Instrumentação Básica

Transcrição

1 para Controle de Processos Industriais Leonardo B. S. Mangiapelo ( [email protected] ) Instrutor de treinamento para clientes 1

2 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. 2

3 Primórdios do Controle O Início da Instrumentação e Controle de Processos Watt - Máquina a vapor Maxwell - Teoria / Controlador de Watt Nyquist - 1º Livro sobre Controle 3

4 Conceitos Iniciais 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 de um produto de melhor qualidade, com menor custo e menor tempo de entrega. A utilização de instrumentos nos permite: - 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. 4

5 Processo Industrial Típico FLUIDO AQUECIDO VAPOR FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO Processo Industrial Típico: Trocador de Calor Variável Controlada: Meio Controlado: Variável Manipulada: Agente de Controle: Temperatura do Fluido Fluido Vazão de Vapor Vapor 5

6 Malha de Controle Típica Malha De Controle SP CONTROLADOR LÍQUIDO ENTRANDO MISTURADOR LÍQUIDO SAINDO VAPOR SENSOR DE TEMPERATURA VALVULA SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR ABERTA: FECHADA: Sistema sem realimentação (ou Feedback ) Sistema com realimentação " 6

7 Definições em Controle Os instrumentos podem ser classificados em: a) Indicadores b) Registradores c) Transmissores d) Transdutores e) Controladores f) Elemento Finais de Controle 7

8 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. 8

9 Definições em Controle 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. 9

10 Definições em Controle Exemplo: LD301 Transmissor de pressão, vazão e nível Exatidão de +/- 0,04% Rangeabilidade 120:1 Span mínimo de 50 Pa (250) / (120) = 2,083 10

11 Terminologia (ISA S5) P RC A Variável Função Área da Atividade N 0 Seqüencial da Malha S U F Identificação Funcional Identificação da Malha I X O Identificação do Instrumento 11

12 Terminologia (ISA S5) 1 A LETRA LETRAS SUCESSIVAS Variável Medida Letra de Modificação Função de Leitura Passiva Função de Saída Letra de Modificação A Analisador Alarme B Queimador (Chama) C Condutibilidade Elétrica Controlador D Densidade ou Peso Específico Diferencial E Tensão (Fem) Elemento Primário F Vazão Relação G Medida Dimensional Visor H Comando Manual Alto I Corrente Elétrica Indicação ou Indicador 12

13 Terminologia (ISA S5) 1 A LETRA LETRAS SUCESSIVAS Variável Medida Letra de Modificação Função de Leitura Passiva Função de Saída Letra de Modificação J Potência Varredura K Tempo ou Programa Estação de Controle L Nível Lâmpada Piloto Baixo M Umidade Médio ou Intermediário O Placa de Orifício P Pressão Tomada de Impulso Q Quantidade Integração R Radioatividade Registrador S Velocidade ou Freqüência Segurança Chave ou Interruptor T Temperatura Transmissão Transmissor 13

14 Terminologia (ISA S5) 1 A LETRA LETRAS SUCESSIVAS Variável Medida Letra de Modificação Função de Leitura Passiva Função de Saída Letra de Modificação U Multivariáveis Multifunção Multifunção Multifunção V Viscosidade Válvula W Peso ou Força Poço Y Relê ou Computador Z Posição Elemento Final de Controle 14

15 Simbologia utilizada nos Fluxogramas SUPRIMENTO OU IMPULSO SINAL NÃO DEFINIDO SINAL PNEUMÁTICO SINAL ELÉTRICO SINAL HIDRÁULICO SINAL ELETRO- MAGNÉTICO OU SÔNICO (TRANS- MISSÃO GUIADA) LIGAÇÃO CONFI- GURADA INTERNA- MENTE AO SISTE- MA (SOFTWARE) SINAL BINÁRIO PNEUMÁTICO TUBO CAPILAR SINAL ELETROMAG- NÉTICO OU SÔNICO (TRANSMISSÃO NÃO GUIADA) LIGAÇÃO MECÂNICA SINAL BINÁRIO ELÉTRICO 15

16 Simbologia Geral em Instrumentação LOCALIZAÇÃO TIPO Locação Principal normalmente acessível ao operador Montado no Campo Locação Auxiliar normalmente acessível ao operador Locação Auxiliar normalmente não acessível ao operador Instrumentos Discretos Instrumentos Compartilhados Computador de Processo Controlador Programável 16

