Instrumentação Básica para Controle de Processos … · CTS © 2007 Smar 2 Instrumentação Básica Conteúdo Programático Período da Manhã: • Conceitos básicos de Instrumentação

CTS © 2007 Smar Instrumentação Básica1

Instrumentação Básica Instrumentação Básica para Controle de Processos Industriaispara Controle de Processos Industriais

Leonardo B. S. MangiapeloLeonardo B. S. Mangiapelo( ( [email protected]@smar.com.br ))

Instrutor de treinamento para clientesInstrutor de treinamento para clientes


Conteúdo Programático

Período da Manhã:

• Conceitos básicos de Instrumentação e Controle.

• Transmissão de sinais e Telemetria.

• Protocolos Digitais típicos utilizados em processos industriais.

• Medições de Pressão e aplicações com Selo Remoto.

Período da Tarde

• Medições de Nível, Vazão, Temperatura e Densidade.

• Elementos Finais de Controle.

• Introdução ao Controle de Processos.


“O Início da Instrumentação e Controle de Processos”

1778 - Watt - Máquina a vapor

1878 - Maxwell - Teoria / Controlador de Watt

1930 - Nyquist - 1º Livro sobre Controle

Primórdios do Controle


INSTRUMENTAÇÃO

Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação,registro e controle de processos de fabricação, visando a

otimização na eficiência desses processos.

O uso de instrumentos em processos industriais visa a obtenção deum produto de melhor qualidade, com menor custo

e menor tempo de entrega.

- Incrementar e controlar a qualidade do produto

- Aumentar a produção e o rendimento.- Obter e fornecer dados seguros da matéria prima, quantidade

Produzida, e dados econômicos dos processos.

A utilização de instrumentos nos permite:

Conceitos Iniciais


FLUIDO AQUECIDO

VAPOR

Processo Industrial Típico:

FLUIDO A SERAQUECIDO

CONDENSADO

Variável Controlada:Meio Controlado:Variável Manipulada:Agente de Controle:

Processo Industrial Típico

Temperatura do FluidoFluidoVazão de VaporVapor

Trocador de Calor


LÍQUIDO ENTRANDO

MISTURADORLÍQUIDOSAINDO

VAPOR

VALVULA

CONTROLADORSP

SENSOR DETEMPERATURA

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

Malha De Controle

ABERTA:FECHADA:

Sistema sem realimentação (ou Feedback )Sistema com realimentação "

Malha de Controle Típica


a) Indicadores

b) Registradores

c) Transmissores

d) Transdutores

e) Controladores

f) Elemento Finais de Controle

Os instrumentos podem ser classificados em:

Definições em Controle


Algumas Informações relevantes:

Faixa de Medição (RANGE)

Faixa de mediçao entre os limites máximo e mínimo da medida

realizada.

Alcance (SPAN)

É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa

de medida de um instrumento.

Erro

É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento

em relação ao valor real da variável medida.




Repetibilidade

Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas

de um certo parâmetro sob as mesmas condições de medição.

Exatidão

Aptidão de um instrumento de medição para dar respostas

próximas a um valor verdadeiro.

Rangeabilidade (Largura de Faixa)

É a relação entre o valor Maximo e o valor mínimo lidos com a

mesma exatidão na escala de um instrumento.



Exemplo: LD301 – Transmissor de pressão, vazão e nível

• Exatidão de +/- 0,04%

• Rangeabilidade 120:1

• Span mínimo de 50 Pa

(250) / (120)

= 2,083


Identificação do Instrumento

IXO

Identificação da MalhaIdentificação Funcional

SUF

N0 Seqüencial da Malha

Área da Atividade

FunçãoVariável

P RC 001 02 A

Terminologia (ISA S5)


Indicação ou IndicadorCorrente ElétricaI

AltoComando ManualH

VisorMedida DimensionalG

RelaçãoVazãoF

Elemento PrimárioTensão (Fem)E

DiferencialDensidade ou Peso Específico

D

ControladorCondutibilidade ElétricaC

Queimador(Chama)

