INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA

INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 1 - CONCEITOS BÁSICOS DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 2 - TELEMETRIA 3 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - PRESSÃO 4 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - NÍVEL 5 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - VAZÃO 6 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - TEMPERATURA 7 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - DENSIDADE 8 - ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE 9 CONCEITOS BÁSICOS EM CONTROLE AUTOMÁTICO DE PROCESSO DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO 1. CLASSES DE INSTRUMENTOS: a) Indicador b) Registrador c) Transmissor d) Transdutor e) Controlador f) Elemento Final de Controle 1

DEFINIÇÕES EM INSTRUMENTAÇÃO 2 Faixa de Medição (RANGE) 3 - Alcance (SPAN) 4 Erro 5 Repetitividade 6 Exatidão 7 Rangeabilidade (Largura da Faixa) SIMBOLOGIA GERAL Símbolos utilizados nos Fluxogramas de Processo 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 SIMBOLOGIA GERAL Localização dos Instrumentos 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 2

SIMBOLOGIA GERAL P RC 001 02 A Variável Função Identificação Funcional Área da Atividade Identificação do Instrumento N 0 Seqüencial da Malha Identificação da Malha S U F I X O NORMA (ISA S5) SIMBOLOGIA GERAL 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 SIMBOLOGIA GERAL 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 3

SIMBOLOGIA GERAL 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 EXERCÍCIOS 1 - Qual a função de cada um dos instrumentos abaixo, de acordo com a sua identificação. a) FIC - b) TI - c) TSL - d) PSLL - e) TT - f) PIC - g) LT - h) FSHH - i) LSH - j) FY - 2 - Defina a localização dos equipamentos e tipos de sinais de transmissão de cada malha de controle, além da sua função (equipamento). a) 4

b) APÊNDICE A - DIAGRAMA DE VAZÃO TÍPICO MALHA DE CONTROLE CASCATA TRANSMISSOR DE NÍVEL MONTADO NO CAMPO LÓGICA DE INTERCONEXÃO COMPLEXA AVISO DE ALARME NA VARIÁVEL MEDIDA I XXXX LT 101 LAH LIC 101 LINK DOS INSTRUMENTOS DO SISTEMA (VIA SOFTWARE) REFERÊNCIA DE DETALHE LÓGICO LIC ALGORÍTMO PID REALIZADO PELO 101A SISTEMA DE CONTROLE (DCS OU SDCD EM DISPOSITIVO DE INTERFACE INTER- CONSOLE) AUXILIAR TRAVAMENTO DE ALARME (VAZÃO) NÍVEL CONDICIONAMENTO MUITO ALTO DO SINAL DE ENTRADA (FUNÇÃO RAIZ QUADRADA) FAHH FIO DE LIGAÇÃO FIC (SINAL ANA- 202 LÓGICO) REGISTRADOR MONTADO NO CAMPO UR CONVERSOR 104 I/P ELEMENTO DE VAZÃO MONTADO NO CAMPO FE 202 FR 202B FT 202 REGISTRADOR MONTADO NO CONSOLE (SELEÇÃO DE VARIÁ- VEIS VIA BASE DE DADOS) TRANSMISSOR DE VAZÃO VÁLVULA MONTADO DE CONTRO- NO CAMPO LE MONTADA NO CAMPO FY 202 I/P FV 202 INSFLO01.WPG TELEMETRIA Sensor Válvula de Controle Controlador Controle Local 5

TELEMETRIA À medida que os processos controlados se multiplicaram, surgiu a necessidade da operação se realizar à distância e de forma centralizada.??? Operação à Distância Instrumentação Pneumática A tecnologia pneumática usa um sinal de pressão de ar ( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus elementos. Sensor Controlador Válvula de Controle TRANSMISSOR A 2 FIOS - Alimentação (24 Vdc) e comunicação (4 a 20 ma) no mesmo par de fios. TRANSMISSOR A 4 FIOS - Alimentação e comunicação independentes. Alimentação (110 vac) Saída digital Saída 4 a 20 ma 6

