2010 - aula 1 - introdução e erro

INTRODUÇÃO

INSTRUMENTAÇÃO

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.

Conjunto de técnicas para o projeto de desenvolviment o e construção de equipamentos eletrônicos

DEFINIÇÃO

INSTRUMENTOEquipamento eletrônico que manipula sinais elétricos que representam grandezas físicas

FUNÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO� Medição de grandezas físicasQuantificação de grandezas experimentaisMonitoração de processos

� Controle e atuação de sistemas� Geração de sinais

DEFINIÇÃO

� Em todos os processos encontrados em indústrias, é indispensável que seja controlado variáveis, tais como: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, TEMPERATURA, pH, CONDUTIVIDADE, VELOCIDADE, UMIDADE, etc. Sendo assim, para que haja um perfeito controle, utiliza – se em alguns sistemas:

� Sistema em malha fechada;� Sistema em malha aberta;

� Informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer das variáveis de entrada.

� Variáveis controladas sofrem correções de acordo com as variáveis de entrada são atuadas.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

INSTRUMENTAÇÃOUm sistema de instrumentação para aquisição de dados e controle compreende:

� aquisição de dados através da utilização de sensores e transdutores

� conversão em informação útil, para o controle de um processo ou sistema, através de atuadores.

DEFINIÇÃO

INTRODUÇÃO

Física e Engenharia baseiam-se em relações entre quantidades mensuráveis

Significado só é obtido se houver estimativa do erro ou incerteza e refletir a precisão com que foi medido

Logo as grandezas possuem:

- Valor numérico- Indeterminação- Unidade

Ex.: Temperatura de forno: (500 ± 3) °C

Quanto maior for a precisão requerida, mais demorado e caro será o processo de

medida

A instrumentação deverá buscar o método que forneça a informação (digital ou

analógica) com a precisão necessária ao processo

INTRODUÇÃO

ERRO (ABSOLUTO) DE MEDIÇÃO

É o resultado de uma medição menos o valor verdadeiro.

ERRO RELATIVO DE MEDIÇÃO

Erro de medição dividido pelo valor verdadeiro.

TEORIA DO ERRO

ERROS SISTEMÁTICOS

Descrevem erros de leituras se apresentam de um lado da medida correta (sempre positivos ou sempre negativos) �

ERROS ESTATÍSTICOS OU ALEATÓRIOS

São perturbações na medida que podem atuar positivamente ou negativamente sobre a medida em relação ao seu valor verdadeiro, tal que erros positivos e negativos ocorram em igual número de vezes em uma série de medidas sobre uma mesma grandeza.

TEORIA DO ERRO

PROPAGAÇÃO DE ERROS

Na maioria das aplicações o valor da grandeza é determinada a partir da medição direta de outras grandezas

Logo, calculadas a partir de valores experimentais e de uma equação de definição

Ex.: T

f1=

4

2DhVol π=

TEORIA DO ERRO

MÉTODO DE KLEINE & McCLINTOCK

O resultado do cálculo do erro é função das variáveis independentes

∆∆∆∆Z = f(X1, X2,...,Xn)�

∆∆∆∆Z = +

∆

∂∂

2

11

XX

Z +

∆

∂∂

2

22

XX

Z2

...

∆

∂∂

+ nn

XX

Z

TEORIA DO ERRO

MÉTODO DE KLEINE & McCLINTOCK

Ex.: Sabendo que T=(50O5%), h=(50O0,2)cm e

D=(10±±±±0,2)cm determine a freqüência e o

volume com seus respectivos erros

TEORIA DO ERRO

ERRO EM INSTRUMENTO ANALÓGICO

Geralmente é fornecido em função do fundo de escala (expresso em percentual) �

Ex.: Um voltímetro que possui erro de 5% de fundo de escala está sendo utilizado na escala de 1.000V para medir uma tensão de 220V. Qual é o erro da medida?

U = (220 ± 23%) V

TEORIA DO ERRO

ERRO EM INSTRUMENTO ANALÓGICO

� Erro de Paralaxe

Incorreto posicionamento do usuário em relação ao equipamento

Quanto maior o ângulo entre a linha de visão do usuário e uma reta perpendicular à escalar, maior será o erro

� Erro de Interpolação

Posicionamento do ponteiro de medição em relação à escala do equipamento

TEORIA DO ERRO

ERRO EM INSTRUMENTO DIGITAL

� Paralaxe e Interpolação são eliminados

� A resolução desses instrumentos é a mudança de tensão que faz variar o bit menos significativo no display do medidor

� O erro é uma combinação de fatores

Ex.: Um instrumento digital está sendo usado numa escala de 20V, mede tensão ACV com valor indicado de 8,00V. A especificação do erro é±(0,8%Leit.+3 dígitos). Como se interpreta a informação e como se calcula o erro?

TEORIA DO ERRO

• Padrão

Medida materializada, instrumento de medição, material de referência ou sistema de medição destinado a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza para servir como referência.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão de referência

Padrão, geralmente tendo a mais alta qualidade metrológicadisponível em um dado local ou em uma dada organização, a partir do qual as medições láexecutadas são derivadas.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão primário

Padrão que é designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais altas qualidades metrológicase cujo valor é aceito sem referência a outros padrões de mesma grandeza. Este conceito é igualmente válido para grandezas de base e para grandezas derivadas .

