Instrumentação e Controle. Prof. Casteletti

Transcrição

1 Prof. Casteletti

2 Objetivo da Instrumentação Manter as variáveis do processo sobre controle para: a) manter e melhorar a qualidade do produto; b) melhorar a produtividade; c) manter a segurança - da unidade; - do processo; - do homem. 01

3 Classificação dos Instrumentos Indicador: Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável. Existem também indicadores digitais que indicam a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas. Registrador: Instrumento que registra a(s) variável(s) através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico. 02

4 Classificação dos Instrumentos Transmissor: Instrumento que determina o valor de uma variável no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo. 03 Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica caso necessário as informações e fornece um sinal de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados. Prof. Casteletti

5 Classificação dos Instrumentos Controlador: Instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida, diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor. Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle. 04

6 05 Classificação dos Instrumentos Segundo sua localização: - de painel - de campo. Segundo sua função: medição da variável; controle da variável; alarme da variável Segundo suas características: indicadores da variável; registradores da variável;

7 Erros em Instrumentos Analógico - paralaxe - interpolação 06

8 Erros em Instrumentos Analógico - paralaxe - interpolação Digital 06

9 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Tubo em U 07

10 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Tubo em U com Coluna 08

11 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Campânula 09

12 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Diafragma 10

13 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Tubo de Bourdon 11

14 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Tubo de Bourdon 11

15 Tipos de Manômetros Indicadores tipo Fole 12

16 Transdutores de pressão por silício 13

17 Registradores de pressão 14

18 Registradores de pressão 14

19 Controladores de pressão 15

20 Formas de transferência de energia 16

21 Formas de transferência de energia 17

22 Formas de transferência de energia 18

23 Medição de temperatura: Pirometria: medição de altas temperaturas, na faixa em que os efeitps de radiação térmica passam a se manifestar. Criometria: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura. 19 Termometria: termo mais abrangente que incluiria tanto a pirometria, como a criomentria que seriam casos particulares de medição. Prof. Casteletti

24 Escalas de Temperatura: Temperatura de ebulição da água ºC ºF K Temperatura de solidificação da água

25 Escalas de Temperatura: 20

26 Termômetros de dilatação de líquido 21

27 Termômetros de dilatação de líquido 21

28 Termômetros de dilatação de líquido 21

29 Líquidos mais usados e faixa de trabalho Líquido Mercúrio Álcool Etílico Tolueno Ponto de Ponto de solidificação ebulição (ºC) Faixa de uso (ºC) (ºC) à à à

30 Termômetro Bimetálico 22

31 Termômetro Bimetálico 22

32 Termômetro Bimetálico Visor de Vidro Escala de Temperatura Eixo Elemento Bimetálico Helicoidal 23

33 Termômetro Bimetálico 23

34 Termômetro de Pressão de Líquido ou Gás Escala de Temperatura Ponteiro Tubo de Bourdon Pinhão Braço de Ligação Cremalheira Tubo Capilar Bulbo Líquido ou Gás 24

35 Termômetro de Pressão de Líquido ou Gás 24

36 Termômetro de Pressão de Líquido ou Gás Líquidos mais utilizados Mercúrio Xileno Tolueno Àlcool Faixa de utilização (ºC) - 35 à à à à Gás mais utilizados Hélio (He) Hidrogênio (H2) Nitrogênio (N2) Dióxido de Carbono (Co2) Temperatura Crítica - 267,8 ºC - 239,9 ºC - 147,1 ºC - 31,1 ºC 25

37 Termômetro de Pressão de Vapor Conectado ao Bourdon Capilar com vapor Vapor Bulbo Líquido Volátil 26

38 Termômetro de Pressão de Vapor Líquidos mais utilizados Cloreto de Metila Butano Éter Etílico Tolueno Dióxido de Enxofre Propano Ponto de Fusão (ºC) Ponto de Ebulição (ºC) ,

39 Termômetros Digitais 27

40 Poço Termométrico Definição Poços Termométricos são elementos desenvolvidos para permitir a instalação de sensores de temperatura em aplicações onde somente o tubo de proteção não é suficiente para garantir a integridade do elemento sensor. Sua utilização em tanques, tubulações, vasos pressurizados, etc, permite a substituição do sensor sem a necessidade de interrupção do processo produtivo. 27

41 Poço Termométrico 27

42 Poço Termométrico 27

43 Sistemas Termolétricos Termopar Efeito Termoelétrico Quando um condutor metálico é submetido à uma diferença de temperatura entre suas extremidades surge uma força eletromotriz (f.e.m.), cujo valor não excede usualmente a ordem de grandeza de milivolts, em decorrência da redistribuição dos elétrons no condutor, quando os mesmos são submetidos a um gradiente de temperatura. 28

44 Sistemas Termolétricos Termopar Milivoltímetro Ponto de medição Fios de compensação Condutores Resistência de ajuste Termopar Bloco de ligação Ponto de referência 28

