EL38E - Instrumentação Industrial INSTRUMENTAÇÃO. Introdução. Profª. Karla Silva. Adaptado de C. M. P. Yoshida - UNIFESP

Transcrição

1 EL38E - Instrumentação Industrial INSTRUMENTAÇÃO Introdução Profª. Karla Silva Adaptado de C. M. P. Yoshida - UNIFESP

2 SISTEMAS DE MEDIDAS Caminho da INFORMAÇÃO

3 FIXAÇÃO MALHA ABERTA Sistema em malha aberta é aquele em que a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de entrada, visando compensar as variações que ocorrem nas variáveis de processo e que influenciam na variável controlada. Nos sistemas em malha aberta, apenas se investiga a dinâmica do processo em uma condição não controlada.

4 FIXAÇÃO MALHA FECHADA Sistema em malha fechada é aquele em que a variável controlada do processo é mantida dentro de limites estabelecidos, ou seja, o sistema de controle em malha fechada regula a variável controlada, fazendo correções em outra variável de processo, que é chamada de variável manipulada. Nos sistemas em malha fechada, torna-se possível a interferência na dinâmica do processo de forma controlada.

5 SISTEMAS DE MEDIDAS Elementos constituintes: Elementos sensores Conversores de sinais Elementos mostradores ou atuadores

6 SISTEMAS DE MEDIDAS Classificação de instrumentos de medição: FUNÇÃO SINAL TRANSMITIDO ou SUPRIMENTO TIPO DE SINAL

7 SISTEMAS DE MEDIDAS - FUNÇÃO Classificação por FUNÇÃO 1 - Cegos 2 - Indicadores 3 - Registradores 4 Elementos Primários 5 Transmissores/Transdutores 6 - Conversores 7 - Controladores 8 Elementos Finais de Controle

8 SISTEMAS DE MEDIDAS

9 Visão Esquemática de Sistema Pneumático

10 Visão Esquemática de Sistema Hidráulico

11 Hidráulica e Pneumática O quê? Tecnologias associadas com: - Geração - Controle - Transmissão de potência empregando fluidos pressurizados.

12 Hidráulica e Pneumática Onde? Direções e freios de automóveis, Acionamento de máquinas ferramentas, Controle de aeronaves, Alimentação de processos, Lançamento de veículos espaciais, Máquinas colheitadeiras, Equipamamentos odontológicos Mineração, Laboratórios, Indústrias, etc.

13 Hidráulica e Pneumática Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos empregam fluidos Newtonianos. Transmissão de energia através de fluidos = Princípio de Pascal: Se uma força externa for aplicada sobre uma parcela de área de um fluido confinado, a P decorrente será transmidita integralmente a todo o fluido e a área do recipiente que o contém. P F A 1 1 F A 2 2

14 Pneumática comprime ar

15 Hidráulica bombeia o óleo

16 SISTEMAS DE MEDIDAS - SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Padrão SI: 0,2-1,0 kgf/cm 2 Tipo PNEUMÁTICO Gás comprimido (ar) 3-27psi, 0-30psi, 3-15 psi Tubos de cobre, vinil ou aço inox ¼ Vantagens Segurança área classificada Desvantagens Tubulação Equipamentos auxiliares Distâncias longas (150m) Vazamentos Conexão computadores

17 SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Tipo HIDRÁULICO Variação pressão exercida em óleos hidráulicos aplicações com torque elevado, ou quando envolve pressões elevadas Grande força Vantagens Resposta rápida Desvantagens Tubulação Inspeção Equipamentos auxiliares

18 SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Tipo ELÉTRICO Sinais elétricos de corrente ou tensão Uso na indústria Padrões: 4-20mA, 0-20mA, 1-5V, 0-10V, -5 a 5V Vantagens Longas distâncias Alimentação: fios de transmissão Conexão computador Instalação Operações matemáticas Leitura sinal múltipla Linhas de transmissão: máximo 600V Desvantagens Técnico especializado Áreas classificada Cabos - ruídos

19 SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Via RÁDIO Sinal enviado via ondas de rádio em faixa de freqüência especifica Cabos de sinal Vantagens Máquinas em movimento Desvantagens Custo inicial Técnicos altamente especializados

20 SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Tipo DIGITAL pacotes de informações estação receptora Informação decodificada Pulsos elétricos, série de pulsos ópticos, série de pulsos acústicos de diferentes durações (código Morse) Trançado de fios, fibra óptica, ondas eletromagnéticas Ruídos externos Custo final Vantagens Limites de conteúdo de sinal Desvantagens Protocolos dificuldade de comunicação Rompimento do cabo perda várias malhas

21 SINAL DE TRANSMISSÃO ou SUPRIMENTO Via MODEM Linhas telefônicas: modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude Vantagens Custo instalação Longas distâncias Desvantagens Profissionais especializados Velocidade transmissão Interferências (violação)

22 Comunicação Convencional Painel de Controle Convencional 4-20 ma 1-5 V Computador de Processo 4-20 ma PROCESSO Transmissores Válvulas