17 APÊNDICE A - DIAGRAMA DE VAZÃO TÍPICO MALHA DE CONTROLE CASCATA LT 101 LAH TRANSMISSOR DE NÍVEL MONTADO NO CAMPO AVISO DE ALARME NA VARIÁVEL MEDIDA LIC 101 LINK DOS INSTRUMENTOS DO SISTEMA (VIA SOFTWARE) I LÓGICA DE INTERCONEXÃO COMPLEXA XXXX REFERÊNCIA DE DETALHE LÓGICO LT Transmissor de Nível. LIC Controlador Indicador de Nível. ELEMENTO DE VAZÃO MONTADO NO CAMPO FE 202 CONDICIONAMENTO DO SINAL DE ENTRADA (FUNÇÃO RAIZ QUADRADA) REGISTRADOR MONTADO NO CAMPO FR 202B FT 202 ALGORÍTMO PID REALIZADO PELO SISTEMA DE CONTROLE (DCS OU SDCD EM CONSOLE) TRANSMISSOR DE VAZÃO MONTADO NO CAMPO FIC 202 UR 104 REGISTRADOR MONTADO NO CONSOLE (SELEÇÃO DE VARIÁ- VEIS VIA BASE DE DADOS) LIC 101A DISPOSITIVO DE INTERFACE AUXILIAR FAHH VÁLVULA DE CONTRO- LE MONTADA NO CAMPO CONVERSOR I/P INTER- TRAVAMENTO DE ALARME (VAZÃO) NÍVEL MUITO ALTO FY 202 FIO DE LIGAÇÃO (SINAL ANA- LÓGICO) I/P FV 202 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. INSFLO01.WPG 17

18 Telemetria À medida que os processos controlados se multiplicaram, surgiu a necessidade das operações serem realizadas à distância e de forma centralizada. Sensor Válvula de Controle Controlador Controle Local 18

19 Telemetria??? Operação à Distância 19

20 Instrumentação Pneumática A tecnologia pneumática utiliza um sinal de pressão de ar ( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus instrumentos. Sensor Controlador Válvula de Controle 20

21 Instrumentação Pneumática Controle PID 21

22 Instrumentação Pneumática O Tempo da Agulha Custo elevado Operação dedicada Pouco flexível Manutenção Dispendiosa Limitação de distância Precisão reduzida 22

23 23

24 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. 24

25 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. 25

26 A Integração dos Circuitos Os circuitos integrados propiciam a redução dos equipamentos e baixam seu custo. 26

27 Os Circuitos Lógicos Os computadores digitais empregam 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. 27

28 A Eletrônica Analógica + - A instrumentação baseada na eletrônica analógica ganha força com o advento dos amplificadores operacionais. A Smar lança seus primeiros produtos na década de

29 A Comunicação Digital (1992) 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. 29

30 Modulações Analógicas e Digitais Aspecto de um sinal analógico Seqüência binária e o sinal digital que a representa 30

31 Modulações Analógicas e Digitais Sinal digital original e distorcido em um cabo comum. Modulação de um sinal digital. 31

32 Redes de Comunicação Industriais Banco de Dados Supervisão A outros níveis REDE DE GERENCIAMENTO Rede de Planta Rede de Controle REDE DE CONTROLE Rede de Campo REDE DE CAMPO 32

33 24vdc Redes de Campo 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. Rede de Campo 509 -BOD T 33

34 Redes de Campo Podem ser sub-classificadas quanto a categoria dos dispositivos conectados: Processo Manufatura Sensores Tamanho Mensagem alguns bytes alguns bytes alguns bits Tempo de Resposta 5 a 50 ms 5 a 50 ms < 5ms Tipo de Cabo Instrumentação Qualquer Baixo custo Distância Max 2 Km 2 Km 100m Áreas Classificadas Sim Não Não Exemplo de algumas redes: HART ASI - ACTUATOR SENSOR INTERFACE DEVICENET PROFIBUS DP E PA FOUNDATION FIELDBUS 34

35 Protocolo Hart HART (Highway Adress Remote Transducer). Modulação FSK ( Frequency Shift Key ) com taxa de comunicaçao de 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. 20 ma Sinal Físico HART 1200 Hz Hz 0 1 ma 4 ma Tempo 35

36 Rede AS-i (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. 36

37 Rede DeviceNet 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. 37

38 Rede Profibus DP (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 a 12Mbits/s. De 100 a 1.200m conforme a velocidade ajustada. Sistema de comunicação mestre escravo. 38

39 Rede Profibus PA (Process Automation) 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. 39

40 Tecnologia Foundation FieldBus Fieldbus é um protocolo de comunicação digital e bidirecionalque interliga dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão. Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo. Fieldbus P Processo L Automação e Sistemas de Supervisão F 40