B

AlarmeAnalisadorA

Letra de Modificação

Função de SaídaFunção de Leitura Passiva


Variável Medida

LETRAS SUCESSIVAS1A LETRA



TransmissãoTransmissor

TemperaturaT

Chave ou Interruptor

SegurançaVelocidade ou Freqüência

S

RegistradorRadioatividadeR

IntegraçãoQuantidadeQ

Tomada de ImpulsoPressãoP

Placa de OrifícioO

Médio ou Intermediário

UmidadeM

BaixoLâmpada PilotoNívelL

Estação de Controle

Tempo ou ProgramaK

VarreduraPotênciaJ




Variável Medida




Elemento Final de Controle

PosiçãoZ

Relê ou Computador

Y

PoçoPeso ou ForçaW

VálvulaViscosidadeV

MultifunçãoMultifunçãoMultifunçãoMultivariáveisU




Variável Medida




SUPRIMENTOOU

IMPULSO

SINALPNEUMÁTICO

SINALHIDRÁULICO

LIGAÇÃO CONFI-GURADA INTERNA-MENTE AO SISTE-MA (SOFTWARE)

SINAL NÃODEFINIDO

SINALELÉTRICO

TUBOCAPILAR

SINAL ELETROMAG-NÉTICO OU SÔNICO(TRANSMISSÃO NÃO

GUIADA)

LIGAÇÃOMECÂNICA

SINALBINÁRIO

ELÉTRICO

SINAL ELETRO-MAGNÉTICO OUSÔNICO (TRANS-MISSÃO GUIADA)

SINALBINÁRIO

PNEUMÁTICO

Simbologia utilizada nos Fluxogramas


LOCALIZAÇÃO

TIPO

Locação Principalnormalmente

acessívelao operador

Montadono

Campo

Locação Auxiliarnormalmente

acessívelao operador

Locação Auxiliarnormalmente não acessívelao operador

InstrumentosDiscretos

InstrumentosCompartilhados

Computadorde

Processo

ControladorProgramável

Simbologia Geral em Instrumentação


LT101

LIC101

I

LIC

101A

FIC202

UR104

FY202

FV202

FR202B

FT202

FE202

INSFLO01.WPG

LAH

TRANSMISSOR DENÍVEL MONTADO NOCAMPO

AVISO DE ALARMENA VARIÁVEL MEDIDA

LINK DOSINSTRUMENTOS

DO SISTEMA(VIA SOFTWARE)

XXXX

REFERÊNCIADE DETALHELÓGICO

LÓGICA DE INTERCONEXÃOCOMPLEXA

DISPOSITIVO DEINTERFACE

AUXILIAR

FAHH

ALGORÍTMO PIDREALIZADO PELO

SISTEMA DECONTROLE

(DCS OU SDCD EMCONSOLE)

CONDICIONAMENTODO SINAL DE

ENTRADA (FUNÇÃO RAIZ QUADRADA)

REGISTRADORMONTADO NO

CAMPO

REGISTRADORMONTADO NO

CONSOLE(SELEÇÃO DE VARIÁ-

VEIS VIA BASE DEDADOS)

INTER-TRAVAMENTO DE

ALARME(VAZÃO) NÍVELMUITO ALTO

I/P

CONVERSORI/P

VÁLVULADE CONTRO-LE MONTADANO CAMPO

TRANSMISSORDE VAZÃOMONTADONO CAMPO

ELEMENTODE VAZÃOMONTADONO CAMPO

APÊNDICE “A” - DIAGRAMA DE VAZÃO TÍPICO MALHA DE CONTROLE CASCATA

FIO DE LIGAÇÃO(SINAL ANA-

LÓGICO)

LT – Transmissor de Nível.

LIC – Controlador Indicador de Nível.

FIC – Controlador Indicador de Vazão.

FR – Registrador de Vazão.

FT – Transmissor de Vazão.

FE – Elemento Primário de Vazão.

FY – Conversor Vazão.

FV – Válvula de Vazão.


SensorVálvula

deControle

Controlador Controle Local

À medida que os processos controlados se multiplicaram, surgiu anecessidade das operações serem realizadas à distância e de forma centralizada.

Telemetria


Operação à Distância

???

Telemetria


A tecnologia pneumática utiliza um sinal de pressão de ar ( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus instrumentos.

Sensor

Controlador

Válvulade

Controle

Instrumentação Pneumática


1930 - Controle PID



O Tempo da Agulha

•Custo elevado

•Operação dedicada

•Pouco flexível

•Manutenção Dispendiosa

•Limitação de distância

•Precisão reduzida



A Eletrônica entra em cena!


