Instrumentação Eletroeletrônica AULA ZERO Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela
Apresentação dos Alunos Nome do Aluno De onde é? Empresa que trabalha Se já atua ou não na área de Engenharia Se atua, quanto tempo? O que espera após a conclusão do curso Engenharia? Instrumentação Eletroeletrônica 2
Plano de Ensino: Qual o conteúdo que vamos estudar no semestre? Ementa: Conceitos básicos de instrumentação. Transdutores. Métodos e sistemas de medição. Calibração. Teoria de erros: precisão de medidas físicas e propagação de indeterminações. Principais transdutores sensores. Especificação e análise de transdutores sensores. Condicionadores de sinais. Indicadores e registradores. Introdução aos sistemas de aquisição de dados e instrumentação virtual. Instrumentação Eletroeletrônica 3
Como posso colaborar para que tenhamos uma excelente aula? 1) Ambiente de Aula: A sala de aula é um Ambiente coletivo o que pressupõe o exercício simultâneo de direitos de todos que a frequentam, ESTUDAR, é o direito em questão. 2) Uso de telefone celular? Ambiente de sala é incompatível e o telefone celular deve permanecer desligado. 3) Uso de computador? Somente para anotações e interatividade com o conteúdo da matéria. 4) Como participo da aula? Ordem de pedido, intervenção a qualquer momento, participação livre e aberta sempre. Instrumentação Eletroeletrônica 4
Avaliação do Conteúdo Ministrado: como serei avaliado (a)? 1) Avaliações Oficiais: 10 pontos cada avaliação com peso 2.8 (Oficial 01 28 pontos) e 4.2 (Oficial 02 42 pontos). 2) Avaliações Parciais: 10 pontos cada avaliação com peso 1.2 (Parcial 01 12 pontos) e 1.8 (Parcial 02 18 pontos). 3) Conteúdo da Avaliação: Conteúdo acumulativo em todas as avaliações. 4) Questões: abertas, fechadas com múltipla escolha ou mistas. Com ou sem consulta. 5) Avaliação Suplementar: em uma única data, até o máximo de três avaliações sendo uma de cada disciplina. Conteúdo acumulativo em todas as avaliações, independentemente de qual avaliação perdida. 6) Requisito de Aprovação: Mínimo de 6,0 (60 pontos). 7) Exame especial: Avaliação valendo 100 pontos. Somam-se todos os pontos obtidos no semestre com aqueles obtidos no exame especial. Dividese o resultado por dois, devendo o resultado ser igual ou maior que sessenta para aprovação. Instrumentação Eletroeletrônica 5
Frequência na Disciplina: é importante? É requisito de aprovação? 1) Quando se faz a chamada? A verificação de presença pode ser feita no início, meio ou ao fim das aulas. 2) Qual o período de lançamento da frequência: Os lançamentos de frequência são feitos semanalmente. 3) Justificativas de ausências: As justificativas para ausências nos casos admitidos no regimento. 4) Prazo Para Justificativa de ausência: Mediante apresentação do documento original no prazo de até 05 (Cinco) dias do evento. Instrumentação Eletroeletrônica 6
Assuntos de Interesse Acadêmico. Há doação de pontinhos? 1) Doação de Pontos Existe? Ao final do semestre o professor pode me dar um pontinho? Não há doação de pontos! 2) Existe arredondamento de nota? Não, ela representa o resultado numérico exato do seu esforço! 3) Material de Apoio: Aulas postadas semanalmente. Obs.: Não há envio de material de aula pelo e-mail da turma e ou particular do aluno. 4)Contato: afranio_ruas@hotmail.com Instrumentação Eletroeletrônica 7
Calendário Acadêmico Oficial 1: 26 a 30/09 Oficial 2: 28/11 a 02/12 Segunda chamada: 12 a 14/12 Exame final: 19/12 a 22/12 Instrumentação Eletroeletrônica 8
Introdução Instrumentação Eletroeletrônica 9
Definição Instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle de processos de fabricação. Instrumentação Eletroeletrônica 10
Aplicações da Instrumentação A instrumentação trata do uso de instrumentos de medida para, basicamente, três tipos de aplicações: O monitoramento de processos e operações; o controle de processos e operações; a análise experimental. Instrumentação Eletroeletrônica 11
Introdução Elementos Funcionais: Instrumento de medida: dispositivo utilizado para realizar medições, individualmente ou associado a um ou mais dispositivos suplementares, sistema de medição: corresponde a um ou mais instrumentos de medição e seus insumos, cadeia de medição: é uma série de elementos de um sistema de medição que formam um caminho único desde a entrada até a saída do instrumento Instrumentação Eletroeletrônica 12
Introdução Cadeia de Medição: m) Mensurando; A) Elemento sensor primário; B) Elemento conversor de variável; C) Elemento de manipulação de variável; D) Elemento de transmissão de dados; E) Armazenamento ou exibição. Instrumentação Eletroeletrônica 13
Conceitos básicos Processo: é toda operação ou sequência de operações unitárias que envolvam uma ou mais alterações (físicas, químicas ou biológicas) na substância em tratamento e que resultará num produto final desejado. Um processo pode ser simples, como um bombeamento de água ou pode ser complexo, como a produção de gasolina por destilação da mistura de produtos químicos Instrumentação Eletroeletrônica 14
