Instrumentação

Instrumentação

(Parte 1 de 6)

Manual Tecnologia de Instr. e Automação 3

ÍNDICE: 1 OBJETIVO 5

2 PRESSÃO 6

2.1 Conceitos Básicos 6 2.2 Unidades 7 2.3 Manômetro 7 2.3.1 Acessórios 9 2.3.2 Classificação dos Manômetros 10 2.3.3 Fole 1 2.4 Coluna de Líquido 1 2.5 Transmissores de Pressão 13 2.5.1 Tipo Capacitivo 13 2.5.2 Tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo 14 2.5.3 Sensor por Silício Ressonante 16

3 MEDIÇÃO DE VAZÃO 20

3.1 Conceitos Básicos 20 3.2 Tipos de Medidores de Vazão: 20 3.3 Medição de Vazão por Pressão Diferencial 21 3.3.1 Vantagens / Desvantagens 2 3.3.2 Tipos de Orifícios 2

3.4 Medidor Eletromagnético de Vazão 23 3.4.1 Principio de Funcionamento 23 3.4.2 Instalação do medidor magnético 24 3.5 Medidor Vortex 26 3.5.1 Principio de medição 26 3.5.2 Instalação 28

4 TEMPERATURA 29

4.1 Introdução 29 4.2 Escalas de Temperatura 30 4.2.1 Escala Internacional de Temperatura 31 4.3 Normas 32 4.4 Termômetros à dilatação de sólido bimetálico 3 4.5 Termômetros à par termoelétrico 36 4.6 Termômetro a dilatação de líquido 36 4.6.1 Características dos elementos básicos: 38 4.7 Termômetros a Pressão de Gás 39 4.8 Termômetro à Pressão de Vapor 41 4.9 Termopares 42 4.9.1 Efeitos Termoelétricos 43 4.9.2 Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura 47 4.9.3 Tipos e Características dos Termopares 48 4.9.4 Tipos de Termopares : Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTAN 48 4.9.5 Tipos de Termopares : Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTAN 49 4.9.6 Tipos de Termopares : Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTAN 49 4.9.7 Tipos de Termopares : Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMEL 50 4.9.8 Tipos de Termopares : Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISIL 50 4.9.9 Tipos de Termopares : Tipo S/R - TERMOPARES DE RÓDIO - PLATINA 51 4.9.10 Tipos de Termopares : Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- RÓDIO / PLATINA - RÓDIO 51 4.9.1 Correção da Junta de Referência 52 4.9.12 Fios de Compensação e Extensão 53 4.9.13 Erros De Ligação 53 4.9.14 Termopar de Isolação Mineral 56 4.9.15 Associação de Termopares 57 4.10 Termoresistências 58 4.10.1 Princípio de Funcionamento 59 4.10.2 Construção Física do Sensor 60 4.10.3 Características da Termoresistência de Platina 61 4.10.4 Vantagens / Desvantagens: 62 4.10.5 Princípio de Medição 62 4.1 Medição de Temperatura por Radiação 64 4.1.1 Radiação Eletromagnética - Hipótese de Maxwell 64 4.1.2 Espectro eletromagnético 65 4.1.3 Teoria da Medição de Radiação 6 4.1.4 Pirômetros Ópticos 69 4.1.5 Radiômetro ou Pirômetros de Radiação 70

5 NÍVEL 72

5.1 Introdução 72 5.2 Métodos de Medição de Nível de Líquido 72 5.2.1 Medição Direta 72 5.3 Medição de Nível Indireta 74 5.3.1 Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial) 74 5.3.2 Medição por Pressão Diferencial em Tanques Pressurizados. 74 5.3.3 Medição de Nível com Borbulhador 76 5.3.4 Medição de Nível por Empuxo 7 5.3.5 Medição de Nível por Radiação 78 5.3.6 Medição de Nível por Capacitância 79 5.3.7 Medição de Nível por Ultra Som 80 5.3.8 Medição de Nível por Radar 81 5.3.9 Medição de Nível por Pressão Hidrostática 81 5.4 Medição de Nível Descontínua 82

5.4.1 Medição de Nível de Sólidos 83

6 INVERSORES 84

6.1 Conceitos Básicos 84 6.2 Formas de Operação 84 6.3 Vantagens do Controle de Velocidade por AFD 85 6.4 Motor AC 85 6.5 Torque - Escorregamento - Velocidade 87 6.6 Partidas de Motores 87 6.7 Torque 8 6.8 AFD (Adjustable Frequency Driver) 89 6.9 Circuito de Potência: 91 6.10 Circuito RL 92 6.1 Aplicação 94 6.12 CPU e Softwraes 97 6.13 Hardware 98 6.14 Drivers 9 6.15 Troubleshooting 9 6.16 Encoders 100

7 CONTROLE 104

7.1 Conceitos Básicos 104 7.2 Elementos de controle 105 7.2.1 Sensores e transmissores 105 7.2.2 Válvulas de controle 106 7.3 Elementos de painel 107 7.4 Conceitos de Controle 107 7.5 Documentação 107 7.6 Controladores 108 7.6.1 Ações de Controle: 108 7.6.2 Controle proporcional: 109 7.6.3 Controle Integral: 109 7.6.4 Controle proporcional e integral: 110 7.6.5 Controle proporcional e derivativo: 110 7.6.6 Controle proporcional, integral e derivativo: 110 7.6.7 Algoritmo de Controle 1 7.6.8 Desempenho de controladores 112 7.6.9 Sintonia 114 7.6.10 Variações de Controles 115

8 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE AJUSTE DE CONTROLADORES DE PROCESSO ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.