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 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 Rede DeviceNet Cabo par - trançado com 4 fios e uma blindagem; um par da alimentação e outro do sinal: Até 64 dispositivos Velocidades ajustáveis em: 125; 250 e 500 Kbits/s, Até 500m em 125 Kbits/s e Sistema de comunicação mestre escravo. 7

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 9.600 a 12Mbits/s, De 100 a 1.200m conforme a velocidade, e Sistema de comunicação mestre escravo. 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, e Permite várias topologias. Protocolo HART O protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer) um sistema que combina o padrão 4 a 20 ma com a comunicação digital. É um sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1.200 bits/s e modulação FSK ( Frequency Shift Key ). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de dois mestres na rede simultaneamente. As vantagens do protocolo HART são as seguintes: 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. 8

REDE FIELDBUS Tecnologia FOUNDATION FIELDBUS Fieldbus é um protocolo de comunicação bidirecional, digital multi-drop entre dispositivos de automação da planta e sistemas de supervisão. Então, Fieldbus é essencialmente uma rede local (LAN) para dispositivos de campo. Fieldbus P Processo L Automação e Sistemas de Supervisão F EXERCÍCIOS: 1. Calcule o valor pedido: Exemplo: 50% do sinal de 3 a 15 PSI Valor Pedido = [ ( Final - Início) ou Span] x ( % ) + zero vivo 100% 15 12 x 50 + 3 = 9 psi -3 100 12 Span a) 70% de 3-15 PSI = b) 30% de 0,2-1 kgf/cm 2 = c) 65% de 4-20 ma = d) 37% de 1-5 V = 2 - Calcule o valor pedido: Exemplo: 9 psi é quantos % da faixa de 3 a 15 PSI. Valor Pedido =( Valor de transmissão - zero vivo) x (100% ) ( Final - Início ) = Span ( 9-3 ) x 100 = 6 x 100 = 50% ( 15-3 ) 12 a) 12 PSI é quantos % da faixa de 3 a 15 PSI = b) 0,4 Kgf/cm 2 é quantos % da faixa de 0,2 a 1 kgf/cm 2 = c) 13 ma é quantos % da faixa de 4 a 20 ma = d) 4,5 V é quantos % da faixa de 1 a 5 Vdc = 9

VARIÁVEL DE PROCESSO - PRESSÃO Definições: Medição de Pressão F (força) Pressão = A (área) Unidades [ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²] ESCALAS DE PRESSÃO ESCALA Pressão Relativa (ou P. Efetiva ou Pressão) h - m m H g A B Pressão Absoluta (ou Zero Absoluto ou Vácuo Perfeito) P abs = P rel + P atm pressão relativa vácuo pressão absoluta ZERO RELATIVO ZERO ABSOLUTO DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO Tubo Bourdon (tipos) 10

Colunas de Líquido P1 P2 = h. dr Manômetro de tubo em U Manômetro de Coluna Reta Vertical Sensor tipo Piezoelétrico P CRISTAL + + + + Efeito Piezoelétrico P DIAFRAGMA SAIDA Transdutor CRISTAL Sensor tipo Capacitivo Tubos Capilares Placas do Capacitor Diafragma Sensor Vidro Fluido de Enchimento Diafragma de Processo 11

