em porcentagem do “span”do instrumento.

Devemos destacar que a expressão zona morta esta incluída na Histerese.

Terminologia

EXEMPLO de Histerese:

Num instrumento com range de – 50 a 100 ºC sendo sua histerese de ± 0,3%, o erro será0,3% de 150 ºC = ± 0,45 ºC

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Terminologia

Repetibilidade:

É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em porcentagem do “span” do instrumento. O termo repetibilidade não inclui a histerese.

Instrumentos

■Classificação dos instrumentos • Quanto ao tipo

–Elemento sensor

– Indicador

– Transmissor

–Controlador

–Conversor

–Elemento final

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Instrumentos

■Classificação dos instrumentos • Quanto a variável de processo

– Instrumentos de temperatura

– Instrumentos de pressão

– Instrumentos de vazão

– Instrumentos de nível

Instrumentos de temperatura

■Temperatura “É o grau de agitação das moléculas de um corpo e pode ser expressa em grauscelcius ( oC), kelvin (oK), Fahrenheit (oF)

etc.”

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Instrumento de temperatura

■Tipos de elementos sensores mecânicos para medição de temperatura• termômetro bimetálico

• Termômetro de enchimento


■Tipos de elementos sensores elétricos para medição de temperatura• Termopar

• termoresistência (PT-100)

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Acessório

• poço de proteção

Instrumentos de pressão

■Pressão É uma força aplicada numa determinada

área e pode ser expressa em Kgf/cm2, PSI, Kpa etc.

• Tipos de pressão–Pressão relativa = Pressão manométrica

–Pressão absoluta = Pressão ATM + Pressão relativa

–Pressão atmosférica = Pressão barométrica

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Instrumentos de pressão

TIPOS DE PRESSÃO

VÁCUO REAL

PRESSÃO ABSOLUTA

PRESSÃO RELATIVA

PRESSÃO ATM

Instrumento de Vazão

■Vazão “É a quantidade de fluido que passa

através da seção de uma tubulação em uma unidade de tempo considerada.”

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Instrumento de Vazão

■Tipo de Medição Vazão A vazão pode ser medida de três maneiras

- Em volume;

- Em massa;

- Em peso.

Instrumentos de nível

■Nível

“É a altura da coluna de um líquido ou sólido no interior de um tanque ou vaso e pode ser expressa em metro ou o-100% do fundo do vaso.”

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■Tipos de elementos sensores para medição de nível• flutuadores (bóia)


Transmissor de nível pneumático e eletrônico

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Chaves de nível tipo empuxo


■Transmissor de nível com elemento sensor para medição de nível• radar

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■Tipos de elementos sensores para medição de nível• Pressão diferencialPrincipio LEI de STEVIN

Pb = Patm + d.g.h

Telemetria

■DEFINIÇÃO“É a técnica de transportar medições

obtidas no processo, através de um instrumento medidor, a pontos distantes onde nos interessa uma medição ou registro dessa medição.”

Telemetria

■Os sistemas conforme o tipo de energia podem ser:• Transmissão pneumática (3-15PSI)

• Transmissão eletrônica (4-20mA, 1-5Vcc)

• Transmissão digital ( RS-485 protocolomodbus, RS-232 protocolo HART, RS-422, “FoundationTM Fieldbus”.

• Transmissão hidráulica

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Controladores

■Tipos de controladores• controlador pneumático

• controlador eletrônico– eletrônicos

– analógico-digital

–C.L.P

Elemento final

■Definição

“O elemento final manipula uma variável de processo.”

■Tipos de Elemento final• Válvulas de controle

• Válvulas de parada de emergência

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Elemento final

• Tipos de válvulas de controle

Elemento final

■Válvula de controle• A válvula de controle se compõe de 3

partes: –Corpo (sede, plug) – castelo–Atuador

FIm

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