ENIAC – O inicio dos computadores

Criado na Pensilvânia em 1946 com intuito de realizar cálculos balísticos para a industria militar norte americana durante a segunda guerra mundial.

Pesava 30 toneladas, possuía aproximadamente 70 mil resistores e 18 mil válvulas a vácuo, ocupando o espaço de um ginásio esportivo.

Quando foi ligado pela primeira vez, o consumo foi tamanho que as luzes da Filadélfia piscaram.


A Eletrônica entra em cena• 1947: A invenção do transistor revoluciona a

eletrônica.• 1958: Surge o primeiro circuito integrado,

possibilitando a compactação em escala ampla.• 1961: O primeiro circuito integrado lógico.• 1965: PDP-8, o primeiro computador digital

largamente utilizado em controle de processos.


Os circuitos integrados propiciam a redução dos equipamentos e baixam seu custo.

A Integração dos Circuitos


Os Circuitos Lógicos

• Os computadores digitaisempregam circuitos lógicos, a principio com componentes discretos e a seguir com circuitos integrados.

• Surgem os CLPs (Controladores Lógicos Programáveis), que substituem as lógicas a relé nos comandos elétricos.


A Eletrônica Analógica

• A instrumentação baseada na eletrônica analógica ganha força com o advento dosamplificadores operacionais.

• A Smar lança seus primeiros

produtos na década de 80.

+

----


A Comunicação Digital torna-se cada vez mais importante e a SMAR lança o primeiro chip dedicado para comunicação entre instrumentos de acordo com a norma ISA SP50, entrando na era FIELDBUS.

A Comunicação Digital (1992)


� Seqüência binária e o sinal digital que a

representa

� Aspecto de um sinal analógico

Modulações Analógicas e Digitais


� Sinal digital original e distorcido em um cabo

comum.

� Modulação de um sinal digital.

Modulações Analógicas e Digitais


REDE DEREDE DE CAMPO CAMPO

REDE DEREDE DE CONTROLE CONTROLE

A outros níveisA outros níveis

REDE DEREDE DEGERENCIAMENTO GERENCIAMENTO

Rede de ControleRede de Controle

SupervisãoSupervisãoBanco deBanco de Dados Dados

Rede de PlantaRede de Planta

Rede deRede deCampoCampo

Redes de Comunicação Industriais


Rede de Campo

24vdc

509 -BOD

T

• Redução do custo da fiação e instalação do projeto.

• Comunicação bidirecional, permitindo configuração e calibração dos dispositivos.

• Distribuição de inteligência.

• Integração com diversos fabricantes.

•Velocidade normalmente na faixa de dezenas de Kbps, podendo atingir a casa dos Mbps.

• Integração do controlador ao sistema de atuação do equipamento.

Redes de Campo


NãoNãoSimÁreas

Classificadas

100m2 Km2 KmDistância Max

Baixo custoQualquerInstrumentaçãoTipo de Cabo

< 5ms5 a 50 ms5 a 50 msTempo de

Resposta

alguns bitsalguns bytesalguns bytesTamanho

Mensagem

SensoresManufaturaProcesso

Exemplo de algumas redes:

• HART

• ASI - ACTUATOR SENSOR INTERFACE

• DEVICENET

• PROFIBUS DP E PA

• FOUNDATION FIELDBUS

Podem ser sub-classificadas quanto a categoria dos dispositivos conectados:

Redes de Campo


• HART (Highway Adress Remote Transducer).

• Modulação FSK ( Frequency Shift Key ) com taxa de comunicaçao de 1.200 bits/s.

• Baseado no sistema mestre escravo.

• Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital.

• Usa o mesmo tipo de cabo usado na instrumentação analógica.

• Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes.

1200 Hz“1”

2200 Hz“0”

1 mA

4 mA

20 mA

Tempo

Sinal Físico HART

Protocolo Hart


(Actuador & Sensor Interface)

•Cabo Paralelo com dois condutores.

•Até 31 escravos.

•Cada escravo: 4 bits de I/O.

•Até 100 m ou 300m com repetidores.

•Sistema de comunicação mestre – escravo.

•Garantido um máximo de 4,7 ms com configuração máxima da rede.

Rede AS-i


• Cabo par - trançado com 4 fios e uma blindagem.

• Um par para alimentação e outro para sinal.

• Até 64 dispositivos.

• Velocidades ajustáveis em: 125; 250 e 500 Kbits/s.

