slide 2
TRANSCRIPT
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