45 Sistemas Termolétricos Termopar O valor da f.e.m. depende da natureza do material e do gradiente de temperatura entre suas extremidades. No caso de um material homogêneo o valor da f.e.m. não depende da distribuição de temperatura ao longo do condutor, mas sim, como dito anteriormente, da diferença de temperatura entre suas extremidades. 28

46 Sistemas Termolétricos Termopar 29

47 Pirômetro Ótico 30

48 Vazão: quantidade de fluido escoado através de uma tubulação ou equipamento em uma unidade de tempo. Unidades usuais: 1 m³ = 1000 litros 1 pé cúbico = 0, m³ 44 1 galão (americano) = 3,785

49 Regime de escoamento de fluido em tubulações TINTA ESCOAMENTO LAMINAR ÁGUA ESCOAMENTO TURBULENTO 45

50 Medidores de vazão tipo pressão diferencial 45

51 Elementos Primários utilizados para medição de vazão por diferença de pressão. 46

52 Medidores de vazão tipo pressão diferencial 45

53 Tipos de medidores de vazão por diferença de pressão. Tomada de alta pressão Tomada de baixa pressão Líquido de enchimento Placa de orifício Válvulas de dreno Válvula de bloqueio Válvula de bloqueio Válvula de contorno ou equalizadora Ponteiro Pressão diferencial Baixa pressão Alta pressão Mola Mercúrio Escala 47

54 Saída Rotâmetro Flutuador Tubo medidor cônico Entrada 49

55 Medidor de vazão tipo Eletromagnético Medidor 570TM Bobina Núcleo Conversor 8712U ou 8732C Velocidade de vazão V Eletrodo Campo Magnético B Campo Magnético B Força eletromotriz E Velocidade de vazão V 50

56 Medição de Vazão 48

57 Sistemas de Medição de Nível Medição aplicada Líquidos Sólidos Medida direta Por Visor de Nível X X Por Bóias e Flutuadores X Por Contatos de Eletrodos X Por Sensor de Contato X Por Unidade de Grade X 30

58 Sistemas de Medição de Nível Medida indireta Medição aplicada Líquidos Sólidos Por Capacitância X X Por Empuxo X Por Pressão Hidrostática X Por Célula d/p CELL X Por Caixa de Diafragma X Por Tubo em U X Por Borbulhamento X Por Radioatividade X X Por Ulta-som X X Por Vibração X X Por Pesagem X X 30

59 Medição por Visor de Nível 31

60 Medição de Nível por Bóia Corrente, cabo, trena Escala Bóia Contrapeso 32

61 Medição de Nível por Bóia Engaxetamento Indicador Bóia Contrapeso 33

62 Medição de Nível por Contatos de Eletrodos Lâmpadas 34

63 Medição de Nível por Sensor de Contatos 35

64 Medição de Nível por Sensor de Contatos 36

65 Medição de Nível por Capacitância 37

66 Medição de Nível por Empuxo Lateral Topo Gaiola 38

67 Medição de Nível por Célula d/p CELL 39

68 Medição de Nível por Caixa de Diafragma 40

69 Medição de Nível por Borbulhamento Placa de restrição Ar ou gás Regulador de pressão 41

70 Medição de Nível por Radiação Transmissor 42

71 Medição de Nível por Ultra-som 43

72 Medição de Nível por Pesagem Aplicação típica das células de carga 44

73 Válvulas de Controle É o elemento final de controle. 01 É um mecanismo que atua no processo comandado pelo sinal emitido pelo instrumento controlador, com a finalidade de corrigir ou reduzir ao mínimo o desvio acusado no valor da variável controlada.

74 Aplicações das Válvulas de Controle: serviço de liga-desliga; serviço de controle proporcional; prevenção de vazão reversa; controle e alívio de pressão; especiais; controle de vazão direcional; serviço de amostragem; limitação de vazão; 01 selagem de vaso ou tanque.

75 Aplicações das Válvulas de Controle: De todas estas aplicações, a mais comum e importante se relaciona com o controle automático de processo. Atuador Pneumático Castelo Corpo 01

76 Funções das Válvulas de Controle: Conter o fluido do processo, suportando todos os rigores das condições de operação; Responder ao sinal de atuação do controlador; Variar a área de passagem do fluido manipulado; Absorver a queda variável da pressão da linha. 01

77 Funções das Válvulas de Controle: 01

78 Partes das Válvulas de Controle: Corpo: no corpo estão incluídos a sede, obturador, haste, guia da haste, engaxetamento e selagem de vedação. 01

79 Partes das Válvulas de Controle: Sede: é o local da válvula onde se assenta o obturador. 01

80 Partes das Válvulas de Controle: Plug ou obturador: pode ter diferentes formatos e tamanhos, para fornecer vazões diferentes em função da abertura da válvula. 01

81 Partes das Válvulas de Controle: Castelo: liga o corpo da válvula ao atuador. 01

82 Partes das Válvulas de Controle: Atuador: sistema utilizado para acionar o obturador. 01

83 Partes das Válvulas de Controle: Volante: usado para o fechamento manual da válvula no local, em substituição ao fechamento automático. 01