23 Tecnologia dos Telemoveis (CURIOSIDADE QUE NÃO CAI NA PROVA!) Durante a II guerra mundial, Hedy Lamarr e George Antheil, criaram um aparelho de interferência em radio para despistar os radares nazistas. A ideia surgiu quando os dois tocavam em dueto num piano com ela a repetir noutra escala as notas que ele tocava, experimentando o controle dos instrumentos. Assim viram que duas pessoas podiam conversar entre si mudando frequentemente o canal de comunicação. Bastava para isso que o fizessem simultaneamente. O invento foi apresentado ao Departamento de Guerra norte-americano que o recusou em junho do mesmo ano. Em agosto de 1942 o invento foi patenteado por Antheil e Hedy Kiesler Markey (nome de casada de Hedy Lamarr na altura), no entanto devido à sua complexidade e porque parecia difícil de se realizar na época não foi concretizada até 1962 quando o exército norte-americano o usou em Cuba, quando porém a patente já expirara. Foi então a empresa Sylvania que adoptou a invenção. No entanto seria novamente esquecida até 1997 quando a Electronic Frontier Foundation deu a Lamarr um prêmio pela sua contribuição. No ano seguinte a "Ottawa wireless technology" desenvolveu Wi-LAN,Inc. adquirindo 49% da patente de Lamarr. A ideia do aparelho de frequência de Lamarr e Antheil serviu de base, tal como disse antes, para a moderna tecnologia de comunicação como o COFDM usada em conexões de wifi e CDMA usada nos telemoveis. Considerada a mãe deste aparelho de telecomunicação, Hedy receberia uma menção honrosa do governo norte-americano em 1997 por "abrir novos caminhos nas fronteiras da eletrônica".

24 Hedy Lamarr (CURIOSIDADE QUE NÃO CAI NA PROVA!) O recebimento da informação por pacotes de frequência, invenção que foi a base para o celular, foi inventado por Hedy Lamarr, atriz austríaca/americana em seus 26 anos, em Seu método foi patenteado em 1942, e ela nunca recebeu um centavo por isso. Ela recebeu menção honrosa em 1997, mas morreu em 2000 aos 85 anos.

25 Revisão Dicas de vídeos explicativos interessantes Eletricidade, Corrente, Voltagem, Campo Elétrico, Campo Magnético, Onda Eletromagnética: Leis do Eletromagnetismo (Leis de Maxwell):

26 Onda Eletromagnética

27 Compreendendo os Comprimentos de Ondas Eletromagnéticas (Usos) Adaptado de:

28 Compreendendo os Comprimentos de Ondas Eletromagnéticas (Usos) Adaptado de:

29 Quer entender como funciona o Modem? Transmissão de Dados utilizando Modem Computadores não entendem nossa linguagem, apenas a linguagem na forma digital ( 0 e 1 ). Todos esses processos são executados por um modem em velocidades extremamente rápidas. Adaptado de:

30 Quer entender como funciona o Modem? Adaptado de:

31 Ampliando o conhecimento sobre modulação de sinais transmitidos x recebidos

32 TELEMETRIA Técnica de obtenção, processamento e Sinais transmissão de dados a distância PNEUMÁTICOS ANALÓGICOS DIGITAIS HIDRÁULICO Via RÁDIO Via MODEM

33 TELEMETRIA MEIOS DE TRANSMISSÃO

34 TELEMETRIA: I. Meios de Transmissão Par Trançado Par Trançado 375 kbit/s 300m Cabos Múltiplos 1 Mbit/s 2000m

35 TELEMETRIA: Meios de Transmissão CABO COAXIAL Altas taxas de transmissão Informações simultâneas Alto custo

36 TELEMETRIA: Meios de Transmissão FIBRA ÓPTICA Altíssimas taxas de transmissão (Gigabits/s) Imunidade Conexões complicadas, especialista

37 Adaptado de:

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39 CURIOSIDADE QUE NÃO CAI NA PROVA!

40 TELEMETRIA: II. Modos de Transmissão PARALELA SERIAL

41 INSTRUMENTOS Especificações I.APLICAÇÃO II. DESEMPENHO III. OPERAÇÃO IV. FÍSICO V. ECONÔMICO

42 INSTRUMENTOS Especificações APLICAÇÃO área técnica

43 INSTRUMENTOS Especificações I. APLICAÇÃO II. DESEMPENHO II.1. Velocidade e características dinâmicas; II.2. Capacidade; II.3 Especificações técnicas.