EXERCÍCIOS: 1 - Para a coluna a lado, determine: a) P 1 = 500 mmhg P 2 =? kgf/cm 2 ρ = 1,0 h = 20 cm (H 2 O) b) P 1 = 2,5 psi P 2 = 0 (atm) ρ =? h = 10 (H2O) Tabela de Conversão - Unidades de Pressão psi kpa Polegadas H 2 O mmh 2 O Polegadas Hg mmhg Bar m Bar kgf/cm 2 gf/cm 2 psi 1 6,8947 27,7620 705,1500 2,0360 51,7150 0,0689 68,9470 0,0703 70,3070 kpa 0,1450 1 4,0266 102,2742 0,2953 7,5007 0,0100 10,0000 0,0102 10,1972 Polegadas H 2 O 0,0361 0,2483 1 25,4210 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,0025 2,5355 mmh 2 O 0,0014 0,0098 0,0394 1 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,0001 0,0982 Polegadas Hg 0,4912 3,3867 13,6200 345,9400 1 25,4000 0,0339 33,864 0,0345 34,532 mmhg 0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1 0,0013 1,3332 0,0014 1,3595 Bar 14,5040 100,00 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1 1000 1,0197 1019,70 0 m Bar 0,0145 0,1000 0,402 10,2150 0,0295 0,7501 0,001 1 0,0010 1,0197 kgf/cm 2 14,2230 97,9047 394,4100 10018,0 28,9590 735,560 0,9800 980,7000 1 1000 gf/cm 2 0,0142 0,0970 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,001 1 Exemplo 1 mmhg = 0,5362 pol, H 2 O = 1,3332 m Bar 97 mmhg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H 2 O (97 mmhg = 97(1,3332) =129,3204 m Bar 1 atm = 760 mmhg = 14,6959 psi Instalação: Tomadas de Impulso GÁS LÍQUIDO VAPOR 12

Componentes da Tubulação (Tomadas) de Impulso Manifolds DP 5 VIAS 3 VIAS DP GP 2 VIAS GP 2 VIAS Diafragma Isolador Corpo Tubo Capilar SELO VOLUMÉTRICO Corpo Diafragma Isolador Fluído de Enchimento Armadura do tubo Capilar DRENO/PURGA (SANGRIA) LD301 Posição Superior (Aplicações em Líquido / Multifase) Posição Inferior (Aplicações em Gás ) A POSIÇÃO DO DRENO PODE SER MUDADA, GIRANDO O FLANGE 180 O 13

VARIÁVEL DE PROCESSO - NÍVEL 500 499 MEDIÇÃO DE NÍVEL (DIRETA) Régua ou Gabarito 498 497 496 2 1 Visores de Nível(vidro) Tipo Tubular Plano (Reflex ou Transparente) LIQUIDO GAS VIDRO VIDRO Bóia ou Flutuador 14

MEDIÇÃO DE NÍVEL, INDIRETA POR PRESSÃO (HIDROSTÁTICA OU P) dr LÍQUIDO h HI LO P = h. d r Cálculo do Range: ΔP = Ph Pl Pl = 0 (Patm) Nível (0%): ΔP = 0 (4 ma) Nível (100%): ΔP = h. d (20 ma) Supressão de Zero (Tanque aberto) LÍQUIDO dr h Cálculo do Range: ΔP = Ph - Pl Pl = 0 (P atm ) Nível (0%): ΔP = y. d r (4 ma) Nível (100%): ΔP = (h + y). d r (20 ma) y HI LO Elevação de Zero (Tanques fechados e pressurizados) 15

Exemplo : Cálculo do Range: GÁS LÍQUIDO h HI LO y Nível (0%): ΔP = Ph - Pl ΔP = 0 - (h. d selo ) ΔP = - (y. d selo ) (4 ma) Nível (100%): ΔP = Ph - Pl Pl = y. d selo Ph = h. d líquido ΔP = h. d líquido - y. d selo (20 ma) Medição de Nível com Raios - Gama FONTE DE RADIAÇÃO AMPLIFICADOR INDICADOR SENSOR GEIGER Medição de Nível por Ultra-som h h = H - (v.t) 2 16

