INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Prof. Vilmair E. Wirmond 2018

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1 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Prof. Vilmair E. Wirmond 2018

2 Prof. Vilmair Ermenio Wirmond Técnico em Eletrotécnica UTFPR Engenheiro Eletricista UTFPR Mestre em Engenharia Sistemas Elétricos de Potência UFPR Experiência Profissional Vale Fertilizantes Eletricista Industrial Philip Morris Brasil Técnico de manutenção elétrica TEAM Robótica Ltda Programador CLP Tritec Motors Ltda Líder de Manutenção/Automação Robert Bosch Ltda Engenheiro de Manutenção/Supervisor de manutenção Renault do Brasil AS Supervisor de Manutenção UTFPR Campus Toledo Professor/Coordenador do curso de eng. Eletrônica UTFPR Curitiba Professor

3 INSTRUMENTAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais.

4 INSTRUMENTAÇÃO O uso de instrumentos em processos industriais visa: - A obtenção de produtos de melhor qualidade com menor custo e menor tempo - Aumentar a produção e o rendimento - Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade produzida

5 INSTRUMENTAÇÃO O uso de instrumentos em processos industriais visa: -Reduzir a agressão ao meio ambiente - Substituir o homem em tarefas repetitivas afastando-o, também, de ambientes agressivos

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9 Equipamentos Industriais Equipamentos Industriais são todos os equipamentos de processo em indústrias nas quais materiais sólidos ou líquidos ou gasosos sofrem transformações físicas ou químicas. Os equipamentos estão agrupados em: Calderaria; Máquinas; Tubulações.

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11 Variáveis de Controle Variáveis de processo mais importantes: Pressão, temperatura, vazão, nível, umidade, velocidade, tensão, etc. A partir do controle dessas variáveis se consegue o controle da composição do produto final. As variáveis de controle são classificadas em: Medida, controlada ou de processo (PV); Manipulada (MV); Aleatórias ou distúrbios.

12 Variável de Processo (Medida) - PV É a variável mantida dentro de um valor desejado ou entre valores pré-determinados pelo processo. Às vezes, se mede uma variável indiretamente, por meio da medição de outra variável. Para toda variável controlada, possuímos um meio controlado. Meio controlado é a energia ou material que está contida na variável controlada. No nosso processo (Animação 1), o meio controlado é a mistura (A+B).

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14 Variável Manipulada MV Para toda variável manipulada, possuímos um agente de controle, que, no caso do aquecimento da mistura (A+B) no exemplo de destilação (Animação 1), é o vapor. A maioria das variáveis manipuladas é a vazão de um fluido, que passa através da válvula.

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27 Terminologia a) Faixa de medida (Range) - Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Se expressa determinando os valores extremos. Exemplos: Range entre 100 e 500 o C Range entre 0 e 20 PSI b) Amplitude da faixa nominal (Span) - É a diferença, em módulo, entre o valor superior e inferior de uma faixa de medida (range). Em algumas áreas, a diferença entre o maior e o menor valor é denominada faixa. Exemplos: Para uma faixa nominal de -10V a +10V a amplitude da faixa nominal é 20V. Um instrumento com range de C seu Span é de 400 o C.

28 Terminologia c) Erro (de medição) É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida. Se houver um processo em regime permanente chamar-se-á de erro estático, que poderá ser positivo ou negativo dependente da indicação do instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou menos. Quando tiver a variável alterando seu valor ao longo do tempo, ter-se-á um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença, entre o valor real e o valor medido, é chamado de erro dinâmico.

29 Terminologia d) Repetitividade - Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condições de medição. Estas condições são denominadas condições de repetitividade e incluem: mesmo procedimento de medição; mesmo observador; mesmo instrumento de medição, utilizado nas mesmas condições; mesmo local; repetição em curto período de tempo.

30 e) Exatidão de medição Pode-se definir como sendo a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão. A exatidão pode ser descrita de três maneiras: Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.) Percentual do Span (% do Span) Percentual do Valor Lido (% do V.L.) Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250 o C e valor medido 100 o C determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: Exatidão de 1% do Fundo de Escala Valor real = 100 o C ± (0,01 x 250) = 100 o C ± 2,5 o C Exatidão de 1% do Span Valor real = 100 o C ± (0,01 x 200) = 100 o C ± 2,0 o C Exatidão 1% do Valor Lido (Instantâneo) Terminologia Valor real = 100 o C ± (0,01 x 100) = 100 o C ± 1,0 o C

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32 Terminologia f) Rangeabilidade (Largura de Faixa) - É a relação entre os valores máximos e os valores mínimos, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento.

33 Terminologia g) Zona Morta - Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em ambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de um instrumento de medição. A zona morta pode depender da taxa de variação. A zona morta, algumas vezes, pode ser deliberadamente ampliada, de modo a prevenir variações na resposta para pequenas variações no estímulo. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200ºC e com zona morta de 0,1% representa ± 0,2ºC.

34 Terminologia h) Sensibilidade - Variação da resposta de um instrumento de medição dividida pela correspondente variação do estímulo. A sensibilidade pode depender do valor do estímulo. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 500ºC e com uma sensibilidade de 0,05% representa ± 0,25ºC.

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68 Via Rádio Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à sua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica. Vantagens a) Não necessita de cabos de sinal. b) Pode-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento. Desvantagens a) Alto custo inicial. b) Necessidade de técnicos altamente especializados.

69 Via Modem A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude. Vantagens a) Baixo custo de instalação. b) Pode-se transmitir dados a longas distâncias. Desvantagens a) Necessita de profissionais especializados. b) baixa velocidade na transmissão de dados. c) sujeito a interferências externas, inclusive violação de informações.

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84 Exercícios UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Qual o spam de um medido de temperatura que pode medir temperaturas de -30 a 130ºC? Para um sensor de temperatura com range de -50 a 250 o C e valor medido 150 o C determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: Exatidão de 0,5% do Fundo de Escala Exatidão de 0,5% do Span Exatidão 0,5% do Valor Lido (Instantâneo) Qual a sensibilidade de um instrumento com range de 200 a 1800ºC, e com uma sensibilidade de 0,1%? Num processo, podemos escolher entre dois instrumentos de medida, ambos de mesmo range(-50 a +250ºC), porém um com rangeabilidade de 20:1 e outro de 25:1.Ambos tem exatidão de 1%.Explique com base nos dados acima para qual faixa de temperatura a exatidão é garantida.

85 O que é o modo Burst na comuniação com protocolo HART? Como funciona a comunicação Multidrop via HART? O que é a linguagem DDL no Hart? Quais as principais características que diferem o Foundation Fieldbus do protocolo Hart?