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INSTRUMENTAÇÃO EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
1. Visão geral de instrumentação industrial
2. Transmissores e Transdutores
3. Instalações elétricas e de instrumentação em áreas classificadas
4. Válvulas de controle (funções, componentes, tipos e aplicações)
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INSTRUMENTAÇÃO EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
Visão geral de instrumentação industrial
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Patrícia Lins de Paula
Revistas
• Automática
• Control Engineering
• Control Engineering Practice
• IEEE Transactions on Automatic Control
• Intech (Brasil)
• Mecatrônica Atual
• OCLC Systems & Services
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Sites
• Sociedade Brasileira de Automática -http://www.sba.org.br/2012/
• Sociedades Técnicas do IEEE -http://www.ieee.org/societies_communities/index.html
• IEEE Industry Applications Society –http://ias.ieee.org/
• IEEE Robotics and Automation Society -http://www.ieee-ras.org/
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Pendências da aula anterior:
• Mostrar nova relação de bibliografia recomendada.
• Mostrar fotos de campo.
• Mostrar e explicar diagrama de malhas.
• Mostrar e explicar fluxograma.
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BIBLIOGRAFIA
LITERATURA PRINCIPAL
1. BEGA, Egídio Alberto. Instrumentação Industrial.Ed. Interciência. Rio de Janeiro, 2003, IBP.
2. GROOVER, Mikell P. Automação Industrial eSistemas de Manufatura. Ed. Pearson. 3ª ed.
3. MORAES, Cícero Couto et al. Engenharia deAutomação Industrial. Ed. LTC, 2ª ed.
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BIBLIOGRAFIA
LITERATURA COMPLEMENTAR
1. ROSÁRIO, João Maurício. Princípios deMecatrônica. Ed. Prentice Hall.
2. PIRES. Automação Industrial. Ed. ETEP. 4ª ed.
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TUBOVIAS
TUBOVIAS
TUBOVIAS
TUBOVIAS
TUBOVIAS
TUBOVIAS
FOTOS DE CAMPO
FOTOS DE CAMPO
INSTRUMENTO DE CAMPO
JUNCTION BOX (CAIXA DE JUNÇÃO)
ARMÁRIO DE REARRANJO
FCS (FIELD CONTROL STATION)DO SDCD
LY=ConversorDe Nível
ZSH=Chave dePosição “alto”
ZSL=Chave dePosição “baixo”
LT=TransmissorDe Nível
LIC=ControladorIndicador deNível
LSH=ChaveNível Alto
HS=Chave de Comando manual
FA=Alarme de Vazão
ZAH=Alarme de Posição “alto”
UZ=AtuadorMultivariável
AI=Indicador deAnálise
AAH=Alarme “alto”Da Análise
AAL=Alarme “baixo”Da Análise
AT=TransmissorDa Análise
TE=Sensor de Temperatura
TI=Indicador de Temperatura
TRECHO DO FLUXOGRAMA DE UMA CALDEIRA DE VAPOR
TEMPERATURA = 400°C (A ÁGUA EVAPORA A 100°C)PRESSÃO=42 kgf/cm² (UM MERGULHADOR NO MAR A 10 m PROFUNDIDADE ESTÁ A APROXIMADAMENTE 1,02 kgf/cm²)
TAH=Alarme Alto de Temperatura
ZSH=Chave de Posição “alto”
INSTRUMENTAÇÃO EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
Transmissores e Transdutores
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Patrícia Lins de Paula
Sumário
• Normas ANSI/ISA
• Terminologia
• Instrumentos
• Casa de analisadores (CEMS)
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Normas ANSI/ISA
• ISA 5.1 – Instrumentation Symbols and Identification
• ISA 5.2 - Binary Logic Diagrams for Process Operations
• ISA 5.3 – Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems
• ISA 5.4 – Instrument Loop Diagrams
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Normas ANSI/ISA
• ISA 5.5 – Graphic Symbols for Process Displays
• ISA 5.6 – Functional Requirements Documentation for Control Software Applications
• ISA 12.1 – Definitions and Information Pertaining to Electrical Equipments in Harzadous (Classified) Locations
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Normas ANSI/ISA
• ISA 99 – Security for Industrial Automation and Control Systems – Part 1: Terminology, Concepts and Models
• ISA TR 99 – Technical Report - Security for Industrial Automation and Control Systems
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ANSI/ISA 5.1
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ANSI/ISA 5.1
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ANSI/ISA 5.1
12/3/2012 27
ANSI/ISA 5.1
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Sinais utilizados nos fluxogramas
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Símbolos de instrumentos
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Identificação funcional de instrumentos
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Identificação funcional de instrumentos
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Terminologia
• Range ou faixa de medida – conjunto de valores compreendido entre o maior e menor valor capaz de ser medido pelo instrumento. Ex.: 20 a 160°C.
