instrumentaÇÃo industrial: aplicaÇÕes do sensor de

FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE

ASSOCIACcedilAtildeO EDUCACIONAL DOM BOSCO

INSTRUMENTACcedilAtildeO INDUSTRIAL APLICACcedilOtildeES DO

SENSOR DE TEMPERATURA PT-100 NOS PROCESSOS

INDUSTRIAIS

KLEBER VIANA FRANCcedilA ndash 21376136

KLEBERFRANCA17HOTMAILCOM

SAMANDA MARQUES ALMEIDA COSTA ndash 21275143

SAMANDAMARKESHOTMAILCOM

RODRIGO PEREIRA MARQUES - 21276020

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CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUCcedilAtildeO

TEORIA E CONTROLE DE PROCESSOS

PROFESSOR ORIENTADOR LEONARDO VIDAL

RESENDE

15052014








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RESUMO

Este trabalho trata-se de uma pesquisa bibliograacutefica visando analisar as

principais variaacuteveis envolvidas no acircmbito da instrumentaccedilatildeo industrial

Observa-se com o passar dos anos que o setor industrial tem sido obrigado a

investir cada vez mais no desenvolvimento de teacutecnicas equipamentos e processos mais

eficientes com maior qualidade seguranccedila menor custo e que causem menor impacto

ambiental possiacutevel a fim de melhorar seu desempenho e garantir maior competitividade

num mercado cada vez mais exigente em funccedilatildeo da globalizaccedilatildeo

Por outro lado trazer aplicaccedilotildees praacuteticas do uso do sensor de temperatura PT-

100 no setor industrial mostrando o quanto eacute importante medir e controlar as variaacuteveis

e tambeacutem algumas vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo desse tipo de sensor para o

controle de temperatura em variados ambientes industriais

Palavras-chave PT-100 Controle de Processos Variaacuteveis de controle

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INTRODUCcedilAtildeO

Segundo CASSANO (2003) a temperatura eacute a segunda grandeza mais medida

no mundo perdendo apenas para o tempo o que reflete a sua extrema importacircncia

tendo influecircncia em praticamente todos os processos industriais

A instrumentaccedilatildeo industrial na engenharia pode ser associada ao estudo dos

instrumentos e seus princiacutepios cientiacuteficos utilizados para monitorar o comportamento

de variaacuteveis de controle que de alguma forma venham auxiliar ao homem no processo

industrial e nas diversas aacutereas do conhecimento humano aplicado e natildeo somente nos

processos produtivos industriais propriamente ditos

De acordo com a organizaccedilatildeo norte-americana ISA1 um instrumento industrial eacute

todo dispositivo usado para direta ou indiretamente medir eou controlar uma variaacutevel

Nesta definiccedilatildeo incluem-se segundo a ISA elementossensores primaacuterios elementos

finais de controle dispositivos computacionais dispositivos eleacutetricos como alarmes

chaves e botoeiras E o termo natildeo se aplica a partes que satildeo componentes internos do

instrumento (norma ANSIISA-S51-1984-R-1992)

Ao longo dos uacuteltimos anos diversas abordagens tecircm sido utilizadas com o

objetivo de melhorar o controle de temperatura em determinados ambientes Podendo

citar os termopares PT-100 e entre outros

1 Instrument Society of America

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FUNDAMENTACcedilAtildeO TEOacuteRICA

Para melhor entendimento do assunto em questatildeo eacute preciso primeiramente

conhecer alguns conceitos e definiccedilotildees utilizados em instrumentaccedilatildeo industrial

Variaacutevel pode ser definida como condiccedilatildeo ou situaccedilatildeo ocorrida durante um

processo produtivo podendo ou natildeo interferir no processo ou no produto

alterando a qualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro Por

exemplo Niacutevel temperatura pressatildeo e vazatildeo

Controle consiste em verificar uma variaacutevel para possiacuteveis correccedilotildees de modo

que esta permaneccedila dentro de um limite especificado

Processo eacute um conjunto de atividadesoperaccedilotildees necessaacuterias agrave realizaccedilatildeo de um

produto

Instrumento dispositivo industrial responsaacutevel em indicar medir registrar

eou controlar as variaacuteveis de um processo

Os intrumentos que indicam medem ou controlam as variaacuteveis no processo

possuem sensibilidade e grau de aperfeiccediloamento extremamente apurados podendo

estar localizados no campo eou nos paineacuteis de salas de controle Desta forma estes

instrumentos devem ser manuseados cuidadosamente para garantir a seguranccedila e

qualidade requeridos

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1 FORMAS DE CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS

Inicialmente os instrumentos podem ser classificados conforme a figura abaixo

Figura 1 ndash Classificaccedilatildeo de instrumentos industriais segundo a natureza de operaccedilatildeo

E ainda podem ser classificados da seguinte forma

Segundo sua localizaccedilatildeo Instrumento de painel localizados na sala de

controle Instrumentos de campo localizados na aacuterea das unidades

Segundo suas funccedilotildees Instrumento de mediccedilatildeo da variaacutevel Instrumentos de

controle da variaacutevel segundo informaccedilotildees obtidas pelos instrumentos de

mediccedilatildeo Instrumentos de alarme que alertam o operador sobre condiccedilotildees

anormais das variaacuteveis dentro da margem de seguranccedila que o processo e a

unidade exigem

Segundo suas caracteriacutesticas Instrumentos indicadores nos quais a variaacutevel eacute

indicada por meio de um ponteiro em uma escala Instrumento registradores nos

quias a variaacutevel eacute registrada em uma carta por meio de uma pena Instrumentos

controladores que manteacutem a variaacutevel num valor preacute determinado

Os instrumentos industriais podem desempenhar uma ou mais das funccedilotildees

acima simultaneamente Ou seja eles podem ser indicadores registradores ou

controladores tatildeo somente como tambeacutem indicadores-controladores ou registradores-

controladores

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2 SENSORES DE TEMPERATURA PT-100

Termoresistecircncias de platina ou RTD2 satildeo sensores de temperatura que operam

baseados no princiacutepio da variaccedilatildeo da resistecircncia ocirchmica em funccedilatildeo da temperatura

Suas principais qualidades se destacam por ser muito preciso nas calibraccedilotildees e tambeacutem

porque tem pouca variaccedilatildeo com o passar do tempo devido ao fator de envelhecimento

Estas caracteriacutesticas fazem dos sensores PT-100 a primeira escolha quando a

necessidade eacute a combinaccedilatildeo de precisatildeo com extensa faixa de temperatura porem natildeo eacute

muito adequado para locais aonde existam vibraccedilotildees

Esses sensores aumentam a resistecircncia com o aumento da temperatura Seu

sensor nada mais eacute que uma resistecircncia em forma de fio de platina de alta pureza de

niacutequel ou de cobre encapsulado num bulbo de ceracircmica ou vidro O sensor mais

utilizado no mercado atualmente eacute o de platina devido a sua ampla escala de

temperatura sua alta resistividade que desta maneira permiti uma maior sensibilidade

um alto coeficiente de variaccedilatildeo de resistecircncia com a temperatura Sua principal funccedilatildeo eacute

no desenvolvimento de medidores e controladores de temperatura ou manutenccedilatildeo da

mesma

Para ambientes que existam vibraccedilotildees intensas o mais recomendado eacute o PT-

1000 pois diferente do PT-100 ele suporta mais vibraccedilotildees e tambeacutem eacute mais preciso

sendo diferenciado por essas duas grandes vantagens

Podemos perceber que o princiacutepio fiacutesico de funcionamento do sensor eacute baseado

em uma relaccedilatildeo linear da resistecircncia em funccedilatildeo da variaccedilatildeo da temperatura conforme a

expressatildeo abaixo

Rt = R0(1 + aΔt +bΔt2)

Onde

ldquoRtrdquo eacute a resistecircncia em funccedilatildeo da temperatura

ldquoR0rdquo a resistecircncia inicial

2 Resistance Temperature Detector

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ldquoΔTrdquo eacute a variaccedilatildeo da temperatura

ldquoardquo eacute o coeficiente de temperatura do metal usaremos o valor indicado pela

norma DIN 43760 α=000385

ldquobrdquo pode ser considerado nulo para a platina logo a curva resistecircncia versus

temperatura eacute teoricamente linear

Figura 2 ndash Componentes de um sensor PT-100

A seguir alguns tipos de sensores

Figura 3 ndash Exemplos de sensores PT-100

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3 UTILIZACcedilAtildeO DO PT-100 NA INDUacuteSTRIA

Hoje o sensor de temperatura PT-100 sem duacutevidas estaacute sendo usado cada dia

mais em diversos setores industriais como induacutestrias alimentiacutecias farmacecircuticas

automobiliacutesticas sideruacutergicas e tambeacutem em equipamentos meacutedicos aparelhos de

laboratoacuterio e sistemas de refrigeraccedilatildeo

Segundo MULINA (2011 apud RUOCOO ALMEIDA e LOPES 2006 p31)

afirmam que na induacutestria alimentiacutecia o controle da relaccedilatildeo entre o tempo e a temperatura eacute essencial para evitar doenccedilas transmitidas por agentes patogecircnicos existentes em alimentos MULINA (2011 apud RUOCOO ALMEIDA e LOPES 2006 p31)