41 Evolução das Filosofias de Controle (comparativo das tecnologias) (Direct Digital Control) (Distributed Control System) (Field Control System) DDC DCS FCS 41

42 Medição de Pressão Definições: Pressão = F (força) A (área) [ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²] massa Massa Específica(ρ)= volume [ kg/m3 ; g/cm 3 ] Peso Específico( γ)= peso volume [kgf/m³; gf/cm³] 42

43 Medição de Pressão 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 h ρ P = Patm + ρ. h P 43

44 Medição de Pressão 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. 44

45 Medição de Pressão Escalas de Pressão ESCALA Pressão Relativa h - m m H g A B Pressão Absoluta P abs = P rel + P atm pressão relativa vácuo pressão absoluta ZERO RELATIVO ZERO ABSOLUTO 45

46 Medição de Pressão Dispositivos para medição de Pressão 1. Tubo Bourdon 46

47 Medição de Pressão 2. Membrana ou Diafragma 3. Fole 47

48 Medição de Pressão 4. Colunas de Líquido P1 P2 = h. dr Manômetro de tubo em U Manômetro de Coluna Reta Vertical 48

49 Medição de Pressão 5. Sensor tipo Piezoelétrico P CRISTAL Efeito Piezoelétrico P DIAFRAGMA SAIDA Transdutor CRISTAL 49

50 Medição de Pressão 6. Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo R = (ρ.l) / A 50

51 Medição de Pressão 7. Sensor tipo Capacitivo Tubos Capilares Placas do Capacitor Diafragma Sensor Vidro Fluido de Enchimento Diafragma de Processo 51

52 Selo Remoto Diafragma Isolador Corpo Tubo Capilar Corpo Diafragma Isolador Fluído de Enchimento Armadura do tubo Capilar 52

53 Selo Remoto Situações onde o selo é utilizado: 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. 53

54 Elementos de Manobra DP 5 VIAS 3 VIAS DP GP 2 VIAS GP 2 VIAS 54

55 Medição de Pressão MANÔMETRO PETROQUÍMICO Flange do Tanque SELO SANITÁRIO Braçadeira TRI-CLAMP 55

56 Medição de Nível - Métodos Principais: a. Régua ou Gabarito b. Visores de Nível c. Bóia ou Flutuador d. Pressão Hidrostática ( P) g. Capacitivo h. Ultra-som i. Medição Descontinua j. Medição de Sólidos e. Empuxo f. Nuclear (Raios Gama) 56

57 Medição de Nível Medição de Nível Direta a. Régua ou Gabarito b. Visores de Nível Tipo Tubular 57

58 Medição de Nível b. Visores de Nível Medição de Nível Direta Plano (Reflex ou Transparente) LIQUIDO GAS VIDRO VIDRO 58

59 Medição de Nível c. Bóia ou Flutuador Medição de Nível Direta 59

60 Medição de Nível Medição de Nível Indireta d. Pressão Hidrostática ( P) Patm d LÍQUIDO h HI LO Cálculo do Range: P = h. d 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 60 (20 ma)

61 Medição de Nível d. Pressão Hidrostática ( P) Supressão de Zero (Tanque aberto) LÍQUIDO d h Cálculo do Range: P = Ph Pl Pl = Patm Ph = h.d + Patm y HI LO Nível (0%): P = y. d (4 ma) Nível (100%): P = (h + y). d (20 ma) 61

62 Medição de Nível d. Pressão Hidrostática ( P) Elevação de Zero (Tanques fechados e pressurizados) 62

63 Medição de Nível d. Pressão Hidrostática ( P) Exemplo 1: Cálculo do Range: GÁS Nível (0%): P = Ph - Pl (4 ma) LÍQUIDO h HI LO y P = [ Pg ] [ Pg + (y. d selo ) ] P = - (y. d selo ) Nível (100%): (20 ma) P = Ph - Pl Pl = [ Pg + y. d selo ] Ph = [ Pg + h. d líquido ] P = h. d líquido - y. d selo 63

64 Medição de Nível e. Empuxo Por Empuxo E = V. δ 64

65 Medição de Nível e. Empuxo Variação do Peso aparente LB 2 LB 1 LB ,25 M P ap. = W - E P ap. = W - E 14" COMP 7" NIVEL D`AGUA 14" NIVEL D`AGUA A Nível de Água - 0 B Água Deslocada Peso = 1LB C Água Deslocada Peso = 2LB 65