• Até 500m em 125 Kbits/s.

• Sistema de comunicação mestre –escravo.

Rede DeviceNet


(Descentralized Peripheria)

• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem somente para sinal.

• Até 128 dispositivos divididos em 4 segmentos com repetidores.

• Velocidades ajustáveis de 9.600 a 12Mbits/s.

• De 100 a 1.200m conforme a velocidade ajustada.

• Sistema de comunicação mestre – escravo.

Rede Profibus DP


• Cabo Par - trançado com 2 fios e uma blindagem, trafegando sinal e alimentação,

• Até 32 dispositivos sem alimentação e 12 com alimentação.

• Velocidades de 31,25 Kbits /s.

• Máxima distância de 1900 m conforme número de dispositivos.

• Permite várias topologias.

(Process Automation)

Rede Profibus PA


Fieldbus

Automação e

Sistemas de Supervisão

P

L

F

Processo

Fieldbus é um protocolo de comunicação digital e bidirecionalqueinterliga dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão.

Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo.

Tecnologia Foundation FieldBus


DDC DCS FCS

(comparativo das tecnologias)

(Direct Digital Control) (Distributed Control System) (Field Control System)

Evolução das Filosofias de Controle


Definições:

[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]F (força)A (área)

Pressão =

massavolume

[ kg/m3; g/cm3])= Massa Específica(ρ

[kgf/m³; gf/cm³]peso

volumePeso Específico( )=γ

Medição de Pressão


ρh

∆P = Patm + ρ . h

∆P


Teorema de Stevin

A pressão absoluta de um liquido homogêneo, incompreensível de densidade

“ρ” em uma profundidade “h” é igual a pressão atmosférica exercida sobre a

superfície desse liquido mais a pressão efetiva, independendo da forma do

recipiente.

Patm



Principio de Pascal

O acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se

integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente.


ESCALA

A

B

h

-

mmHg

Escalas de Pressão

Pressão Relativa

Pressão Absoluta

Pabs = Prel + Patm

pressão relativa

vácuopressão absoluta

ZERO RELATIVO

ZERO ABSOLUTO



1. Tubo Bourdon


Dispositivos para medição de Pressão


2. Membrana ou Diafragma

3. Fole



4. Colunas de Líquido

P1 – P2 = h . dr

Manômetro de tubo em “U”

Manômetro de Coluna

Reta Vertical



5. Sensor tipo Piezoelétrico

++++

____

P CRISTAL

Efeito Piezoelétrico

P DIAFRAGMA

SAIDA

CRISTALTransdutor



6. Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo

R = (ρ.L) / A



7. Sensor tipo Capacitivo

TubosTubos CapilaresCapilares

DiafragmaDiafragma SensorSensor

VidroVidro

Fluido de EnchimentoFluidoFluido de de EnchimentoEnchimento

DiafragmaDiafragma de de ProcessoProcesso

PlacasPlacas do Capacitordo Capacitor



Diafragma Isolador

Corpo

Tubo Capilar

Corpo

DiafragmaIsolador

Fluído deEnchimento

Armadurado tubo Capilar

Selo Remoto


Situações onde o selo é utilizado:

Selo Remoto

a. O fluido do processo for corrosivo ao dispositivo de medição.

b. O Fluido for um liquido com sólidos em suspensão.

c. O fluido for um liquido pastoso.

d. O Fluido não puder permanecer parado no dispositivo de

medição.


GP GP

DP

DP

5 VIAS5 VIAS

2 VIAS2 VIAS

3 VIAS3 VIAS

2 VIAS2 VIAS

Elementos de Manobra


MANÔMETRO PETROQUÍMICO

SELO SANITÁRIO

Flange do Tanque

Braçadeira TRI-CLAMP



- Métodos Principais:

a. Régua ou Gabarito

b. Visores de Nível

c. Bóia ou Flutuador

d. Pressão Hidrostática (∆P)

e. Empuxo

f. Nuclear (Raios Gama)

Medição de Nível

g. Capacitivo

h. Ultra-som

i. Medição Descontinua

j. Medição de Sólidos


500

499

498

497

496

2

1

Medição de Nível Direta

Medição de Nível

a. Régua ou Gabarito b. Visores de Nível

Tipo Tubular


GASLIQUIDO

VIDROVIDRO

Plano (Reflex ou Transparente)

