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INTRODUÇÃO
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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
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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
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� 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;
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� Informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer das variáveis de entrada.
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� Variáveis controladas sofrem correções de acordo com as variáveis de entrada são atuadas.
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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• 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
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• 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
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• 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
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• Padrão secundário
Padrão cujo valor éestabelecido por comparação a um padrão primário da mesma grandeza.
TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO
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• 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
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• 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
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• 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
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• 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
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• 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
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• 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
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TEORIA DO ERRO - CALIBRAÇÃO
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INSTRUMENTOS CLASSIFICADOS POR
� Função
� Tipo de sinal
� Tipo de transmissão
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
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� 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
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� Função
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
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� Função
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
![Page 41: 2010 - Aula 1 - Introdução e Erro](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022081718/5571f7f349795991698c5494/html5/thumbnails/41.jpg)
� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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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
![Page 51: 2010 - Aula 1 - Introdução e Erro](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022081718/5571f7f349795991698c5494/html5/thumbnails/51.jpg)
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
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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.
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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
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NBR 8190 – Tipos de conexão (principais)
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NBR 8190 – Código de Identificação
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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
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