InstrumentaçãoEngenharia Mecânica

Professora: Adriellen Lima de SousaE-mail: adriellen.sousa@ifsc.edu.br

2019/02

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.

Controle manual

Controle manual

Relembrando: Por que controlar?

Fundamento da automação

Medir

Comparar

Corrigir

Fundamento da automação

Medir

(sensor)

Comparar

(controlador)

Corrigir

(atuador)

Exemplo

Exemplo

Fundamento da automação

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.

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.

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?

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

O que são as variáveis de controle?

● Medição de variáveis

- Temperatura;

- Nível;

- Vazão;

- Pressão.

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

Instrumentação

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.

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).

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.

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.

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;

TAG

● Exemplos:● FIC 101● TE 103● LI 102 A● LI 102 B

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.

Modificadoras, excessões

● HH – muito alto● H - alto● L - baixo● LL – muito baixo● Exemplos: TIH, LALL, FAL, TDAL, PDIAL.

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.

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

Sinais padrão da instrumentação

Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.

0% 0m

Tanque vazio

4mA

Sinais padrão da instrumentação

Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.

100% 2m 20mA

Tanque cheio

Sinais padrão da instrumentação

Porcentagem Sinal padrãoUnidade de eng.

50% 1m ??

Controladores

● São os equipamentos principais da malha de controle.

● Podem ser:– Discretos (ou digitais);– Analógicos;

Controladores discretos

Controladores

Sala de controle

Sistemas supervisórios

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.

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.

Equipamentos básicos malha controle

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

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.

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.

Instrumentação

Diagrama de blocos – Malha aberta

Diagrama de blocos – Malha fechada

Exemplo de malha de controleFLUIDO AQUECIDO

VAPOR

PROCESSO INDUSTRIAL

FLUIDO A SERAQUECIDO

CONDENSADO

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

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 "

Exemplo de malha de controle

Malha de controle

Malha de controle

Variáveis analógicas

Controle com sensor analógico

Variáveis discretas

Controle com sensor discreto

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.