Medição de Nível por Radar Exercício Determinar: a) Range do instrumento: mmh2o b) Saída do instrumento quando o ΔP = 0 mmh2o : ma 4 a 20 ma VARIÁVEL DE PROCESSO - VAZÃO DEFINIÇÃO Vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo. Vazão Volumétrica: É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa seção em um intervalo de tempo considerado. As unidades de vazão volumétricas mais utilizadas são: m3/s, m3/h, l/h, l/min GPM, Nm3/h e SCFH. Vazão Mássica: É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a seção de uma tubulação por unidade de tempo. As unidades de vazão mássica mais utilizadas são: kg/s, kg/h, T/h e Lb/h. 17

TIPOS DE MEDIDORES: 1. Medidores de Quantidade por Pesagem / Volumétrica Disco mutante, Pistão rotativo-oscilante, Pás, Engrenagens ovais, etc. 2. Medidores Volumétricos Perda de Carga variável Considerando-se uma tubulação com um fluido passante, chama-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessá-la. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, mudança de pressão e velocidade devido a uma curva ou um obstáculo, etc. Placa de Orifício É a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada. Consiste basicamente de uma chapa metálica, perfurada de forma precisa e calculada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação entre flanges. 18

Perda de Carga variável: Placa de Orifício Tipos de Placa de Orifício: Concêntrica: Este tipo de placa de orifício é utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão. Segmental: A placa de orifício segmental é destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão. Excêntrico: Este tipo de orifício é 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. Orifício Integral São placas de orifícios montadas em conjunto com transmissores de vazão. Medição de Vazão : Pressão Diferencial Uma das maneiras mais utilizadas para se medir a vazão de um fluido qualquer em um processo industrial é aproveitar-se da relação entre vazão e pressão deste fluido. Para isto, são utilizados elementos deprimogênios, tais como placas de orifício, que atuam como elementos primários e possibilitam efetuar a medição de uma pressão diferencial que é correspondente à vazão que passa por ele. 19

Compensação de Pressão e Temperatura Q = K. PA ΔP T A Q [Nm3/h] MEDIÇÃO DE VAZÃO : POR ÁREA VARIÁVEL Rotâmetro são medidores 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. MEDIDORES ESPECIAIS DE VAZÃO MEDIDOR ELETROMAGNÉTICO DE VAZÃO Lei de Faraday E = B.d.V 20

MEDIDOR TIPO TURBINA 1-Corpo do Medidor 2- Suporte Traseiro 3- Anel de Retenção do Manual 4- Mancal 5- Espaçador central 6- Espaçador externo 7- Rotor 8- Suporte Frontal 9- Anel de Retenção 10 Porca de Travamento do sensor 11- Sensor Eletrônico de proximidade 7 9 Influência da Viscosidade Performance K = (60.f) / Q MEDIDORES ULTRA-SÔNICOS Medidores de Efeito Doppler Medidores de Tempo de Trânsito MEDIDOR POR EFEITO CORIOLIS 21

EXERCÍCIOS: 1 - Calcular o ΔP no instante em que a vazão é igual a 120 m 3 /h. Dados: Q máx. =150 m 3 /h e ΔP máx. = 2.000 mmhg 2 - Calcular a vazão em m 3 /h, quando o ΔP é igual a 36%. Dados: Q máx. = 500 l/h e ΔP máx. = 2.360 mmh2o VARIÁVEL DE PROCESSO - 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. Definições 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. MEIOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR CONDUÇÃO RADIAÇÃO CONVECÇÃO Escalas de Temperatura Conversão de Escalas C = F 32 = K 273 = R - 491 5 9 5 9 22

MEDIDORES DE TEMPERATURA POR DILATAÇÃO / EXPANSÃO 1 - TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO Vt = Vo.( 1 + β.δt) Recipiente de Vidro LÍQUIDO PONTO DE PONTO DE FAIXA DE USO( o C) SOLIDIFICAÇÃO( o C) EBULIÇÃO( o C) Mercúrio -39 +357-38 a 550 Álcool Etílico -115 +78-100 a 70 Tolueno -92 +110-80 a 100 Recipiente Metálico LÍQUIDO Mercúrio Xileno Tolueno FAIXA DE UTILIZAÇÃO ( o C) -35 à +550-40 à +400-80 à +100 Álcool 50 à +150 TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDOS (TERMÔMETROS BIMETÁLICOS) Lt = Lo. ( 1 + α.δt) 23