66 Medição de Nível f. Nuclear ( Raios Gama) FONTE DE RADIAÇÃO AMPLIFICADOR INDICADOR SENSOR GEIGER 66

67 Medição de Nível g. Capacitivo 67

68 Medição de Nível h. Ultra Sônico ULTRA-SOM Onda mecânica - precisa de um meio material para se propagar. TOF = Time of Flight H D D = V SOM. TOF/2 Nível = H - D REFLEXÃO DEPENDE DA DENSIDADE DO MEIO. 68

69 Medição de Nível i. Medição Descontínuos 69

70 Medição de Nível j. Medição de Solidos (Pesagem) Transdutor eletromecânico Células de Carga (Strain Gauge) 70

71 Medição de Vazão 71

72 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 ] 72

73 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 ] 73

74 Medição de Vazão Tipos de Medidores de Vazão: 74

75 Medição de Vazão a. Medidores de Deslocamento Positivo Disco oscilante, Pistão rotativo, Pás, Engrenagens ovais, etc. 75

76 Medição de Vazão b. Placa de Orifício 76

77 Medição de Vazão b. Placa de Orifício - Tipos Concêntrica: Utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão. Excêntrico: Segmental: Destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão. Utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possam ser 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. 77

78 Medição de Vazão 78

79 Medição de Vazão 79

80 Medição de Vazão c. Orificio Integral São placas de orifícios montadas em conjunto com transmissores de vazão. 80

81 Medição de Vazão Transmissor de vazão por pressão diferencial LD301 81

82 Medição de Vazão Malha para Medição de Vazão Compensação de Pressão e Temperatura Q = K. PA P T A Q [Nm3/h] 82

83 Medição de Vazão d. Rotâmetros 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. 83

84 Medição de Vazão e. Vertedor Canal Aberto h Q = 3,33.(L 0,2H). H 3/2 84

85 Medição de Vazão f. Calha Parshall D W C A R Q = K. H n 85

86 Medição de Vazão f. Medidor Magnético Lei de Faraday E = B.d.V 86

87 Medição de Temperatura Conceitos 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 os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar. CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto. TERMOMETRIA: termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria como a Criometria. 87

88 Medição de Temperatura Meios de Transmissão de Calor Condução Radiação Convecção Escalas de Temperatura Conversão de Escalas C = F 32 = K 273 = R

89 Medição de Temperatura a. Medidor por Dilatação de Líquido Vt = Vo.( 1 + β. t) Recipiente de Vidro LÍQUIDO PONTO DE SOLIDIFICAÇÃO( o C) PONTO DE EBULIÇÃO( o C) FAIXA DE USO( o C) Mercúrio a 550 Álcool Etílico a 70 Tolueno a

90 Medição de Temperatura b. Medidor por Dilatação de Sólidos Lt = Lo. ( 1 + α. t) 90

91 Medição de Temperatura c. Medidor por Efeito Termo-Elétrico BLOCO DE LIGAÇÃO JUNTA DE REFERÊNCIA JUNTA DE MEDIÇÃO TERMOPAR CABO DE EXTENSÃO GRADIENTE DE TEMPERATURA ( T) TRM DE TEMP., INDICADOR OU CARTÃO INPUT(CLP) Efeitos Termoelétricos: Seebeck, Peltier, Thomson e Volta. 91

92 Medição de Temperatura Efeitos Termo-Elétricos A (+) I T Tr "Efeito Seebeck" E B (-) A (+) T + T T - T " Efeito Peltier " B (-) 92

93 Medição de Temperatura mv Correlação da F.E.M. x Temperatura E J K NICROSIL-NISIL T R S 10 0 B T

94 Medição de Temperatura Compensação de Junta Fria Cr Cr T2 E1 24 ºC E2 0 ºC A A FORNO 50 ºC TIPO "X" TERMÔMETRO DIGITAL 2,25 mv JR = 1,22 mv 25 ºC 94

95 Medição de Temperatura d. Termo resistências CILINDRO DE VIDRO ESPIRAL DE PLATINA CONDUTORES MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO Materiais mais utilizados: Pt, Cu ou Ni. Alta resistividade, melhor sensibilidade Alto coeficiente de variação Fios finos dúcteis e rígidos MATRIZ DE CERÂMICA ESPIRAL DE PLATINA CONDUTORES 95