Medição de Nível

b. Visores de Nível



Medição de Nível

c. Bóia ou Flutuador



∆P = h. d

CCáálculo do Range:lculo do Range:

∆P = Ph – Pl Pl = Patm Ph = h.d + Patm

Nível (0%): ∆P = Ph – Pl = 0 � (4 mA)

Nível (100%): ∆P = h . d – Pl = h . d � (20 mA)

LÍQUIDOh

HI LO

d

Medição de Nível


Medição de Nível Indireta

Patm


Supressão de Zero (Tanque aberto)


∆∆∆∆P = Ph – Pl Pl = Patm Ph = h.d + Patm

Nível (0%): ∆P = y . d � (4 mA)

Nível (100%): ∆P = (h + y) . d � (20 mA)

LÍQUIDOh

HI LOy

d

Medição de Nível



Elevação de Zero (Tanques fechados e pressurizados)

Medição de Nível




Nível (0%): � (4 mA)

∆P = Ph - Pl

∆P = [ Pg ] – [ Pg + (y . dselo) ]

∆P = - (y . dselo)

Nível (100%): � (20 mA)

∆P = Ph - Pl

Pl = [ Pg + y . dselo ]

Ph = [ Pg + h . d líquido ]

∆P = h . dlíquido - y . dselo

LÍQUIDOh

HI LO

GÁS

y

Exemplo 1:

Medição de Nível



Por Empuxo E = V. δδδδ

Medição de Nível

e. Empuxo


0

1

2

3

0

1

2

3

0

1

2

33 LB 2 LB 1 LB

2,25 M

14"COMP

7" NIVELD`AGUA

14" NIVELD`AGUA

Variação do Peso aparente

P ap. = W - EP ap. = W - E

ANível de Água - 0

BÁgua Deslocada

Peso = 1LB

CÁgua Deslocada

Peso = 2LB

Medição de Nível

e. Empuxo


FONTE DERADIAÇÃO

AMPLIFICADOR INDICADOR

SENSORGEIGER

Medição de Nível

f. Nuclear ( Raios Gama)


Medição de Nível

g. Capacitivo


ULTRAULTRA--SOM SOM –– Onda mecânica Onda mecânica -- precisa de um meio material para se propagar.precisa de um meio material para se propagar.

REFLEXÃO DEPENDE DA REFLEXÃO DEPENDE DA

DENSIDADE DO MEIO.DENSIDADE DO MEIO.

DD

TOF = Time of FlightTOF = Time of Flight

HH NívelNível = H = H -- DD

D = VD = VSOMSOM . TOF/2. TOF/2

Medição de Nível

h. Ultra Sônico


Medição de Nível

i. Medição Descontínuos


Transdutor

eletromecânico

Células de Carga

(Strain Gauge)

Medição de Nível

j. Medição de Solidos (Pesagem)


Medição de Vazão


Vazão Volumétrica

É definida como sendo a quantidade em volume de um fluido que escoa através

de uma certa seção em um determinado intervalo de tempo.

Unidades mais utilizadas: [ m3/s ] , [ m3/h ] , [ L/h ] , [ L/min ]

Medição de Vazão


Vazão Mássica

É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a

seção de uma tubulação por unidade de tempo.

Unidades mais utilizadas: [ Kg/s ] , [ Kg/h ] , [ T/h ]

Medição de Vazão


Medição de Vazão

Tipos de Medidores de Vazão:


Disco oscilante, Pistão rotativo, Pás, Engrenagens ovais, etc.

Medição de Vazão

a. Medidores de Deslocamento Positivo


Medição de Vazão

b. Placa de Orifício


Concêntrica:

Utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.

Excêntrico:

Utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possamser retidos e acumulados na base da placa; nesses casos, o orifício pode ser posicionado na parte baixa do tubo, para permitir que os sólidos passem.

Segmental:

Destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.

Medição de Vazão

b. Placa de Orifício - Tipos


Medição de Vazão


Medição de Vazão


São placas de orifícios montadas em conjunto com transmissores de vazão.

Medição de Vazão

c. Orificio Integral


Transmissor de vazão por pressão diferencial

Medição de Vazão

LD301


Compensação de Pressão e Temperatura

Malha para Medição de Vazão

PA PTA

⋅ ∆Q = K . Q [Nm3/h]

Medição de Vazão


Rotâmetro são medidores de vazão por área variável nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido.