MEDIÇÃO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR 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. mv 80 Correlação da F.E.M. x Temperatura E 70 60 50 40 J K NICROSIL-NISIL 30 20 T R S 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 B T CABEÇOTE ERROS DE LIGAÇÃO 38 C 1,529 mv CABO DE COBRE 0,00 mv REGISTRADOR 24 C 0,960 mv TC TIPO K 20,371 mv + 20,731 mv + 0,000 mv + 0,960 mv +21,691 mv 525 C ERRO = - 13 C 538 C 22,260 mv * Usando fios de cobre. FORNO 24

ERROS DE LIGAÇÃO CABEÇOTE 38 C 1,529 mv CABO TIPO KX 0,569 mv REGISTRADOR 24 C 0,960 mv TC TIPO K 20,371 mv + 20,731 mv + 0,569 mv + 0,960 mv + 22,260 mv 538 C ERRO = ' 0 538 C 22,260 mv * Usando cabos de compensação. FORNO CABEÇOTE ERROS DE LIGAÇÃO 38 C 1,529 mv CABO TIPO KX 0,569 mv REGISTRADOR 24 C 0,960 mv TC TIPO K 20,731 mv - 20,731 mv + 0,569 mv + 0,960 mv - 19,202 mv 538 C 22,260 mv * Inversão simples. FORNO Termopar de Isolação Mineral RABICHO POTE PÓ ÓXIDO DE MAGNÉSIO JUNTA DE MEDIDA PLUG BAINHA 25

ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES 1. - Associação Série 2. - Associação Série-oposta ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES 3. - Em Paralelo TERMORESISTÊNCIAS CILINDRO DE VIDRO ESPIRAL DE PLATINA CONDUTORES MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO Materiais + utilizados: Pt, Cu ou Ni * Alta resistividade,melhor sensibilidade, * Alto coeficiente de variação (R*T), * Ter rigidez e dutibilidade: fios finos. Ni/Cu : isolação: esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro. ( T < 300 C ) MATRIZ DE CERÂMICA ESPIRAL DE PLATINA CONDUTORES MEDIDOR PARCIALMENTE APOIADO 26

Características da Pt100( à 0 C ) * Padrão de Temperatura: (- 270 a 850 C), * Alta estabilidade e repetibilidade, * Tempo de resposta. RABICHO ISOLADOR CONDUTORES ISOLAÇÃO MINERAL SELO BAINHA BULBO DE RESISTÊNCIA Vantagens / Desvantagens PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO Ligação à 2 fios: Ligação à 3 fios: RADIÔMETRO OU PIRÔMETROS DE RADIAÇÃO 27

EXERCÍCIOS: 1 - Determine os valores pedidos dos esquemas abaixo : a) b) VARIÁVEL DE PROCESSO - DENSIDADE Definição de Densidade A densidade de uma substância é definida com a sua massa por unidade de volume. Densidade é designada pelo símbolo ρ. ρ = m / V Unidades de Medição Unidade do SI: kg/m³ Unidades comuns: g/cm³ ou g/l Unidade inglesa: lbm/ft³ MEDIÇÃO DE DENSIDADE ESCALA LASTRO Densímetro 28

MEDIÇÃO DE DENSIDADE TRANSBORDAMENTO H = cte DT DI Pressão Hidrostática ( P = h. δ) Densidade A medição da densidade de líquidos é necessária, entre outras, nas seguintes indústrias: Usinas de Açucar e Álcool Cervejarias, Sucos e Refrigerantes Laticínios e Vinícolas Indústria Química e Petroquímica Indústria Alimentícia Indústria de Papel e Celulose Indústria de Fertilizantes e Mineração Pressão Hidrostática P1 = ρ. g. h1 P2 = ρ. g. h2 P1 - P2 = ρ. g. (h1 - h2) ΔP = ρ. g. h ρ = ΔP / g. h PROCESS SENSOR P1 2 1 h h2 h1 P2 29

