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InstrumentaçãoNielsen Castelo Damasceno

Instrumentação - VIM

As definições são conhecidas por todos que intervêm, diretamente ouindiretamente, no campo da instrumentação industrial, e têm comoobjetivo a promoção de uma mesma linguagem técnica.

Instrumentação - VIM

Faixa de indicação: conjunto de valores limitados pelas indicaçõesinternas.

Resolução: Menor diferença entre indicações de um dispositivomostrador que pode ser significativamente percebida.

Estabilidade: aptidão de um instrumento de medição de conservarconstante suas características metrológicas ao longo do tempo.

Tempo de resposta: intervalo de tempo entre o instante em que umestímulo é submetido a uma variação brusca e o instante em que aresposta atinge e permanece dentro de limites especificados em tornode seu valor final.

Instrumentação - VIM

Exatidão: aptidão de um instrumento de medição para dar respostapróximas a um valor verdadeiro.

Erro de um instrumento de medição: indicação de um instrumento demedição menos um valor verdadeiro da grandeza de entradacorrespondente.

Erro máximo admissível: valores extremos de um erro admissível porespecificações, regulamentos, etc., para um dado instrumento demedição.

Repetitividade (de resultados de medições): grau de concordânciaentre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensuradoefetuadas sob as mesmas condições de medição.

Instrumentação - VIM

Repetitividade (de um instrumento de medição): aptidão de uminstrumento de medição em fornecer indicações muito próximas, emrepetidas, aplicações do mesmo mensurado, sob a mesma condição demedição.

Reprodutibilidade (dos resultados de medição): grau deconcordância entre os resultados das medições de um mesmomensurando efetuadas sob condições variavas de medição.

Amplitude da faixa: diferença, em módulo, entre os dois limites de umafaixa nominal.

Zona morta: intervalo máximo no qual um estímulo pode variar emambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de uminstrumento de medição.

Instrumentação - VIM

Calibração: Conjunto de operações que estabelece, sob condiçõesespecificas, a relação entre os valores indicados por um instrumento demedição ou sistema de medição ou valores representados por umamedida materializada ou um material de referência, e os valorescorrespondentes das grandezas estabelecidos por padrão.

Sinal de medição: grandeza que representa o mensurando ao qual estáfuncionalmente relacionada.

Instrumento de medição (analógico): instrumento de medição no qualo sinal de saída ou indicação é uma função contínua do mensurado oudo sinal de entrada.

Instrumento de medição (digital): instrumento de medição que forneceum sinal de saída ou indicação em forma digital.

Especificação do instrumento

Especificação: é uma descrição quantitativa das característicasrequeridas de um equipamento, máquina, instrumento, estrutura,produto ou processo.

Na engenharia, é uma lista organizada de exigências básicas paramateriais, dimensões, condições de testes, utilização de normas,etc.

- Especificação de operação- Especificação de desempenho- Especificação de funcionalidades- Especificação físicas- Especificação de segurança

Instrumentos/operações- Influência dos fluidos no processo.

- Condições de operação normal.

- Limites de operação.

- Limites de condições ambiente.

Especificação do instrumento

Exemplo: Fluído de trabalho: gás natural

Pressão de operação: 10 a 50 kPa

Pressão máxima de trabalho: 500 kPa

Temperatura ambiente: -10 a 60º C; umidade: 0 a 100%

Especificação do instrumento

Instrumentos/desempenhos

Confiabilidade e aceitação

Especificação do instrumento

Confiabilidade

- Falhas no sistema (alimentação).

- Tipos de instrumentos (pneumático eletrônico) – peças móveis.

- Condições ambientais (poeira, atmosfera corrosiva, vibrações, temperatura).

- Número de componentes da malha (falha e erro de medição).

- Redundância (avaliar as possibilidades em função de ser processo critico: operação (alimentação) independente, diversidade, separação de controle e segurança.

Especificação do instrumento

Instrumentos/funcionais

- Tipo de sinal de saída (analógico e digital).

- Tipo de alimentação.

- Tipo de comunicação (protocolo)

- Critérios de instalação e/ou posição de montagem (recomendada pelo fabricante, diagramas do projetista e/ou normas aplicáveis.

Instrumento/Físico

- Materiais (externo e interno, influindo das partes molhadas).

- Tipo de conexão ao processo.

- Dimensões.

- Peso.

- Cor.

- Classificação mecânica do involucro.

Especificação do instrumento

Especificação do instrumento

Instrumento/segurança

- Classificação elétrica.

- Classificação de temperatura.

- Sensor

- Transmissor

- Indicador

- Registrador

- Computador de vazão

- Controlador

- Válvula de controle

Funções dos instrumentos

Funções dos instrumentos

Aplicação da medição

- Monitoração

- Alarme

- Controle

Funções dos instrumentos

ControleControla uma variável de processo e mantê-la constante e iguala um valor desejado ou variando dentro do limite estreito.

Tipos:Manual: operador de processo baseado em indicações ouregistro da variável de processo.

Automático: baseado em malha fechada.