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão secundário

Padrão cujo valor éestabelecido por comparação a um padrão primário da mesma grandeza.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão internacional

Padrão reconhecido por um acordo internacional para servir, internacionalmente, como base para estabelecer valores a outros padrões da grandeza a que se refere.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão nacional

Padrão reconhecido por uma decisão nacional para servir, em um país, como base para estabelecer valores a outros padrões da grandeza a que se refere.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão de trabalho

Padrão utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas materializadas, instrumentos de medição ou materiais de transferência. O padrão de trabalho utilizado rotineiramente para assegurar que as medições estão sendo executadas corretamente é chamado padrão de controle.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão de transferência

Padrão utilizado como intermediário para comparar padrões. O termo dispositivo de transferência deve ser utilizado quando o intermediário não é um padrão.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Padrão itinerante

Padrão, algumas vezes de construção especial, para ser transportado entre locais diferentes, como, por exemplo, o padrão de freqüência de césio, portátil, operado por bateria.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

• Rastreabilidade

Propriedade do resultado de uma medição ou do valor de um padrão estar relacionado a referências estabelecidas, geralmente padrões internacionais ou nacionais.

• Cadeia de rastreabilidade

Cadeia contínua de comparações com padrões internacionais ou nacionais.

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO

INSTRUMENTOS CLASSIFICADOS POR

� Função

� Tipo de sinal

� Tipo de transmissão

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Função

Os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais.

A associação desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma função

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Função

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Função

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Tipo de sinal transmitido

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seu suprimento

� Pneumático

� Hidráulico

� Elétrico

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Pneumático

Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar

Padrão de transmissão/recepção de instrumentos pneumáticos é de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 (~ 3 a 15psi no Sistema Inglês).

Sinais de transmissão analógica começam em um valor acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação.

O gás mais utilizado para transmissão é o ar comprimido, sendo também o NITROGÊNIO e em casos específicos o GÁS NATURAL

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Pneumático

Vantagem:

Poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás, por exemplo).

Desvantagens:

- Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu suprimento e funcionamento;

- Necessita de equipamentos auxiliares para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partículas sólidas;

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Pneumático

Desvantagens:

- Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores. Transmissão é limitada a ~ 100 m.

- Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados.

- Não permite conexão direta aos computadores.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Hidráulico

Similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos para transmissão de sinal.

É especialmente utilizado em aplicações onde torque elevado é necessário ou quando o processo envolve pressões elevadas

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Hidráulico

Vantagens:

- Podem gerar grandes forças e assim acionar equipamentos de grande peso e dimensão;

- Resposta rápida.

Desvantagens:

- Precisa de tubulações de óleo para transmissão e suprimento;

- Precisa de inspeção periódica do nível de óleo bem como sua troca.

- Precisa de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, filtros, bombas, etc...

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Elétrico

É feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.

É largamente usado em todas as indústrias, onde não ocorre risco de explosão.

Assim como na transmissão pneumática, o sinal élinearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de uma variável de um processo qualquer.

Padrões utilizados: sinais contínuos (4-20 mA ou 0-10V ou 0-24V)

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Elétrico

Vantagens:

- Permite transmissão para longas distâncias com poucas perdas;

- A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão;

- Necessita de poucos equipamentos auxiliares;

- Permite fácil conexão aos computadores;

- Fácil instalação;

- Permite operações matemáticas de forma fácil

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Elétrico

Desvantagens:

- Necessita de técnico especializado para sua instalação e manutenção;

- Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em instalações localizadas em áreas de riscos;

- Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais;

- Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos elétricos.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Tipo de Transmissão

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de transmissão utilizada na integração com o sistema automatizado

� Digital

� Via Rádio

� Via Modem

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Digital

“Pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados.

Para que a comunicação entre o elemento transmissor receptor seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão chamado protocolo de comunicação

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Digital

Vantagens:

- Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento;

- Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados;

- Imune a ruídos externos;

- Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha; e

- Menor custo final.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Digital

Desvantagens:

- Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.

- Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a informação e/ou controle de várias malha.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Via Rádio

O sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados àsua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica.

� Vantagens

- Não necessita de cabos de sinal

- Pode-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento.

� Desvantagens

- Alto custo inicial.

- Necessidade de técnicos especializados.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

� Via Modem

A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude.

� Vantagens

- Baixo custo de instalação.

- Pode-se transmitir dados a longas distâncias

� Desvantagens

- Necessita de profissionais especializados.

- Baixa velocidade na transmissão de dados.

- Interferências externas, violação de informações.

CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

Objetivo

Simplificar e globalizar o entendimento dos documentos

No Brasil

NBR 8190 apresenta e sugere o uso de símbolos gráficos para representar osinstrumentos e suas funções ocupadas nasmalhas de instrumentação.

Alternativa: ISA

SIMBOLOGIA

Utilização

Sempre que qualquer referência a um instrumento ou a uma função de um sistema de controle for necessária

Ex.: Projetos, Exemplos didáticos, Material técnico, Diagramas, Descrições funcionais, Diagrama de fluxo, Especificações, Identificação de instrumentos (nomes) e funções de controle, Instalação, instruções de operação e manutenção, desenhos e registros.

SIMBOLOGIA

A norma destina-se a fornecer informaçõespara que qualquer pessoa possa entenderas maneiras de medir e controlar o processo

Não constitui pré-requisito para esseentendimento um conhecimentoprofundo/detalhado de um especialista eminstrumentação.

SIMBOLOGIA

As simbologias e o método de identificaçãosão aplicáveis para processo de medição e instrumentação de controle.

Podem ser utilizados para identificarinstrumentos discretos e suas funçõesalém das funções do próprio sistema

A norma é composta de uma chave de funções de instrumentos para suaidentificação e representação

SIMBOLOGIA

NBR 8190 – Tipos de conexão (principais)

SIMBOLOGIA

NBR 8190 – Código de Identificação

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

As simbologias e o método de identificaçãosão aplicáveis para processo de medição e instrumentação de controle.

Podem ser utilizados para identificarinstrumentos discretos e suas funçõesalém das funções do próprio sistema

A norma é composta de uma chave de funções de instrumentos para suaidentificação e representação

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA

SIMBOLOGIA