Concentração Conhecendo-se a densidade e a temperatura de um fluido é possível conhecer-se sua concentração, que é a quantidade de componentes dissolvidos ou de sólidos em suspensão, tais como: Grau Brix Grau Baumé Grau Plato Grau INPM Grau GL % de Sólidos % de Concentração Grau Brix e Grau Plato Definição: É a porcentagem em massa de sacarose presente em uma solução. Por exemplo : em uma solução a 30 Brix teremos 30 g de sacarose em 100 g de solução. Utilização: em indústrias de açúcar e álcool, indústrias de sucos, de refrigerantes, cervejarias, etc. Grau Baumé Definição: O grau Baumé é calculado pela fórmula: Baumé = 144,3 (144,3 / densidade relativa) Utilização: Industrias Químicas, Petroquímicas, Papel e Celulose, etc. Grau INPM Definição: É a porcentagem em peso de álcool em uma solução hidroalcoólica. Por exemplo: uma solução hidroalcoólica com 97 INPM contém 97 g de álcool em 100 g de solução. Utilização: Indústrias de Bebidas, Destilarias de Álcool, etc. Grau GL Definição: É a porcentagem em volume de álcool em uma solução hidroalcoólica. Por exemplo: uma solução hidroalcoólica com 97 GL contém 97 ml de álcool em 100 ml de solução. Utilização: Indústrias de Bebidas, etc. 30

Nível de Interface Medição de Nível de Interface com o transmissor DT30X: y h h máximo = 500 mm y = 0 to 100% Exemplo: Calibração = 0 a 500 mm y = 20% significa que a interface está a 100 mm acima do diafrágma repetidor inferior Instalação Típica em Linha Instalação Típica para Nível de Interface Óleo Águar 100 % 0 % Montagem lateral 31

Pressão Hidrostática * Medição contínua, com grande precisão, de densidade e concentração. * Unidade única e integrada, sem eletrônica remota. * Comunicação digital usando protocolo Hart, Fieldbus Foundation ou Profibus. * Leitura direta da densidade e temperatura do processo em unidades de engenharia * Re-calibração remota on line, sem a necessidade de retirar o equipamento do processo. * Configuração remota das unidades de densidade e concentração tais como: g/cm³, kg/m³, densidade relativa, Brix, Baume, API, Plato, INPM, % de sólidos, etc * Aplicação em tanques ou em linha, adequado para fluidos estáticos e dinâmicos. Tecnologia Nuclear Fontes nucleares exigem cuidados especiais para operação segura (NRC licensing) Requer testes periódicos para verificação de vasamentos Adequado somente para líquidos com movimento, não podendo ser instalado em tanques Diapasão Vibrante (tuning fork) Devido ao alto consumo, não pode ser alimentado através dos fios da malha, sendo necessário fonte externa Normalmente tem baixa precisão Utiliza partes móveis Requer manutenção periódica Tecnologia por Coriolis Requer instalação em linha, sendo inadequado para tanques Poder ser difícil de acoplar ou remover Difícil intercambiabilidade e limpeza pois não há tubo de comprimento normalizado para vazão, nem de formas retas Refratômetros Requerem fonte externa de alimentação Requer que o prisma esteja sempre limpo Cuidados especiais devem ser tomados em instalações estáticas, onde pode haver encrustrações 32

Aerômetros Não realiza medições contínuas Requer coleta de amostras Expõe operadores aos possíveis perigos de intoxicação pelos líquidos e vapores Laboratório Todas as técnicas de medição de densidade em laboratório dependem de coleta de amostras no campo Medição não é em tempo real Valores discretos (quando os resultados são obtidos, o processo pode já estar com outras características) ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE A válvula de controle é o elemento final mais usado nos sistemas de controle industrial. Em sistemas de controle para gases e ar é também usado o damper, porém poderemos citar outros elementos, tais como: bombas, resistências elétricas, motores, inversores, etc. Componentes da Válvula de Controle Corpo e Atuador 33