44 INSTRUMENTOS: Especificação Técnica II.3. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA a) SENSIBILIDADE (Sensitivity) razão mudança saída pela mudança na entrada b) GANHO: razão saída pela entrada

45 INSTRUMENTOS: Especificação Técnica c) RANGE (faixa de medida): limites d) ALCANCE (Span): diferença entre limites

46 INSTRUMENTOS: Especificação Técnica e) EXATIDÃO: valor medido=valor real f) PRECISÃO : dispersão resultados

47 INSTRUMENTOS: Especificação Técnica g) LINEARIDADE Máxima aproximação da relação entrada - saída

48 INSTRUMENTOS: Especificação Técnica h) ERRO (offset) Valor transmitido valor real i) ZONA MORTA Faixa sem alteração

49 j) HISTERESIS LEITURA OU SAIDA CARACTERISTICA DESCENDENTE 200 " C 120,2 DIFERENCA MAXIMA 119,8 CARACTERISTICA ASCENDENTE ENTRADA ( " C) 0 200

50 REPETIBILIDADE LEITURA (l/min) 1000 REPETIBILIDADE = ± 1 l/min ± 0,1 % DO SPAN 753 MAXIMO ERRO DE REPETIBILIDADE 752 ERRO DE REPE- TIBILIDADADE (l/min) VAZÃO REAL (l//min)

51 INSTRUMENTOS Especificações III. OPERAÇÃO Características físicas básicas Configuração física, dimensão, massa, volume Transporte e armazenamento Segurança- saúde operador Confiabilidade Manutenção

52 INSTRUMENTOS Especificações IV. FÍSICO Interface elétrica Potência, comunicação, compatibilidade eletromagnética Interface mecânica Tipo de instrumento, montagem Interface térmica Remoção calor, controle de T interno ou externo

53 INSTRUMENTOS Especificações CUSTO inicial operacional instalação reposição V. ECONÔMICO

54 Ergonômicos INSTRUMENTOS: Especificações Condições de trabalho Homem- máquina Implementação mecanismos de controle OPERADOR

55 INSTRUMENTOS Especificações I.APLICAÇÃO II. DESEMPENHO III. OPERAÇÃO IV. FÍSICO V. ECONÔMICO

56 INSTRUMENTOS: Especificações Testes de QUALIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS Calibração estática e dinâmica Ambiente operacional Durabilidade Confiabilidade Outros: Exame visual, inspeção mecânica, testes de ruídos, efeitos de posição, etc

57 CONCEITOS BÁSICOS 1. DINÂMICA: tempo 2. VARIÁVEIS a. Variáveis de entrada b. Variáveis de saída

58 INSTRUMENTAÇÃO - conceitos 5. ESTABILIDADE INSTÁVEL: não atinge novo regime permanente

59 Verificação da Aprendizagem 1. Proponha um Sistema de Medida Qualquer, estabelecendo um possível (ou todos os possíveis) fluxo(s) de informação. 2. Defina e exemplifique sistemas em: Malha Aberta; Malha Fechada (exemplifique com processos da área de alimentos). 3. Em Sistemas de Medição, como podem ser classificados os instrumentos? 4. Como são classificados os sistemas de medida de acordo com a Função? Exemplifique num sistema qualquer contendo componente(s) dessa(a) função(ões). 5. Qual o enunciado da lei (princípio físico) que rege o funcionamento dos sistemas hidráulicos e pneumáticos? O que são e onde podem ser utilizadas as Tecnologias Hidráulicas e Pneumáticas? 6. Como são classificados os sistemas de medida de acordo com o Sinal de Transmissão ou Suprimento? Cite especificações, vantagens e desvantagens de cada um desses. 7. Cite um exemplo de comunicação de diferentes sinais de transmissão em instrumentação.

60 Verificação da Aprendizagem 8. Quais são os tipos de sinais de transmissão? 9. O que é Telemetria? 10. Quais são os meios de transmissão de sinais? Cite as vantagens e as desvantagens de cada um deles. 11. Como os dados podem ser transmitidos em um sistema instrumentado (modos de transmissão de dados digitais)? 12. Quais são as especificações importantes a serem observadas para instalação de um sistema instrumentado. Explique cada uma delas. 13. Muitos erros de instrumentação poderiam ser evitados atentando-se para as especificações técnicas estabelecidas aos componentes. Cite cada uma dessas especificações técnicas vistas em aula, exemplificando e/ou fazendo esboços quando pertinente. 14. Proponha um sistema prático da indústria de alimentos que seja instrumentado, sugerindo instrumentos e cuidados necessários. 15. Qual a relevância do tempo na instalação de instrumentos? 16. Quais são os Testes para Qualificação de Instrumentos? 17. Exemplifique como a Linearidade de um instrumento pode ser relevante na seleção de um instrumento.

61 1. Slide Slide 3, Slide 4, exemplos pertinentes. 3. Slides 6 e 7. Respostas 4. Como são classificados os sistemas de medida de acordo com a função? Exemplifique num sistema qualquer contendo componente(s) dessa(a) função(ões). 5. Slides 11 a Slides 16 a Slide Slide Slide Slides 33 a Slide 12. Slide 42 com as notas de aula em cada uma delas. 13. Slide 44 a Conforme orientações dadas em sala (trabalhinho a ser entregue). 15. O tempo de resposta, por exemplo, é fundamental em processos dinâmicos: deve ser considerada a dinâmica do processo. 16. Slide Pode, por exemplo, ser citado o exemplo do termopar dado em sala.