• Span ou alcance – diferença algébrica entre o maior e menor valor capaz de ser medido pelo instrumento.
Ex.: 140°C.
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Terminologia
• Offset ou erro – diferença entre o valor medido pelo instrumento e o valor real da grandeza.
Ex.: +5% ou -5%.Erro estático – processo em regime
permanente.Erro dinâmico – processo durante transitórios
(atraso na transferência de energia do meio para o instrumento).
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Terminologia
• Setpoint ou ponto de ajuste – valor de referência.
• Exatidão – capacidade do instrumento apresentar resultados próximos ao valor verdadeiro.
Ex.: +5% ou -5%.
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• Percentual do valor lido;• Percentual do fundo de escala;• Percentual do span.
Terminologia
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Terminologia
• Rangeabilidade – razão entre o valor máximo e mínimo apresentado pelo instrumento.
Ex.: 10:1 (25°C a 250°C).
• Sensibilidade – mínima variação da variável provocando alteração no valor apresentado pelo instrumento.
Ex.: 0,05%
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Transmissão de sinais
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• Sinal pneumático – 3 a 15 psi (lbf/in²) ou
0,2 a 1,0 kgf/cm²
• Sinal elétrico – 4 a 20 mA ou
10 a 50 mA ou
1 a 5 V
Protocolo HART
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• HART – Highway Address Remote Transducer
• Sistema mestre-escravo que combina padrão de 4 a 20 mA com comunicação digital utilizando modulação FSK (Frequency Shift Keying) a uma taxa de transmissão de 1,2 kbps.
Fieldbus
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• Rede que interliga os instrumentos de campo com o sistema de controle:
CLP – Analisadores – Transmissores – Válvulas –Controladores.
• Rede de comunicação digital que veio substituir o sinal analógico 4 – 20 mA;
• Imune a interferências eletromagnéticas;
• Interoperabilidade e controle distribuído;
Fieldbus
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• Rede digital, bidirecional, multiponto, serial;
• Baseia-se no modelo OSI (camadas: 1-Física, 2-Enlace, 7-Aplicação);
• Requer menos infraestrutura física (par trançado para toda a rede).
Fieldbus
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Profibus
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• Process Fieldbus;– Profibus-DP;
Transferência rápida de dados entre PCs – CLPs, entre válvulas, etc.
Tx de transmissão = 9,6 Kbps (1,2 km); 12 Mbps (0,1 km).
Profibus
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• Process Fieldbus;– Profibus-PA;
Substituto direto da tecnologia 4 – 20 mA;
Conecta instrumentos “burros” numa rede de campo com o sistema de automação e controle.
Tx de transmissão 31,25 kbps.
– Profibus-FMS.
Comunicação entre CLPs.
PROJETO - Diagramas típicos de instrumentação
• Caixas de Junção
• Instalações elétricas para instrumentação
• Rede de instrumentos de campo
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Aplicações de instrumentação e controle na indústria
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Aplicações de instrumentação e controle na indústria
• Estabilização e controle de processos;
• Otimização de processos;
• Melhoria da qualidade dos produtos;
• Segurança de interventores nas instalações;
• Proteção ao meio ambiente;
• Histórico e rastreamento de eventos;
• Automação integrada da produção.
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Sistema de controle malha fechada com feedback
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Desempenho do sistema de controle
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Sistema de medição
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Sistema de medição
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Elementos de uma malha de controle
• Variável controlada;– Ex.: Temperatura da água
• Meio controlado;– Ex.: Água na saída do processo
• Variável manipulada;– Ex.: Vazão do vapor
• Agente de controle.– Ex.: Vapor
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Dispositivos de campo
• Elementos primários;– Detectam alterações no processo
• Transmissor;– Mede a variável e transmite um sinal a um
receptor
• Elemento final de controle;– Atua e modifica o valor da variável manipulada na
malha de controle
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Instrumentos
• Transdutor – converte um sinal genérico (pressão, massa, vazão, temperatura, nível, deslocamento) em um sinal elétrico ou outra que possa ser processada.