ATUADOR Pneumático à mola e diafragma; Pneumático a pistão; Elétrico; Elétrico - hidráulico e Hidráulico. 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. COMPONENTES DO CORPO: Internos Castelo Flanges inferiores Tipos de Válvula de Controle Deslocamento linear Globo Convencional Diafragma Guilhotina Deslocamento rotativo Borboleta Esfera 34

Válvulas Globo Convencional Sede Simples e Dupla VÁLVULA TIPO DIAFRAGMA OU SAUNDERS VÁLVULA TIPO GUILHOTINA 35

VÁLVULA TIPO BORBOLETA Tipos de Assentamento das Válvulas Borboletas VÁLVULA ESFERA 36

Internos Tipos de castelo Temperatura de operação: Gaxeta de PTFE: -30 a 232 ºC Gaxeta grafite: -30 a 371 ºC Indicado para altas temperaturas Aplicações criogênicas Faixa de operação: Gaxeta de PTFE: -101 a 427 ºC Gaxeta grafite: -70 a 1093 ºC Normal Alongado Fole de selagem Para garantir vedação absoluta Exige maior força de atuação Fluidos corrosivos Fluidos tóxicos Fluidos radioativos Fluidos caros Tipos de castelo Aletado Indicado para altas temperaturas Aplicações criogênicas Faixa de operação: Gaxeta de PTFE: -101 a 427 ºC Gaxeta grafite: -70 a 1093 ºC 37

CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO - Inerente - Instalada A característica de vazão inerente é definida como sendo a relação existente entre a vazão que escoa através da válvula e a variação percentual do curso, quando se mantém constante a pressão diferencial através da válvula. Em outras palavras, poderíamos dizer que se trata da relação entre a vazão através da válvula e o correspondente sinal do controlador, sob pressão diferencial constante, através da válvula. Por outro lado, a característica de vazão instalada é definida como sendo a real característica de vazão, sob condições reais de operação, onde a pressão diferencial não é mantida constante. A característica de vazão inerente é a teórica, enquanto que, a instalada é a prática. CARACTERÍSTICAS DE VAZÃO INERENTES a) Linear; b) Igual porcentagem ( 50:1 ); c) Parabólica modificada e d) Abertura rápida. POSICIONADORES Eletropneumáticos 38

POSICIONADORES POSICIONADOR INTELIGENTE CONCEITOS BÁSICOS DE CONTROLE DE PROCESSO PV- Variável de Processo (Medida do valor atual da variável que se quer regular) SP Setpoint (Valor desejado para variável que se quer controlar, definido pelo operador humano ou computador) E- Erro (Comparação do valor atual com o valor desejado, utilizado no cálculo para gerar um sinal de correção). MV - Sinal de correção enviado ao sistema para eliminar o desvio, de maneira a reconduzir a variável ao valor desejado. ELEMENTOS DA MALHA DE CONTROLE 39

MALHA DE CONTROLE TÍPICA FLUIDO AQUECIDO VAPOR FLUIDO A SER AQUECIDO CONDENSADO PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO Variável Controlada: Meio Controlado: Variável Manipulada: Agente de Controle: Temperatura Fluido Vazão Vapor CONTROLE MANUAL ENTRADA DE FLUÍDO FRIO SAIDA DE FLUÍDO QUENTE ENTRADA DE VAPOR VÁLVULA DE CONTROLE MEDIÇÃO COMPUTAÇÃO E COMPARAÇÃO CORREÇÃO CONTROLE EM MALHA FECHADA 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. 40

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 TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA AI PID L/R A/M AO CONFIGURAÇÃO UTILIZANDO CD600PLUS 41

F I M. 42