Funções dos instrumentos

Controle manual

Funções dos instrumentos

Realimentação negativa

Funções dos instrumentos

Variáveis (Processo/Geral)São fenômenos físicos que chamamos simplesmente devariáveis

Ex.: vazão, temperatura, nível, pressão, densidade, etc.

Variáveis de processoÉ aquela que mais diretamente indica a forma ou estadodesejado do produto.

Set-Point (SP)É o valor predeterminado que servirá de referência para ocontrolador como pondo ideal de operação de um processo.

Funções dos instrumentos

Variáveis Manipulada (MV)É aquela sobre a qual o controlador automático atua, no sentidode manter a variável controlada no valor desejado.

Controle com Realimentação

Funções dos instrumentosControle com relação

Funções dos instrumentosControle antecipatório

Funções dos instrumentos

MonitoraçãoSupervisionar um sistema, processo ou operação de máquinapara verificar se ela opera corretamente durante sua operação.

Ex.: vibração radial de grandes máquinas rotativas.

As indicações de registro são avaliadas continuamente e emcaso extremo, pode desligar o sistema de modo automático oumanual, quando os limites críticos de segurança são atingidos.

Funções dos instrumentos

AlarmeÉ a operação de um dispositivo de aviso (luminoso ou sonóro)após a ocorrência de uma condição indesejada ou perigosa parao processo.

Em sistemas de monitoramento e controle é muito comum teralarmes.

Norma ISA 37.1

Eletrical Transducer Nomeclature anda TerminologyPadroniza e recomenda as seguintes terminologias:

SENSOR: dispositivo onde a saída e a entrada não sãopadronizadas, de natureza iguais ou distintas.

TRANSMISSOR: instrumento onde a entrada é não padronizada ea saída é padronizada de natureza iguais ou diferentes.

TRANSDUTOR: instrumento onde a entrada e saída são ambaspadronizadas e de naturezas diferentes.

CONVERSOR: Instrumento onde a entrada e saída são ambas denatureza elétrica, mas com características diferentes.

SensorDispositivo que converte uma quantidade física como pressão,temperatura, vazão em uma quantidade analógica mais amigável,geralmente mecânica (deslocamento) ou elétrica (tensãoelétrica).

Conforme o sinal de saída pode ser:

- Mecânicos

- Elétricos

Característica desejável do sensor- Deve reconhecer e detectar somente o sinal da variável a ser

medida e ser insensível a outros sinais presente na medição.

- O sensor não deve alterar a variável a ser medida.

- Deve ter boa exatidão.

- Deve ter boa resposta dinâmica.

- Deve suportar ambiente hostil do processo sem se danificar e nem perder suas características.

- Deve ser facilmente disponível e de preço razoável.

Sensor

Transmissor

Instrumento que sente a variável de processo atravésde um sensor no ponto onde ele está montado e enviaum sinal padrão, proporcional ao valor medido, paraum instrumento receptor remoto.

Transmissor

Transmissor de sinal elétrico

A transmissão de sinal de subsistema ou dispositivoseparados deve estar em conformidade com aANSI/ISA SP 50.1 -1982.Estabelece que:-Faixa de 4-20 mA em corrente continua correspondea 1-5 V em tensão.-Impedância da carga deve estar entre 0 a 600-Números de fios de transmissão: 2,3 ou 4.

Transmissor

Tipos de ligação elétrica de transmissores

Transmissor

Características: zero vivo e relação 5:1

Transmissor

A grande única vantagem em se utilizar instrumentopneumáticos está no fato de se poder opera-los comsegurança em áreas onde existe risco de explosão,por exemplo: centrais de gás.

Transmissor

Desvantagem do sinal pneumático

- Necessita de tubulação de ar comprimido para seufuncionamento.

- Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor,filtro, desumidificador, etc. para fortalecer aos instrumentos arseco, e sem partículas solidas.

- Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este nãopode ser enviado a longas distância, sem uso de reforçadores.Normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100metros.

Transmissor

Tipos (independente do principio de funcionamento)

- Analógicos descartáveis- Analógicos convencionais- Analógico digital- Digital

Transmissor

Transmissor analógico descartáveis

- Baixo custo de aquisição.

- Pequenas dimensões e transmissão a dois fios.

- São mais frágeis e menos resistentes a ambientes hostis.

- Circuito encapsulado e irrecuperável quando estragado.

- Em geral, a exatidão é pior dos outros tipos

Transmissor

Transmissor analógico convencionais

- Pode ser reparável.

- São mais robustos, suportando bem os rigorosos processos.

- Em geral, possui exatidão melhor que o descartável e pior queo digital

- Não possui comunicação digital.

Transmissor

Transmissor hibrido – analógico digital

- Possui simultaneamente transmissão analógica e digital

- Alta exatidão

- Configuração remota

- Incorpora funções: PID, extração raiz, etc.

Transmissor

Transmissor digital

- Alta exatidão

- Capacidade de auto-diagnóstico

- Facilidade com vários sensores e faixas de medição

- Incorpora funções: PID, extração raiz, etc.

- Auto custo

Indicadores

Instrumento que “sente” a PV e apresenta seu valor instantâneo.

O indicador sente a variável medida através do elemento sensoratravés de um conjunto escala/ponteiros ou digitos.