9 CONTROLES DE CALDEIRAS 127

9.1 Economia na Geração de Vapor 127 9.2 Operando um Sistema de Queima 127 9.2.1 Ar Estequiométrico (Oxigênio Teórico) 128 9.2.2 Composição Aproximada do Ar Atmosférico 128 9.2.3 Qual o Valor Ideal do Co2 na Queima ? 128 9.2.4 Interpretação das Medições de Co2 128 9.3 Temperatura dos gases na Base da Chaminé 128 9.4 Fuligem nos Gases 129 9.4.1 Causas Prováveis da Fuligem Excessiva : 130 9.5 Controle de Combustão 130 9.5.1 Pressão de Vapor 131 9.5.2 Atomização 131 9.5.3 Temperatura do Óleo 131 9.5.4 Nível do Tubulão 131 9.5.5 Excesso de Ar 132 9.6 Conclusão 132

10 CONTROLE DE DESCARGA DE FUNDO DE CALDEIRA 133

10.1 Objetivo: 133 10.2 Válvula de Descarga de Fundo 133 10.2.1 Requisitos Técnicos para uma Válvula de Descarga 134 10.2.2 Válvulas Comuns 135 10.3 Válvulas Especiais 135 10.4 Comparação da Eficiência entre as Válvulas Especiais e Comuns 135 10.4.1 Comparação de Custos 136

1 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO 138

1.1 Conceito: 138 1.2 Estação de Controle 138 1.3 Console de Operação 138 1.3.1 Alarmes 139 1.3.2 Telas 139 1.3.3 Segurança 139 1.3.4 Relatórios 139 1.3.5 Armazenamento de Dados 140 1.3.6 Estação de Engenharia 140

12 REDES DE COMUNICAÇÃO 141

12.1 Conceitos Básicos 141 12.2 Classificação das Redes de Comunicação 142 12.3 Rede de Informação 142 12.4 Rede de Controle 143 12.5 Rede de Campo 143

13 FOUNDATION FIELDBUS 145

13.1 Introdução 145 13.2 O que é uma rede Fieldbus ? 145 13.3 Aplicações 147 13.4 Configurações 147 13.4.1 Níveis de Protocolo : 147 13.5 Níveis de Software: 148 13.5.1 Nível de Enlace 148 13.5.2 Nível de Aplicação 149 13.5.3 Nível do Usuário 149 13.5.4 Nível Físico 149 13.6 Topologias 152 13.6.1 Topologia de barramento com Spurs 152 13.6.2 Topologia Ponto a Ponto 153 13.6.3 Topologia em Árvore 153 13.6.4 Topologia End to End 154 13.6.5 Topologia Mista 154

1 OBJETIVO

Este documento tem por objetivo listar as várias tecnologias de instrumentação e automação do projeto HDF, esclarecendo os conceitos envolvidos.

O objetivo de se medir e controlar as diversas variáveis físicas em processos industriais é obter produtos de alta qualidade, com melhores condições de rendimento e segurança, a custos compatíveis com as necessidades do mercado consumidor. Nos diversos segmentos de mercado; químicos, petroquímicos, siderúrgicos, cerâmicos, farmacêuticos, vidreiros, alimentício, papel e celulose, hidrelétrico, nuclear entre outros.

2 PRESSÃO

2.1 CONCEITOS BÁSICOS

A pressão entre todas as variáveis de processo se ressalta pela sua importância, pois diversas outras variáveis são medidas utilizando-se indiretamente a pressão, como por exemplo vazão, esta variável pode ser medida utilizando a pressão diferencial de uma placa de orifício com o fluxo através da mesma.

O conceito sobre pressão que iremos falar aqui é superficial, trataremos dos princípios básicos e funcionamento dos instrumentos, começamos assim por manômetros industrias, vamos então definir de forma simples o que é pressão:

A pressão é definida como o quociente entre uma força F e uma superfície de área A, isto é:

A unidade de força Newton (N) é definida como:

A partir dela é diretamente derivada a unidade de pressão pascal (Pa), assim denominada em honra ao físico francês Blaise Pascal:

Pressão atmosférica: É a pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.

Pressão Relativa: É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.

Pressão Absoluta: É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto.

Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou absoluta. Exemplo: 3 Kgf/cm2 ABSPressão Absoluta 4 Kgf/cm2 Pressão Relativa.

O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede pressão relativa.

Pressão Negativa ou Vácuo: É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.

Pressão diferencial: É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ∆Ρ . Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para se medir vazão e nível.

Pressão estática: É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de área exercida

Pressão dinâmica ou cinética: É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo.

2.2 UNIDADES

A pressão pode ser dada em qualquer unidade que expresse o quociente de uma força por uma superfície ou altura de coluna de liquido de peso especifico conhecido,na industria as unidades mais usadas para pressão são:barinCAmmHgmmCApsicmgf,,,,,.2Κ.A unidade padronizada para expressar uma pressão em nossa planta de energia , no projeto HDF é o bar.

Na tabela abaixo apresentamos a conversão das principais unidades de pressão em relação ao bar.

2.3 MANÔMETRO

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