09- revisão- controle de processo - instrumentos

Instrumentação e Automação

Engenharia Mecatrônica Turma 08 5INAE-NT1

Instrumentação e Automação Ter (18:35 as 21:20) – Sala 305

FACULDADE ÁREA 1 Centro Baiano de Ensino Superior

Grupo DeVry

Salvador-Ba

2011.2

Professor

Geraldo Natanael

Aprendizagem ativa com visão gerencial em controle de processo

Revisão

Instrumentos em malha de

controle

Malha de controle – Elementos funcionais 3

O que é um sensor?

É um instrumento que responde

a um estimulo físico e transmite o

impulso resultante.

Sensores são os sentidos dos

sistemas de controle.

Sistemas de controle: anel de

controle com entrada-decisão-

saída.

Sem sensores não há dados.

Malha de controle – Elemento primário

Sensor (elemento primário):

parte de uma malha ou de um

instrumento que primeiro sente o

valor da variável do sistema ou

processo.

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Sensor (elemento primário): é um elemento de um instrumento de medição

ou de uma cadeia de medição que é diretamente afetado pelo mensurando.

O sensor muda suas características com a variação do mensurando.

Detector (elemento primário): é um dispositivo ou substância que indica a

presença de um fenômeno, sem necessariamente fornecer um valor de uma

grandeza associada.

Em alguns campos de aplicação o termo “detector” é usado como

conceito de “sensor” e vice-versa.

Elemento primário – Sensor x Detector

Sensor: Interage com o ambiente

possibilitando a medição de algo

variável através da alteração

sofrida.

Transdutor: Recebe certo tipo de entrada,

transformando-a em uma outra forma;

É a parte do sensor que sofre alteração

e a transforma noutra forma de energia.

Elemento primário – Sensor x Transdutor 8

Sistema de controle em anel fechado:

1. O sensor detecta as ocorrências.

2. O sensor envia essa informação ao sistema através do transdutor.

3. O sistema de controle modifica o ambiente baseado no imput do sensor-

transdutor.

4. O sensor detecta a variação resultante e proporciona novo imput ao sistema

de controle.

5. O sistemas de controle continua a atuar sobre o ambiente, até receber novo

imput aceitável do sensor.

Sensores inteligentes tem a capacidade de:

Ajustar suas características às condições de operação do processo.

Compensar efeitos externos.

Realizar auto-diagnóstico.

Cálcular automaticamente algumas funções dos parâmetros medidos.

Combinar sensor-transdutor da forma mais eficiente e econômica.

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Elemento primário – Sensores inteligentes

Sensores inteligentes

Projetados para desempenhar maior papel no

controle de sistemas em anel fechado

Sistema mais eficiente, mais potência computacional disponível

Classificação por função desempenhada:

Sensores de Posição e Velocidade

Sensores de posição e deslocamento

Sensores Indutivos

Sensores Capacitivos

Sensores Ultra-Sónicos

Sensor de Pressão

Células de Carga

Sensor de Vazão

Sensor de temperatura

Sensores de Proximidade, Presença, Passagem e Fim de Curso

Elemento primário – Tipos de sensores 10

Sensores de Posição e Velocidade

Medição de Velocidade e/ou posicionamento nos movimentos em máquinas e

equipamentos.

Lineares ou rotativos

Resistivos e Indutivos


Sensores de posição e deslocamento

Fornecem um sinal de saída On-Off, indicando a ativação ou desativação do

sensor.


Sensores Indutivos

Tem como Elemento Sensor uma bobina

que gera um campo eletromagnético de alta

frequência.

A indutância varia com a proximidade de

materiais ferro-magnéticos.

Sua Distância Sensora Nominal é

definida é definida pelo fabricante em

função de um material-padrão.


Sensores Capacitivos

Neste caso o Elemento Sensor é

um capacitor cuja capacitância

varia com a aproximação de

qualquer material (exceto os

dielétricos).

Sua Distância Sensora Nominal

também é definida pelo fabricante

em função de um material-padrão.


Sensores Ultra-Sônicos

Baseiam-se no princípio de ultra-som, emitindo ondas que refletem nas

superfícies sólidas próximas e retornam ao sensor, que mede o tempo

decorrido entre a emissão do sinal e seu respectivo retorno, calculando assim a

distância entre o sensor e a superfície reflexiva.


Sensor de Pressão (Absoluto e Diferencial)

Baseiam-se na deformação de materiais devido a pressão aplicada sobre eles.

Essas deformações provocam variações de condutividade, indutância,

capacitância, dependendo do princípio adotado, no material deformado, e que

são medidas e processadas, ou simplesmente abrem ou fecham contatos.

Possuem normalmente duas superfícies

onde são aplicadas pressões diferentes e o

resultado da medida é a diferença entre

essas duas pressões.


Células de Carga

Utilizados em balanças eletrônicas;

O elemento sensitivo é similar ao de um sensor de pressão e seu funcionamento

similar ao de um sensor relativo à atmosfera


Sensor de Vazão

Desenvolvidos para determinar a velocidade em que fluem líquidos em

tubulações.