• Transmissor – acoplado a sensores de campo (lêem a variável medida), possuem um transdutor para conversão do sinal e transmitem o resultado para uma malha de controle.
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• Indicador – fornece uma indicação visual das variáveis do processo (analógico ou digital).
• Registrador – registra os valores de uma variável através de um traço contínuo, pontos no gráfico, bargraph, etc.
• Conversor – recebe uma informação como sinal elétrico ou pneumático, altera sua forma e emite como sinal de saída.
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Instrumentos
• Controlador – instrumento provido de uma saída de sinal para o processo, com o objetivo de manter o valor da variável do mesmo o mais próximo possível do set point.• Analógico;
• Digital;
• Single loop;
• Multi loop.
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Instrumentos
Funções dos instrumentos
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Funções dos instrumentos
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Funções dos instrumentos
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Atuadores elétricos - motorizados
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Atuadores pneumáticos
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• CEMS – Continuous Emission MonitoringSystem
• São sistemas utilizados para analisar amostras de gases, quantitativamente ou qualitativamente cada componente, em condição contínua de emissão.
O que são Sistemas de Análise CEMS ???
Classificação dos Sistemas de Análise
Classificação de acordo com a aplicação:
● Processo / CampoProcesso: Instalação estacionária e medição continua ou semi-contínuaCampo: Visam atender a necessidade da portabilidade(incluindo os transportáveis ou móveis)
● Analisadores AmbientaisVisam atender as necessidades de monitoramento ambiental (imissões)
● Analisadores de SegurançaVisam atender as necessidade de monitoração de vazamentos de gases inflamáveis ou tóxicos no ambiente industrial.
● Laboratoriais● Hospitalares
Classificação por amostra:● Gás● Liquido● Sólido...
Classificação por componente:● Oxigênio● Carbono● Nitrogênio● pH...
Classificação por princípio:● Infravermelho● Óxido de Zircônia● Ultravioleta● Paramagnético...
Qual composição de um Sistema de Análise?
SONDA DE AMOSTRA
Aplicada para amostragem de gases ou líquidos em processos com a presença de componentes corrosivos, elevadas temperaturas, umidade e alta concentração de partículas sólidas. É, geralmente, o primeiro elemento de filtragem de um sistema de amostragem, trabalhando conectada à tubulação de transporte de amostra.
LINHA DE TRANSPORTE DE AMOSTRA
Utilizado para a condução da amostra de gás da sonda até o sistema de amostragem (condicionamento), mantendo o grau de calor acima da temperatura de condensação (ponto de orvalho) da amostra, de modo a não permitir condensação da umidade presente.
Qual composição de um Sistema de Análise?
SISTEMA DE CONDICIONAMENTO DE
AMOSTRA
Condiciona a amostra nos termos de temperatura, pressão, vazão, umidade e gases ácidos.
Além disso, permite a operação do sistema de análise de forma automática ou manual, provendo válvulas para calibração / validação, sistema de refrigeração, bomba de vácuo, estação de tratamento de ar e etc.
Qual composição de um Sistema de Análise?
Por que usar Sistemas de Condicionamento de amostras?Por que usar Sistemas de Condicionamento de amostras?
O gás na saída dos Chaminés é geralmente
Portanto é indispensável a utilização de um sistema Portanto é indispensável a utilização de um sistema de TRATAMENTO desse gás, antes que entre no de TRATAMENTO desse gás, antes que entre no analisadoranalisador..
Porém os analisadores precisam receber o gás:
Limpo, seco e frio
Visão Geral do Sistema de Análise
Tipos – CEMS SICK
ANALISADORES
Comprimento de Onda dos Analisadores
Raio Gamma
Raio X Ultravioleta
Faixa Visível
Infravermelho
Micro Onda
IR Próximo Infravermelho IR Longo
Violet Red
10-5 0.2 0.38 0.75 1000µ
0.75µ 1.5µ 4.0µ 1000µ
Analisador IR
3µ 25µ
CO, CO2, CH4, SO2, NOx
Por dentro de um analisador...
Princípio de um Analisador Infravermelho
FOTOS