Instrumentação em Controle de processos

Instrumentação em Controle de processos : Sensores, Transmissores, Precisão e Calibração.

1. Instrumentação em sistemas de controle Acadêmicos: Angélica Benedetti Bruna Favassa Rafael Sarolli Thaís Porto Thalyta Basso Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE Centro de Engenharias e Ciências Exatas - CECE Curso de Engenharia Química DISCIPLINA: Controle de Processos DOCENTE: Fernando Palú

2. INTRODUÇÃO O engenheiro de controle de processos encontra hoje, disponível no mercado uma enorme variedade de sistemas de controle. Os fabricantes de equipamentos procuram superar seus concorrentes com lançamentos que oferecem maior flexibilidade para modificações, maior facilidade para implantação de sistemas de controle avançado, melhor interface homem-máquina, menor custo e maior precisão no tratamento das informações.

3. Instrumentação Esquema: Tanque de aquecimento com sistema de controle

4. CONCEITO DE SENSOR E TRANSMISSOR O instrumento que transforma a variável medida (pressão, nível, temperatura) em um sinal padronizado para transmissão (4-20 mA , 3-15 psi ) é chamado de transmissor. O transmissor, em geral, consiste de duas partes principais : o transdutor ou sensor que, no caso dos transmissores eletrônicos, transforma a variável medida em um sinal elétrico mensurável, e o transmissor propriamente dito, que transforma este sinal em um sinal padronizado de 4 a 20 mA .

5. Sensores É definido com um dispositivo que é sensível à um fenômeno físico. Dentro de um processo , é o sensor que detecta a variável física de interesse . Classificação : Ativos x Passivos Digitais x Analógicos Contínuos x Discretos Absolutos x Incrementais

6. Sensores Os critérios de seleção de um sensor são : Faixa de medição ; Linearidade ; Sensibilidade ; Material de construção ; Prioridade de uso ; Potencial de expelir materiais no meio ambiente ; Classificação elétrica ; Histerese .

7. Sensores As variáveis encontradas com frequência dentro de um processo são : Temperatura : Os sensores mais usados na indústria são os termômetros baseados em bimetal e os sensores do tipo termopar e termoresistência .

8. Sensores Temperatura Sensores baseados no princípio bimetálico . Sensor termopar. Sensor baseado em termorresistência . VANTAGENS: Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores. Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação. Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente. Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. DESVANTAGENS: São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua temperatura máxima de utilização. Temperatura máxima de utilização 630 °C. É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para indicar corretamente. Alto tempo de resposta.

9. Sensores Pressão Pressão absoluta, pressão manométrica , pressão atmosférica, vácuo. Sensores baseados na deformação elástica dos materiais. Vantagens: Baixo custo (compra ou manutenção), funcionamento simples, fácil instalação e fabrica-se no Brasil. Desvantagens: Indicação da variável somente no campo, com selos é muito sensível a choques. Sensor baseado na capacitância elétrica. Sensor baseado em condutores elétricos distendidos.

10. Sensor Vazão Na escolha do medidor são considerados aspetos como : Natureza do material ( líquido / gás / sólido ); Material corrosivo ( ou não ); Natureza do sinal ; Custo ; Espaço físico ; Manutenção necessária .

11. Sensores Vazão Sensores de vazão baseados na pressão. Sensores de vazão por turbinas . Sensores de vazão magnéticos .

12. Sensores Nível A medição de nível em unidades industriais tem dois objetivos: Avaliação de estoques em tanques de armazenamento; Controle de processos contínuos. Visor de Nível . Sensores por pressão diferencial .

13. Sensores Composição Química É considerado o parâmetro com maior dificuldade de medição . Exemplos : cromatógrafos , potenciometros , condutímetros , espectrômetros. Propriedades Físicas Como propriedades físicas , considera -se a densidade , o pH, a turbidez , viscosidade , condutividade térmica .

14. Transmissores A função do transmissor é converter a saída do sensor de maneira que ela fique compatível com a entrada do controlador . O sensor pode ou não estar acoplado ao transmissor .

15. Elemento final de Controle O dispositivo que permite que uma variável de processo seja manipulada; Na maioria dos casos trata-se de VÁVULAS DE CONTROLE; Outros: resistências elétricas, bombas, motores em geral, chaves de posição, variadores eletromagnéticos.

16. Exemplo: Trocador de calor

17. Válvulas de Controle Provoca uma obstrução na tubulação para regular a passagem de fluido; Composição: Atuador : proporciona a força motriz para o funcionamento da válvula ; Obturador : elemento vedante; Corpo : ocorre a passagem do fluido;

18. Válvula- Atuador pneumático

19. Tipos de válvula

20. Acessórios das válvulas: Posicionadores Trabalha junto com o atuador para posicionar corretamente o obturador em relação à sede da válvula; Compara o sinal medido pelo controlador com a posição da haste da válvula e envia ao atuador; Opera adequadamente quando o seu tempo de resposta somado ao tempo de posicionamento da válvula é muito mais rápido que o tempo de atuação requerido pelo processo.