A partir dessa afirmaccedilatildeo podemos perceber que a temperatura eacute um fator muito

importante no setor alimentiacutecio pois alimentos como leite e vegetais devem ser

armazenados em temperaturas proacutexima ao do congelamento natildeo podendo variar pois

poderiam ocorrer variaccedilotildees na qualidade no caso do leite e no caso da verdura poderia

queimar as folhas

Porem somente o PT-100 natildeo seria capaz de solucionar o problema pois o

sensor trabalha em conjunto com demais componentes como pode ser visto na figura 4

e figura 5 Neste caso seria preciso ter um computador responsaacutevel pela aquisiccedilatildeo da

temperatura obtida pelo PT-100 e execuccedilatildeo de um programa de controle de temperatura

podendo ser realizado de forma ON-OFF que liga ou desliga o compressor comparando

a temperatura do sensor com um referencial padratildeo

Segundo MULINA (2011) no setor sideruacutergico o PT-100 funciona no controle

teacutermico que evita a concentraccedilatildeo de mineacuterios fundidos na base do forno de forma a ter

maior homogeneidade da mistura (apud AMORIM 2010) por esse motivo o controle

teacutermico de um alto-forno eacute essencial para conferir qualidade ao produto final e otimizar

a produccedilatildeo e entender melhor as reaccedilotildees ocorridas no interior do forno Utilizando de

sensores de temperatura para determinar relaccedilotildees entre os paracircmetros de entrada (carvatildeo

e mineacuterio) temperatura na superfiacutecie do alto-forno e qualidade do accedilo produzido

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Figura 4 ndash Exemplos de instrumentos controlados via CLP3

Figura 5 ndash Esquema baacutesico de um controle de processo

3 Controladores Loacutegicos Programaacuteveis

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4 VANTAGENS X DESVANTAGENS

O sensor PT-100 eacute muito utilizado nas induacutestrias devido a vaacuterios fatores que

fazem dele uns dos melhores meacutetodos para se controlar a temperatura em diversos

ambientes Por ele obter

Saiacuteda linear

Oacutetima estabilidade

Raacutepida resposta

Mais preciso que termopares e demais sensores em alta e baixa temperatura

Repetibilidade

Range de temperatura de -200ordmC a 500degC

Faacutecil reposiccedilatildeo sem necessidade de ajuste ou calibraccedilatildeo

Porem todo equipamento possui alguma desvantagem e com o PT-100 natildeo eacute

diferente vejamos algumas

Custo elevado

Requer uma fonte de corrente

Mais fraacutegil mecanicamente

Deterioram-se com mais facilidade caso ultrapasse a temperatura maacutexima de

utilizaccedilatildeo

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5 CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

Esse trabalho teve por finalidade analisar o funcionamento e a aplicabilidade do

sensor de temperatura PT-100 mostrando o quanto eacute importante o controle das

variaacuteveis no ambiente industrial

Percebe-se que a engenharia aplicada agrave automaccedilatildeo vem crescendo muito nos

uacuteltimos anos e neste trabalho foi mostrado alguns exemplos da aplicaccedilatildeo do PT-100

nos diversos setores industriais Sua utilizaccedilatildeo pode ser evoluiacuteda e inovada pois sua

aplicabilidade eacute ampla e pode ser projetado de acordo com a necessidade de utilizaccedilatildeo

Para que se tenha um perfeito funcionamento do sensor satildeo necessaacuterios alguns

cuidados indispensaacuteveis de instalaccedilatildeo bem como armazenagem e transporte conforme

segue abaixo

minus O sensor deve estar completamente imerso no processo para se evitar a perda

de calor por conduccedilatildeo pelos fios e bainha Para tal um comprimento miacutenimo de

imersatildeo e o uso de materiais de proteccedilatildeo com boa condutibilidade teacutermica tambeacutem satildeo

recomendados

minus Devem-se evitar choques mecacircnicos entre o sensor e as peccedilas pois podem vim

a danificar o sensor

minus Zonas de estagnaccedilatildeo ou com baixas velocidades do fluido em contato com o

sensor natildeo devem ser utilizadas pois provoca o retardo e erros agrave mediccedilatildeo

minus Recomenda-se o uso de cabos blindados e torcidos para locais sujeitos a ruiacutedos

internos e tambeacutem com isolaccedilatildeo mineral para locais sujeitos a vibraccedilatildeo