O equilíbrio é atingido quando A diferença de pressão e o empuxo compensam a força gravitacional.

A posição do flutuador indica a taxa de fluxo.

d. Rotâmetros

Medição de Vazão


Canal Aberto

h

Q = 3,33.(L – 0,2H) . H3/2

Medição de Vazão

e. Vertedor


A RD W C

Q = K . Hn

Medição de Vazão

f. Calha Parshall


E = B.d.V

Lei de Faraday

Medição de Vazão

f. Medidor Magnético


Conceitos BásicosConceitos Básicos

TEMPERATURA: grau de agitação térmica das moléculas.

ENERGIA TÉRMICA: é a somatória das energias cinéticas dos seus átomos.

CALOR: é a energia em trânsito.

PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa onde osefeitos de radiação térmica passam a se manifestar.

CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelaspróximas do zero absoluto.

TERMOMETRIA: termo mais abrangente que incluiria tanto aPirometria como a Criometria.

Medição de Temperatura


Meios de Transmissão de Calor

• Condução

• Radiação

• Convecção

Escalas de Temperatura

Conversão de Escalas °C = °F – 32 = K – 273 = R - 491

5 9 5 9



Vt = Vo.( 1 + ββββ.∆∆∆∆t)

-80 a 100+110-92Tolueno

-100 a 70+78-115Álcool Etílico

-38 a 550+357-39Mercúrio

FAIXA DE USO(oC)PONTO DE EBULIÇÃO(oC)

PONTO DE SOLIDIFICAÇÃO(oC)

LÍQUIDO

Recipiente de Vidro


a. Medidor por Dilatação de Líquido


Lt = Lo. ( 1 + αααα.∆∆∆∆t)


b. Medidor por Dilatação de Sólidos


JUNTA DEMEDIÇÃO

TERMOPAR

BLOCO DELIGAÇÃO

CABO DEEXTENSÃO

JUNTA DEREFERÊNCIA

GRADIENTE DE TEMPERATURA (∆T)TRM DE TEMP.,INDICADOR OUCARTÃO INPUT(CLP)

Efeitos Termoelétricos:

Seebeck, Peltier, Thomson e Volta.


c. Medidor por Efeito Termo-Elétrico


A (+)

B (-)

T + �T T - �T

E

T Tr

A (+)

B (-)

I

Efeito Seebeck""

" Efeito Peltier "


Efeitos Termo-Elétricos


0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

mV

T

E

J

T

K

NICROSIL-NISIL

RS

B

Correlação da F.E.M. x Temperatura



FORNO

TIPO "X"

TERMÔMETRODIGITAL

50 ºC

2,25 mVJR = 1,22 mV 25 ºC

A A

T2E1 E2

Cr Cr

0 ºC24 ºC

Compensação de Junta Fria



CILINDRO DE VIDROCONDUTORES

CONDUTORESMATRIZ DE CERÂMICA ESPIRAL DE PLATINA

ESPIRAL DE PLATINA

MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO


d. Termo resistências

Materiais mais utilizados: Pt, Cu ou Ni.

• Alta resistividade, melhor sensibilidade

• Alto coeficiente de variação

• Fios finos dúcteis e rígidos


RABICHO ISOLADOR CONDUTORES ISOLAÇÃO MINERAL

SELO BAINHA BULBO DE RESISTÊNCIA

Características da Pt100 ( à 0°C )


d. Termo resistências

Faixa de temperatura padrão ( -270 a 850°C)

Alta estabilidade e repetibilidade

Bom tempo de resposta



e. Medidores por radiação



f. Pirômetro óptico



f. Pirômetro óptico


ESCALA

LASTRO

DensímetroDensímetro

Autocompensado

Medição de Densidade

a. Densimetros


h1

h2

h

1

2

P1 = ρ . g . h1

P2 = ρ . g . h2

P1 - P2 = ρ . g . (h1 - h2)

∆P = ρ . g . h

ρ = ∆P / g . h

b. Medidor de Densidade / Concentração (DT301)

Medição de Densidade


A válvula de controle é o elemento final mais utilizado em sistemas de controle industriais.

Podemos também citar outros elementos, tais como: bombas, resistências elétricas,

motores, inversores, etc.

Elementos Finais de Controle


Componentes da Válvula de Controle

Corpo e Atuador



� Pneumático à mola e diafragma.

� Elétrico.