21. Aplicações dos Posicionadores Diminuir o atrito na haste; Modificar o sinal do controlador; Aumentar a velocidade de resposta; Por exemplo, o posicionador recebe um sinal de 3 a 15 psi do controlador e emite um sinal de 6 a 30 para o atuador

22. Telemetria Técnica de transportar medições obtidas no processo a distância, em função de um instrumento transmissor . Processos contínuos. A necessidade e a vantagem dessa aplicação se entrelaçam.

23. Transmissores Instrumentos que medem uma variável do processo e a transmitem, a distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma combinação destes .

24. Tipos de sinais de transmissão Pneumáticos; Elétricos; Hidráulicos; Eletrônicos.

25. Transmissão pneumática Os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável, linear , de 3 a 15psi (0,2 a 1 kgf / cm² para uma faixa de medidas de 0 a 100% da variável . Devemos calibrar os instrumentos de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle etc.), sempre utilizando uma mesma norma.

26. Transmissão pneumática Para melhor calibração nota-se que o sinal pneumático não é 0 (zero), e sim 0,2 ou 3 (variando conforme unidade), comprovando sua correta calibração e detectando vazamentos de ar nas linhas de transmissão.

27. Transmissão eletrônica Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os mais utilizados: 4 a 20 mA , 10 a 50 mA e 1 a 5 V . A relação de 4 a 20 mA , 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15psi de um sinal pneumático.

28. Transmissão eletrônica O “zero vivo” utilizado, quando adotamos o valor mínimo de 4 mA , oferece a vantagem também de podermos detectar uma avaria ( rompimento dos fios), que provoca a queda do sinal, quando ele está em seu valor mínimo.

29. Protocolo Hart Consiste num sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s (BPS) e modulação FSK ( Frequency Shift Keying ). Sistema mestre/escravo

30. Fieldbus É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interliga equipamentos inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na sala de controle.

31. Sistema Fieldbus

32. Fieldbus Este padrão permite comunicação entre uma variedade de equipamentos; Eles podem ser de fabricantes diferentes; Ter controle distribuído (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros instrumentos para correção de uma variável – pressão, vazão, temperatura etc.).

33. Sistemas de unidades geométricas e mecânicas

34. Precisão na instrumentação Instrumentos de processo Medição Controle Manipulação Medição: Determina a existência ou valor de uma variável.

35. Precisão na instrumentação Controle Fazer a variável controlada se manter em um valor especificado ou dentro de limites especificados. Manipulação Fazer um elemento final de controle variar diretamente uma variável de processo de modo a conseguir o controle de outra variável do processo. Exemplo: termostato para controle de temperatura e damper de ar como elemento final de controle.

36. Instrumentação Instrumentos de controle são facilmente influenciados pela temperatura, umidade, sólidos em suspensão, contaminantes, agentes biológicos, etc.

37. Problemas de medição Qualquer que seja a variável envolvida, há muita dificuldade para se medir três coisas: Valores muito pequenos; Valores muito altos; Faixas muito estreitas.

38. Problemas de medição Alguns instrumentos, atualmente, podem medir dimensões sobre uma faixa de mícron a anos-luz, podem medir intervalos de tempo de 10e-10 a 10e10 anos, pesos menores que 10e-9 gramas até várias toneladas.

39. Precisão na instrumentação A precisão (erro) na alimentação de um processo, geralmente, é aceito na faixa de 1 a 2%. Entre as etapas do processo a ordem da precisão (erro) chega a 10%.

40. Precisão na instrumentação Equipamentos modernos, como medidores de pressão e temperatura conseguem precisão menor que 1% (0,25%, alguns até 0,075%). Exemplos Transmissor submersível medidor de nível por pressão hidrostática Medidor de pressão manométrica, absoluta, diferencial e nível 0,25% 0,075%

41. Calibração Utilizada para diminuir a ocorrência de erros e aumentar a precisão. É realizada: Determinando os pontos em que a graduação deve ser colocada; Ajustando a saída do instrumento para os valores desejados; Avaliando o erro, comparando o valor real lido com o valor ideal da saída.

42. Calibração

43. Precisão na instrumentação

44. Precisão na instrumentação

45. Referências Bibliográfica SAMSON, Posicionador Electro-Pneumático (Tipo 3767); Edição de Março-1996. Centro de treinamento Smar Equipamentos Industriais- Capítulo 8: Elemento Final de Controle. Apostila SENAI: Instrumentação- Elementos Finais de Controle, Departamento Regional do Espírito Santo.

46. Referências Bibliográficas TAGLIAFERRO,G.V. Instrumentação e Controle . EEL/USP. Sensores e Transdutores . Grupo de Mecânica dos Sólidos e Impactos em Estruturas , USP. Araújo , O.Q.F. Controle e Instrumentação de Processos . Escola de Química , UFRJ. http://www.ime.eb.br/~aecc/Automacao/Sensores_Parte_2.pdf SEBORG, D.E.; EDGAR, T.F.; MELLICHAMP, D.A. Process Dynamics and Control . 2ªed. 2004.

47. http://www.eletronicosforum.com/cursos/Eletronica/cursos/Apostila_de_Instrumentacao_Petrobras.pdf http://www.trajanocamargo.com.br/arquivos/eletroeletronica/apostila_clp_completa.pdf http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARMMAE/controle-processo-petroquimicos