Portanto a instrumentaccedilatildeo industrial desempenha um papel importante na coleta

de dados a cerca do funcionamento dos equipamentos e na transmissatildeo de dados obtidos

sobre a linearidade da produccedilatildeo A instrumentaccedilatildeo industrial ajuda a obter paracircmetros

que indicam onde e quando devem acontecer ajustes O foco deste artigo foi observar a

grandeza da temperatura em ambiente industrial pois os valores medidos para a

formaccedilatildeo de um paracircmetro e comparaccedilatildeo incluem diversas outras grandezas como grau

de viscosidade densidade radiaccedilatildeo frequecircncia fluxo mediccedilatildeo de niacutevel tensatildeo

capacitacircncia resistividade composiccedilatildeo quiacutemica indutacircncia e propriedades quiacutemicas

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6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

CASSANO D Os limites da Temperatura Revista amp Instrumentaccedilatildeo Satildeo Paulo v 3 n 21 p 18-24 jun 2003 Disponiacutevel em lthttpwwwbanasmetrologiacombrtextosaspcodigo=865ampsecao=revistagt Acesso em 01 de maio de 2014 MULINA B H O Desenvolvimento de um sistema supervisoacuterio para mediccedilatildeo de temperaturas em fornos de produccedilatildeo de carvatildeo 2009 Trabalho de Conclusatildeo de Curso ndash Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e tecnoloacutegico Universidade federal de Uberlacircndia Uberlacircndia 2009 Disponiacutevel em lthttprepositorioufubrbitstream1DesenvolvimentoSistemaEletronicopdf gt Acesso em 30 de abril de 2014 KRAKHECHE Igor Sensores de temperatura Disponiacutevel em lthttphermesucsbrccetdemcvjbrusaminsttemp2pdf gt Acesso em 30 de abril de 2014 Disponiacutevel em httpwwwibporgbrmainaspView=7BDE787694-7C19-4EFE-B988-2A71C15BCFCC7DampTeam=ampparams=itemID=7B9F1DB04A-66A0-43F8-A0A8-3CC6B929A0E77DampUIPartUID=7BD90F22DB-05D4-4644-A8F2-FAD4803C88987D Acesso em 28 de abril de 2014 Disponiacutevel em httpwwwifufrgsbrmpefmef00420061CesarSENSORES-Termistorhtml Acesso em 28 de abril de 2014 Disponiacutevel em httpwwwpgieufrgsbrportaleadnucleoHPLMMmec017 termoresist htm Acesso em 28 de abril de 2014 Disponiacutevel em httphermesucsbrccetdemcvjbrusaminsttemp1pdf Acesso em 28 de abril de 2014 Disponiacutevel em httparquivoscpgeictutfpredubrAno_2005dissertacoes Dissertacao_379_2005pdf Acesso em 28 de abril de 2014 Disponiacutevel em httpwwwthermometricscorpcomrtdsensorshtml Acesso em 28 de abril de 2014

SENAI Apostila de instalaccedilotildees eleacutetricas








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RESUMO

Este trabalho trata-se de uma pesquisa bibliograacutefica visando analisar as

principais variaacuteveis envolvidas no acircmbito da instrumentaccedilatildeo industrial

Observa-se com o passar dos anos que o setor industrial tem sido obrigado a

investir cada vez mais no desenvolvimento de teacutecnicas equipamentos e processos mais

eficientes com maior qualidade seguranccedila menor custo e que causem menor impacto

ambiental possiacutevel a fim de melhorar seu desempenho e garantir maior competitividade

num mercado cada vez mais exigente em funccedilatildeo da globalizaccedilatildeo

Por outro lado trazer aplicaccedilotildees praacuteticas do uso do sensor de temperatura PT-

100 no setor industrial mostrando o quanto eacute importante medir e controlar as variaacuteveis

e tambeacutem algumas vantagens e desvantagens na utilizaccedilatildeo desse tipo de sensor para o

controle de temperatura em variados ambientes industriais

Palavras-chave PT-100 Controle de Processos Variaacuteveis de controle

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produto








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unidade exigem








controladores

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mesma








Onde




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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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segue abaixo




recomendados















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produto








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unidade exigem








controladores

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mesma








Onde




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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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produto








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unidade exigem








controladores

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mesma








Onde




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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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unidade exigem








controladores

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mesma








Onde




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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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mesma








Onde




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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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norma DIN 43760 α=000385






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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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queimar as folhas














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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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recomendados















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Saiacuteda linear




Repetibilidade





Custo elevado





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segue abaixo




recomendados















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segue abaixo




recomendados















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