� Hidráulico.


Atuadores


“CORPO” DA VÁLVULA

É a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior

ou menor passagem do fluído no seu interior, conforme a necessidade

do processo.



Tipos de Válvula de ControleTipos de Válvula de Controle

• Globo • Diafragma• Guilhotina

• Globo • Diafragma• Guilhotina

• Borboleta• Esfera• Esférica• Obturador excêntrico

• Borboleta• Esfera• Esférica• Obturador excêntrico

Deslocamento linear Deslocamento rotativo




Válvula Globo



Válvula Globo



Válvula Diafragma



Válvula Guilhotina



Válvula Borboleta


Gráfico de Torque x Abertura da Válvula Borboleta

Tipos de Assentamento das Válvulas Borboletas




Válvula Esférica


• Boa característica de controle e

alcance de faixa

• Leve, compacta e econômica

• Corpo e castelo em única peça

• Sede metálica ou resiliente

• Menor torque de acionamento

• Baixa histerese / controle preciso

• Construção robusta

• Fácil montagem e manutenção

• Auto-alinhamento sede/obturador


Válvula com Obturador excêntrico



Posicionadores de Válvula Posicionador Atuador

Válvula


NECESSIDADE

DO CONTROLE

AUTOMÁTICO

1 - Porque o homem não é mais capaz de manter o controle acontecendo.

2 - Para elevação da

Produtividade.

A - Produção elevada do sistema

B - Ritmo acelerado de produção

C - Precisão requerida na produção

D - Confiabilidade

E - Aumento do nível de perigo

F - Redução de mão-de-obra

G - Aumento da eficiência operacional das instalações.

H - Redução de custo operacional do equipamento

Introdução ao Controle de Processos


Funções Básicas do Controle



A – Medida do valor atual da variável que se quer regular.

B – Comparação do valor atual com o valor desejado (indicado ao sistema de controle pelo operador humano ou por um computador).

C – Utilização do desvio ( ou erro ) para gerar um sinal de correção.

D – Introduzir este sinal de correção ao elemento final de controle de modo a eliminar o desvio, isto é , de maneira a conduzir a variável ao valor desejado.



FLUIDO AQUECIDO

VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO

FLUIDO A SERAQUECIDO

CONDENSADO

Variável Controlada: TemperaturaMeio Controlado: FluidoVariável Manipulada: VazãoAgente de Controle: Vapor

Processo Industrial Típico


LIQUIDO ENTRANDO

MISTURADORLIQUIDOSAINDO

VAPOR

VALVULA

CONTROLADORSP

SENSOR DETEMPERATURA

SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR

MALHA DE CONTROLE

ABERTA:FECHADA:

Sistema sem realimentação (ou Feedback )Sistema com realimentação "

Malha de Controle Típica


Controle Manual


• “O controle manual não permite a eliminação do erro, resultando em uma amplitude de variação excessiva do valor da variável que se deseja controlar”.

TEMPO

DESVIO

0

+

-

VALOROBTIDO

VALORDESEJADO(SET-POINT)

ERRO

Característica do Controle Manual


ONDE ESTÁ O CONTROLE ?

ONDE ESTÁ O CONTROLADOR?

ONDE ESTÁ A MEDIÇÃO?

PROCESSO

COMPARAÇÃO

CORREÇÃO

CONTROLE

ENTRADA DE ÁGUA FRIA

SAIDA DE ÁGUA QUENTE

ENTRADA

DE VAPOR

VÁLVULA DE CONTROLE

MEDIÇÃO

Exemplo de um Controle Manual


VÁLVULA DE CONTROLE

MEDIÇÃO

ENTRADA DE ÁGUA FRIA

SAIDA DE ÁGUA QUENTE

ENTRADA

DE VAPOR

PROCESSO

COMPARAÇÃO

CORREÇÃO

CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE CAMPOSET POINT

SENSOR

MALHA DE CONTROLE FECHADA

Controle Automático


• “O controle automático permite através de sua ação a redução do erro, com um tempo de atuação e precisão impossíveis de se obter no controle manual”.

TEMPO

DESVIO

0

+

-

VALOROBTIDO

VALORDESEJADO(SET-POINT)

ERRO

Característica do Controle Automático


Controle de Relação ( Combustão )

PID

AI

AO

Vapor

Ar

Combustível

AO

Exemplo de Utilização


FIM

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