Baseiam-se na construção mecânica de dispositivos onde são estrategicamente

colocados sensores de pressão de tal forma que, por diferenças de pressão sejam

calculadas a velocidade do líquido e, consequentemente a vazão na tubulação.

Ex. Tubo de Venturi.


Sensores de Temperatura:

Termopares.

Termoresistências (termistores).

Bimetais.

Pirômetros.

Semicondutores.


Sensores de identificação:

Semelhantes ao tipo de inspeção, envolvendo contudo uma única

característica do objeto

Seguem o produto, determinando as operações a executar


Sensores de Proximidade, Presença, Passagem e Fim de Curso

Aplicações em processos industriais na contagem de eventos (passagem de

peças,) detecção de materiais, sincronização e segurança.

Permitem a detecção de objetos sem que haja contato físico.


Exemplos


Outros tipos :

Sensor de humidade.

Sensor de Condutividade de líquidos.

Sensor de pH.

Sensor de Densidade de líquidos.

Detetor de presença.

Medidor de Nível.


Malha de controle – Indicadores 26

Indicador: dispositivo que apenas indica o valor de uma determinada

variável, sem interferir no processo.

Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual

podemos ler o valor da variável.

Os indicadores digitais mostram a variável em forma numérica com

dígitos ou barras gráficas.

Malha de controle – Indicador 27

Malha de controle – Registrador 28

Registrador: dispositivo destinado ao armazenamento dos valores de uma

determinada variável de controle.

Instrumento que registra a traço contínuo ou pontos em um gráfico.

Anteriormente era realizado pelo registro em papel.

Atualmente é armazenado digitalmente.

Malha de controle – Transmissor 29

Transmissores: são instrumentos que sente uma variável de processo por

meio de um elemento primário e que produz uma saída (ex. 4 a 20 mA) cujo

valor é geralmente proporcional ao valor da variável de processo.

O elemento primário pode ser ou não parte integrante do transmissor.

Transmitem, à distância, a um instrumento receptor, indicador,

registrador, controlador ou a uma combinação destes.

Sinal de saída : 4-20 mAdc

a dois fios com

comunicação digital

sobreposta (protocolo Hart).

Alimentação: 12 a 45 Vdc.

Malha de controle – Transmissor 30

Malha de controle – Controlador 31

Controlador: dispositivo que tem por finalidade manter em um valor

predeterminado uma variável de processo (set point).

Instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e

fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor

específico ou entre valores determinados.

A variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente

através do sinal de um transmissor ou transdutor.

Controladores

Controlador

Pneumático (Local) Controlador Eletrônico

Analógico (Remoto) Controlador Digital

Multiloop (Remoto)

Controladores

• Mecânico

• Pneumático

• Analógico

• Digital

Malha de controle – Transdutor e Conversor 34

Transdutor: instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais

quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um

sinal de saída resultante.

Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário,

um transmissor ou outro dispositivo.

Recebem sinais padronizados e emitem sinais padronizados, como por

exemplo um transdutor de sinal 4 a 20 mA para 3 a 15 psi.

Conversor: é um tipo de transdutor que não muda a natureza do sinal.

O transdutor de

temperatura tipo TWT-40 é

utilizado para a conversão da

temperatura em um sinal de

corrente ou tensão contínua

com resposta linear em

relação ao sinal de entrada.

Um conversor, por exemplo,

converte um sinal de corrente

em tensão que possui a

mesma natureza elétrica.

É um dispositivo que converte uma forma de energia ou quantidade física em

outra, podendo ser encontrados em sensores e atuadores.

É qualquer dispositivo capaz de transformar um tipo de sinal em outro para permitir o controle de processos físicos, ou realizar medições, etc.

Malha de controle – Transdutores

ENTRADA TRANSDUTOR SAÍDA

Temperatura Termômetro Deslocamento (de coluna de líquido)

Temperatura Termopar Tensão

Temperatura Termistor Variação da resistência

Força Balanças de mola Deslocamento

Pressão Manômetros Movimento (de coluna de líquido)

Deslocamento Potenciômetro Variação da resistência

Luz Células fotoelétricas Tensão

Som Microfone Variação de capacidade

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Alto - Falante

Transdutores – Exemplos

Microfone

36

Transdutores– Tipos

Malha de controle – Elemento final 38

Elemento Final de Controle: instrumento que modifica diretamente o valor

da variável manipulada de uma malha de controle.

Válvula de controle: manipula diretamente a vazão de um ou mais fluidos

de processo.

Malha de controle – Chaves 39

Chave: dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos,

manual ou automaticamente.

A saída pode ser usada para atuar alarmes, lâmpadas-piloto,

intertravamento ou sistema de segurança.

Não participam do controle contínuo das variáveis de processo.

Malha de controle – Inversores de Freqüência e Chaves soft starts

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Inversor de freqüência: é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e

freqüência trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um

motor de indução trifásico.

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ALVES, José L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. Rio de Janeiro:

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Editora: Ltc

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Referências Bibliográficas

Instrumentação e Automação – PE 5INAE 43

Prof° Geraldo Natanael

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