96 Medição de Temperatura d. Termo resistências Características da Pt100 ( à 0 C ) Faixa de temperatura padrão ( -270 a 850 C) Alta estabilidade e repetibilidade Bom tempo de resposta RABICHO ISOLADOR CONDUTORES ISOLAÇÃO MINERAL SELO BAINHA BULBO DE RESISTÊNCIA 96

97 Medição de Temperatura e. Medidores por radiação 97

98 Medição de Temperatura f. Pirômetro óptico 98

99 Medição de Temperatura f. Pirômetro óptico 99

100 Medição de Densidade a. Densimetros ESCALA LASTRO Densímetro Densímetro Autocompensado 100

101 Medição de Densidade b. Medidor de Densidade / Concentração (DT301) 2 1 h h2 h1 P1 = ρ. g. h1 P2 = ρ. g. h2 P1 - P2 = ρ. g. (h1 - h2) P = ρ. g. h ρ = P / g. h 101

102 Elementos Finais de Controle 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. 102

103 Elementos Finais de Controle Componentes da Válvula de Controle Corpo e Atuador 103

104 Elementos Finais de Controle Atuadores Pneumático à mola e diafragma. Elétrico. Hidráulico. 104

105 Elementos Finais de Controle 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. 105

106 Elementos Finais de Controle Tipos de Válvula de Controle Deslocamento linear Deslocamento rotativo Globo Diafragma Guilhotina Borboleta Esfera Esférica Obturador excêntrico 106

107 Elementos Finais de Controle Válvula Globo 107

108 Elementos Finais de Controle Válvula Globo 108

109 Elementos Finais de Controle Válvula Diafragma 109

110 Elementos Finais de Controle Válvula Guilhotina 110

111 Elementos Finais de Controle Válvula Borboleta 111

112 Elementos Finais de Controle Gráfico de Torque x Abertura da Válvula Borboleta Tipos de Assentamento das Válvulas Borboletas 112

113 Elementos Finais de Controle Válvula Esférica 113

114 Elementos Finais de Controle Válvula com Obturador excêntrico 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 114

115 Elementos Finais de Controle Posicionadores de Válvula Posicionador Atuador Válvula 115

116 Introdução ao Controle de Processos 1 - Porque o homem não é mais capaz de manter o controle acontecendo. NECESSIDADE DO CONTROLE AUTOMÁTICO 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 2 - Para elevação da Produtividade. G - Aumento da eficiência operacional das instalações. H - Redução de custo operacional do equipamento 116

117 Introdução ao Controle de Processos Funções Básicas do Controle 117

118 Introdução ao Controle de Processos 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. 118

119 Processo Industrial Típico FLUIDO AQUECIDO VAPOR FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO Variável Controlada: Meio Controlado: Variável Manipulada: Agente de Controle: Temperatura Fluido Vazão Vapor 119

120 Malha de Controle Típica MALHA DE CONTROLE SP CONTROLADOR LIQUIDO ENTRANDO MISTURADOR LIQUIDO SAINDO VAPOR VALVULA SENSOR DE TEMPERATURA SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR ABERTA: FECHADA: Sistema sem realimentação (ou Feedback ) Sistema com realimentação " 120

121 Controle Manual 121

122 Característica do Controle Manual DESVIO + VALOR DESEJADO (SET-POINT) VALOR OBTIDO 0 - ERRO TEMPO O controle manual não permite a eliminação do erro, resultando em uma amplitude de variação excessiva do valor da variável que se deseja controlar. 122

123 Exemplo de um Controle Manual PROCESSO ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAIDA DE ÁGUA QUENTE ENTRADA DE VAPOR VÁLVULA DE CONTROLE CORREÇÃO CONTROLE MEDIÇÃO COMPARAÇÃO ONDE ESTÁ A MEDIÇÃO? ONDE ESTÁ O CONTROLE? ONDE ESTÁ O CONTROLADOR? 123

124 Controle Automático PROCESSO ENTRADA DE ÁGUA FRIA SAIDA DE ÁGUA QUENTE ENTRADA DE VAPOR CORREÇÃO VÁLVULA DE CONTROLE SET POINT SENSOR MEDIÇÃO MALHA DE CONTROLE FECHADA COMPARAÇÃO CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE CAMPO 124

125 Característica do Controle Automático DESVIO + VALOR OBTIDO VALOR DESEJADO (SET-POINT) 0 - ERRO 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 125

126 Exemplo de Utilização Controle de Relação ( Combustão ) PID AI Vapor AO AO Ar Combustível 126

127 FIM para Controle de Processos Industriais Leonardo B. S. Mangiapelo ( [email protected] ) Instrutor de treinamento para clientes 127