Conceitos básicos Equipamentos Industriais: são todos os equipamentos de processo em indústrias nas quais materiais sólidos ou líquidos ou gasosos sofrem transformações físicas ou químicas. Variáveis de controle: são grandezas físicas ou químicas que podem alterar seu valor com o tempo, as quais podem ser mensuráveis. Em princípio, qualquer variável de processo que venha a produzir um movimento ou uma força, poderá ser detectada por instrumentos. Instrumentação Eletroeletrônica 15
Conceitos básicos Variáveis de controle 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: Processo ou Controlada (PV); Manipulada (MV); Aleatórias ou distúrbios. Instrumentação Eletroeletrônica 16
Conceitos básicos Variável Controlada (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. Instrumentação Eletroeletrônica 17
Conceitos básicos Variável Manipulada (MV) É uma variável de entrada do processo, que sofrerá modificações para manter a variável controlada no valor desejado. Para toda variável manipulada, possuímos um agente de controle. Instrumentação Eletroeletrônica 18
Conceitos básicos Variável Aleatória ou distúrbio São todas as variáveis que o processo possui, que não são medidas, controladas e manipuladas, mas que afetam a estabilidade da variável controlada. Esses distúrbios podem ocorrer: na entrada do processo; na saída do processo. São também considerados distúrbios do processo: condições de operação; condições ambientais; desgaste dos equipamentos e dos instrumentos; falha de equipamentos; fenômenos internos ao processo. Instrumentação Eletroeletrônica 19
Conceitos básicos Exemplo Instrumentação Eletroeletrônica 20
Malhas de Controle Instrumentação Eletroeletrônica 21
Malha de Controle Fechada Manual Instrumentação Eletroeletrônica 22
Malha de Controle Fechada Automática Instrumentação Eletroeletrônica 23
Malha de Controle aberta Instrumentação Eletroeletrônica 24
Terminologia Instrumentação Eletroeletrônica 25
Terminologia Faixa de indicação (FI) A faixa de indicação (FI) é o intervalo entre o menor e maior valor que o dispositivo mostrador do Sistema de Medição teria condições de apresentar como indicação direta (ou indicação). Nos medidores de indicação analógica a FI corresponde ao intervalo limitado pelos valores extremos da escala. Exemplos de faixas de indicação: Termômetro: 700 a 1200 C Contador: 5 dígitos (isto é, 99999 pulsos) Instrumentação Eletroeletrônica 26
Terminologia Faixa de indicação (FI) Quando o mesmo sistema de medição permite que várias faixas de medição sejam selecionadas através da ação de controles do Sistema de Medição, isto é, em seu mostrador estão presentes várias escalas, sendo que apenas uma é selecionada ativa a cada momento, cada uma destas faixas é denominada de faixa nominal. Instrumentação Eletroeletrônica 27
Terminologia Faixa de medida (FM) - 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. Expressa-se determinando os valores extremos. Exemplos: Termômetro: FM = -50 a 280 C Medidor de deslocamento: FM = ± 50 mm (ou FM = - 50 a + 50 mm) Instrumentação Eletroeletrônica 28
Terminologia Amplitude de Medição - Span É um escalar que indica a amplitude do intervalo de medição, ou seja, é a diferença algébrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medida do instrumento (range). Exemplo: para uma faixa de medida de -10V a +10V a amplitude da faixa nominal é 20V. Instrumentação Eletroeletrônica 29
Terminologia Exatidão Podemos definir como a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro Nos catálogos dos fabricantes de sensores, transdutores e equipamentos, a exatidão é definida como o erro máximo entre o valor verdadeiro e o valor medido. Percentual do Fundo de Escala (% do FE) Percentual do Span (% do span) Percentual do Valor Lido (% do VL) Instrumentação Eletroeletrônica 30
Terminologia Exatidão Instrumentação Eletroeletrônica 31
Terminologia Precisão Refere-se ao grau de concordância de uma medição realizada diversas vezes em condições de repetibilidade. A precisão é uma medida de dispersão e geralmente é expressa como um desvio padrão, variância ou coeficiente de variação. A precisão está ligada a um erro aleatório. Baixa precisão Alta precisão Baixa precisão Alta precisão Instrumentação Eletroeletrônica 32
Terminologia Resolução É a menor mudança incremental do parâmetro de entrada que causa uma variação detectável no valor de saída do sensor. Instrumentação Eletroeletrônica 33
Terminologia Sensibilidade É a relação da grandeza elétrica de saída pela grandeza física (química) de entrada. A dimensão da sensibilidade depende das grandezas de entrada e saída. Ex: Termopar: 40 [mv/ºc] A sensibilidade também pode ser avaliada em termos percentuais e neste caso é adimensional. Instrumentação Eletroeletrônica 34
Terminologia Linearidade A linearidade é uma característica típica de equipamentos ou sensores cuja relação entre entrada e saída pode ser considerada linear. Instrumentação Eletroeletrônica 35
Terminologia Histerese A histerese é a tendência de um material ou sistema de conservar suas propriedades na ausência de um estímulo que as gerou. Instrumentação Eletroeletrônica 36
Terminologia Saturação Dispositivos onde há um valor máximo (ou mínimo) para a saída a partir do qual incrementos na entrada não acarretam em modificações na saída apresentam saturação. Instrumentação Eletroeletrônica 37