84 Partes das Válvulas de Controle: Posicionador: é um dispositivo acoplado à haste da válvula de controle para otimizar o seu funcionamento. 01

85 Partes das Válvulas de Controle: Booster: também chamado de relé de ar ou amplificador pneumático. Substitui o posicionador quando ele não é recomendado, como em malhas de controle de vazão de líquido ou de pressão de líquido. 01

86 Desempenho das Válvulas de Controle: O bom desempenho da válvula de controle significa que a válvula: é estável em toda a faixa de operação do processo; não opera próxima de seu fechamento ou de sua abertura total; é suficientemente rápida para corrigir os distúrbios e as variações de carga do processo; 01 não requer a modificação da sintonia do controle depois de cada variação de carga do processo. Prof. Casteletti

87 Válvula Gaveta: É caracterizada por um disco ou porta deslizante que é movida pelo atuador na direção perpendicular à vazão do fluido. 01

88 Válvula Esfera: É basicamente uma esfera alojada em um invólucro. A rotação da esfera de 90º muda aposição de totalmente aberta para totalmente fechada. Vazão 01

89 Válvula Borboleta: Consiste de um disco, com aproximadamente o mesmo diâmetro externo que o diâmetro interno do corpo da válvula, que gira em torno de um eixo horizontal ou vertical, perpendicular à direção da vazão. 01

90 Válvula Borboleta de acionamento pneumático. Válvula Borboleta de acionamento manual. 01

91 Válvula Globo: É uma válvula com o corpo esférico, com sede simples ou dupla, com obturador guiado pela haste ou pela gaiola e que pode apresentar várias características diferentes: liga-desliga, linear, igual e percentagem. 01

92 01

93 Válvula Auto-regulada: É uma válvula de controle com um controlador embutido operado pela energia do próprio fluido controlado e não necessita de fonte externa de energia. 01

94 Válvula de Retenção: É uma válvula projetada unicamente para evitar evitar a vazão no sentido inverso. 01

95 Válvula de Alívio de Pressão: A função básica é a de aliviar uma condição de sobrepressão de um sistema de modo automático, econômico e eficiente. 01

96 Válvulas Solenóides: É a combinação de duas unidades funcionais básicas: a solenóide e a válvula. Válvula Solenóide Desenergizada Suprimento de ar Corpo Sinal do controlador Vazão 01

97 01

98 Válvula Redutora de Pressão: Serve para diminuir a pressão na saída (jusante) para um nível determinado dentro dos limites impostos pelo processo em relação a pressão de entrada (montante). 01

99 Controle Automático Entende-se por Controle Automático um conjunto de operações que consistem em: Medir uma variável; Comparar esta medida com um valor desejado; Corrigir o desvio observado. 01

100 Componentes de um Controle Automático Processo ou sistema controlado compreende uma operação ou uma série de operações realizadas no, ou pelo equipamento, no qual uma variável é controlada; Controlador automático é um instrumento que recebe o valor da variável medida e atua para corrigir ou limitar o desvio dessa variável em relação a um ponto de controle; 01 Elemento final de controle é o dispositivo que varia diretamente o valor da variável manipulada; Prof. Casteletti

101 Componentes de um Controle Automático Variável controlada é a variável regulada pela malha de controle; Variável manipulada é uma grandeza que é operada com a finalidade de manter a variável controlada no valor desejado; Meio controlado é a energia ou material do processo no qual a variável é medida e controlada; 01 Agenda de controle é a energia ou material do processo, do qual a variável manipulada é

102 Termos Técnicos usados em Malhas de Controle vapor 01

103 Malha ou Circuito de Controle Consiste: do processo; do elemento de medição; do controlador (posição manual - malha aberta, posição automática - malha fechada); do registrador; do transmissor; 01 do elemento final de controle.

104 Sistemas de Controle De acordo com a natureza da energia usada pelo controlador, os sistemas de controle podem ser: pneumáticos - ar comprimido seco; hidráulico - óleo; elétricos ou eletrônicos - energia elétrica (4 a 20 ma) 01

105 Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) Tipos de Conexões Conexão do processo, ligação ou suprimento ao instrumento Sinal pneumático ou sinal indefinido para diagramas de processo Sinal elétrico Tubo capilar (sistema cheio) Sinal hidráulico 01 Sinal eletromagnético ou sônico (sem fios) Prof. Casteletti

106 Modos de Controle: duas posições - a válvula de controle tem duas posições ( abre-fecha, on-off ) - é utilizado em processos simples e não críticos; proporcional - a válvula de controle tem uma posição determinada para cada desvio - é utilizado em processos contínuos mais complexos e delicados; 01

107 Modos de Controle: reajuste automático ou integral - a válvula de controle tem sua posição reajustada a fim de manter a variável no valor desejado - é aconselhável para processos contínuos mais complexos e delicados; derivativo ou antecipatório - a válvula de controle tem a intensidade de variação aumentada em função da velocidade do desvio - tem sua aplicação em sistema sujeitos a variação de carga. 01