Pode haver nomes específicos para os instrumentosindicadores:

- Indicadores de pressão: manômetros

- Indicadores de temperatura: termômetro

Indicadores

VARIÁVEL MEDIDA

Dependendo da variável a ser indicada pelo instrumento, hádiferenças básicas no elemento sensor e nas unidades dasescalas.

Ex.: manômetro x termômetro

Indicadores

LOCAL DE MONTAGEM

Os indicadores podem ser montados em campo ou em sala decontrole

TIPOS DE INDICAÇÃO

Analógico e digital

Erro de paralaxe

Registradores

Registrador é um instrumento que “sente” um ou mais variáveisdo processo e mostra ou imprime seu valor em um gráficopermanentemente.

Fornece o comportamento histórico da variável.

O registro é feito através de penas com tintas em um gráficomóvel.

Registradores

TOPOGRAFIA

Local de montagem: campo ou painel

Formato da carta: circular ou fita

Registradores

ACIONAMENTO DO GRÁFICO

O acionamento do gráfico pode ser feito por motores elétricos.

PENAS

Quando o registrador possui mais de uma pena, seus tamanhossão diferentes.

Para identificar a entrada ou a variável de processo usam-secores de tintas diferentes (se for o caso de existir mais de umapena).

Registradores

Data Logger

Computador de vazão

DEFINIÇÃO

Processador associado a uma unidade de memória que recebesinais elétricos convertidos que representam variáveis dosistema de medição de gás e que executa cálculos.

Computador de vazão

Os algoritmos executados são:

AGA 3 – Placa de orifício

AGA 7 – Turbina

AGA 8 – Fator de compressibilidade

A depender do fabricante o modelo pode ter:

- Sensor integral para medir temperatura e pressão.

- Controle PID

- Entradas e saídas discretas

- Cartões de comunicações: linha fixa, celular, rádio, satélite

Computador de vazão

Auditagem sequencial

Registro de um sistema de medição eletrônica de gás contendoverificação ou resultado de calibração de todos os elementossecundários e terciários, especificações atualizadas para oelemento primário, dados constantes, datas e horários dequalquer alteração que venha a afetar os volumes contabilizados,todos os registros necessários para auditoria e gerações derelatórios, podendo incluir as identificações daqueles querealizaram estas mudanças.

Computador de vazão

Registro de configuração: Registro que contém e identifica todosos parâmetros selecionados para geração de um registro de umaquantidade transacionada.

Registro de eventos: Registro de todas as anormalidades ealterações nos parâmetros de registro de configuração queocorrem e podem influenciar os registros das quantidadestransacionais.

Registro de quantidades transacionada: Conjunto de valoreshistóricos, valores calculados e outras informações, fornecidosem uma formatação pré-determinada, que subsidiam o cálculo deuma quantidade de um determinado período de aquisição.

Computador de vazão

Audit Trail

(Auditagem sequencial)

Uso de:

- Porta RS 232

- Software de configuração

Computador de vazão

Controlador

DEFINIÇÃO

É um instrumento que recebe o sinal da medição da variável deprocesso e o ponto de ajuste, compara-os e geraautomaticamente um sinal de saída para atuar no elemento finalde controle.

Controlador multi-loop

Controlador

CLP

Sistema eletrônico operado digitalmente, projetado para uso emambiente industrial, que usa uma memória programável paraarmazenagem interna de instruções orientadas pelo usuário paraimplementar funções específicas tais como lógicas,temporização, contagem e aritméticas, para controlar, através deentrada e saídas discretas ou analógicas, vários tipos demáquinas ou processos.

Controlador

PARÂMETROS

- Set-point (local, remoto ou local/remoto)

- Estação automático e manual

- Unidade de balanço (bumples)

- Ação direta ou reversa

- Malha aberta ou malha fechada

Controlador

EXEMPLOS DE FUNÇÕES

- Aritmética: soma, subtração, divisão

- Contagem

- Temporizador

- Seletor

- PID

- etc

Controlador

ARQUITETURA

- Fonte de alimentação

- CPU

- Cartões conforme aplicação: entrada discreta, saída discreta,entrada analógica, saída analógica, etc.

Válvulas de controle

DEFINIÇÃO

Válvula projetada e construída para modular de modulo contínuoe confiável em resposta a um sinal.

Válvulas de controle

FUNÇÕES DA VÁLVULAS DE CONTROLE

Conter um fluído de processo, suportando todos os rigores dascondições de operação: pressão, temperatura, corrosão, erosão.

Responder a um sinal de atuação do controlador.

Manipular a vazão através da alteração da área de passagem dofluído.

Válvulas de controle

PRINCIPAIS PARTES

Calibração

Instrumentos devem ser calibrados periodicamente

- Local adequado

- Procedimento

- Padrões rastreados

- Técnico treinado

- Registro

- Prazo de validade

Calibração

Exemplos de calibração: Pressão

Fluxograma

Instrumentos

Diagramas

Ligações elétricas - CLP

Entradas

Saídas

Ligações elétricas - Transmissor

Programação - CLP

LIT

Programação - CLP

LCV

Supervisório