Instrumentação 1

Instrumentação 1

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19MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/2002ROBÓTICA 19MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002ESPECIAL 19MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002

1ª par1ª par1ª par1ª par1ª parte -te -te -te -te -1ª par1ª par1ª par1ª par1ª parte -te -te -te -te - uitos leitores nos solicitaram um artigo sobre os conceitos básicos de Instrumentação Industrial, princípios de Medições e Controles, e estamos, nesta oportunidade, atendendo esta importante sugestão .

Nosso objetivo é o de fornecer esses conceitos, detalhando algumas aplicações, identificações, símbolos e as características básicas dos meios de medição utilizados na Instrumentação Industrial. Este artigo servirá também para atualização das plantas existentes, que, por algum motivo, permanecem sem a identificação de seus instrumentos.

Esperamos contribuir com algumas definições de “medição e controle” apresentando os conceitos necessários para os instrumentistas, inclusive para aqueles que estão iniciando-se nesta especialização , cuja ausência de novos profissionais é marcante para um mercado que continua crescendo.

Podemos dizer que Instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para medições e controles em equipamentos e processos industriais.

A instrumentação é responsável pelo rendimento máximo de um processo, tomando-se, desta maneira, os cuidados para que a automação seja perfeita.

Todo o processo de energia cedida a um sistema industrial deve ser traduzido tanto quanto possível, na sua totalidade, em trabalho de elaboração do produto desejado. A distribuição automática do fluxo de energia às unidades de processo é realizada pelos diversos sistemas de controles e medições, resultando naquilo que podemos definir como sendo trabalho eficiente.

A definição de Controle depende dos instrumentos empregados.

Podemos afirmar que a definição de controle possui sua própria terminologia. Os termos utilizados definem as

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Medição e controle

(Princípios básicos)

José Carlos Amadeo

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MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/200220 características próprias de medidas, que podem ser os mais diversos instrumentos usados, ou seja, os indicadores, registradores, controladores, transmissores, válvulas de controle, etc.

Tentaremos, a seguir, esclarecer e sugerir algumas definições dos termos mais utilizados:

O Processo: pode ser explicado como sendo “ as funções coletivas executadas no processo e pelo equipamento no qual uma variável é controlada”.

Então, podemos concluir que o termo “processo” engloba tudo aquilo que afeta a variável controlada.

Na figura 1 temos a demonstração de um processo no qual um produto é aquecido até uma temperatura desejada.

Utilizando a figura 1, vamos aproveitar para definir os conceitos mencionados:

Meio controlado é o produto que está processado e variável controlada é a temperatura do fluido.

O vapor que aquece o fluido é o agente de controle . A variável manipulada é a vazão de vapor, que pode ser aumentada ou diminuída de acordo com a variação da temperatura desejada.

Variáveis – são as grandezas que traduzem transferências de energia no interior do processo.

Podemos dar alguns exemplos de variáveis : pressão, controle de nível, vazão, temperatura, velocidade, viscosidade, condutividade, umidade, etc.

Controlador Automático – é o mecanismo que mede o valor da variável e corrige ou define o desvio do valor desejado.

Elemento Final de Controle – é aquele que atua no processo, variando a troca de energia, comandado pelo Controlador Automático. Esse elemento pode ser uma válvula de comando pneumático, uma válvula solenóide, um cilindro pneumático que atua sobre um “damper”, um sistema basculante, uma resistência elétrica, etc.

No nosso exemplo – figura 1 – a válvula solenóide é o elemento final de controle, que age diretamente na vazão do vapor.

Geralmente, os aparelhos de medição são compostos de um elemento primário, que é o dispositivo de tomada, instalado onde é realizada a medição, que podemos chamar de detector; elemento sensível à variação da grandeza.

Elemento secundário: é aquele que transforma a grandeza recebida do elemento primário em uma grandeza de saída diretamente utilizável, que pode ser um movimento mecânico, tensão, etc.

Sistema de ligação, que está localizado entre os dois elementos (primário e secundário), que são as tubulações, a fiação, ondas eletromagnéticas, etc.

Lembramos que o elemento primário tem, em alguns processos, a finalidade de transformar a natureza da grandeza a ser medida, tornandoa transmissível ou mensurável, que é o exemplo de uma Placa de Orifício. Quanto ao elemento secundário, pode ser: um indicador registrador, um totalizador, um transmissor pneumático ou elétrico.

Seria aconselhável rever alguns conceitos das características básicas dos meios de Medição mais utilizados na Instrumentação industrial, e os termos em Inglês (entre

Então, vamos lá

parênteses para nos acostumarmos com esses termos, pois a maioria dos equipamentos de precisão são importados). Escala – (range) Zona utilizável do aparelho, expressa por um indicador/ número máximo e outro mínimo, que representam a unidade da grandeza a ser medida.

Comprimento da escala – é consignado pelo número dado pela diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da escala.

Exemplo de faixa de Medição , também conhecida por Range ( * ): de 100 a 300 ºC.

Alcance (Span): é a diferença entre os valores superior e inferior da faixa de medição do instrumento. No nosso exemplo (100 a 300 ºC) o Span é 200 ºC.

Precisão ( accuracy ) do instrumento: exemplo : de + 0,5 %.

Zona Morta (Dead band ) – área em que o instrumento não emite resposta.

Nota: a Zona Morta também é conhecida pelo termo “tempo morto”, que muitos fabricantes definem como sendo:

“A maior faixa dentro da qual a variável pode alterar-se sem que a mudança seja percebida pelo instrumento. Seu efeito cria um atraso inicial e reduz mais ainda a velocidade de resposta do instrumento, ou seja, um lapso de tempo, o qual depende da velocidade de

Figura 1 - Sistema de controle de temperatura para um tanque aquecido de vapor destacando-se os conceitos de: meio controlado, agente de controle e variável manipulada.

21MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/2002ROBÓTICA 21MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002ESPECIAL 21MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002 mudança, que passará antes que o instrumento possa detectar essa variável”.

Sensibilidade (sensitivity ) – é a razão entre o incremento da leitura e o incremento da variável, causada depois de atingir o estado de repouso.

0,05 x 200= + 0,1oC
100

Exemplo : se a sensibilidade de um instrumento ( % ) é de + 0,05 %, (na escala de 100 a 200o C) seu valor real será de: PS.: não podemos confundir sensibilidade com zona morta.

Repetibilidade (repeatability) é quanto o instrumento possa repetir o ponto de atuação (“Set point”) sem acusar variação.

Ponto de atuação (Set Point) – variável de entrada que ajusta o valor desejado da variável controlada. O set point pode ser ajustado manualmente, automaticamente, ou ainda pode ser programado. Seu valor é expresso nas mesmas unidades que a variável controlada.

Linearidade – é a proporcionalidade entre a grandeza medida no elemento primário e a grandeza de saída do elemento secundário.

Fidelidade – é quando um instrumento apresenta fidelidade quanto aos resultados das medidas, não variando com o tempo.

Erro estático – é o desvio da leitura do instrumento em relação ao valor real de uma variável que não muda com o tempo. Um erro estático muito grande é indesejável, mas não muito prejudicial ao controle automático. Em geral, é mais importante que a variável seja mantida em um valor constante, do que um valor exato. O erro estático não interfere nesse caso.

A precisão é expressa normalmente em termos de erro estático do instrumento, e como uma porcentagem da sua faixa de medição, ou seja, do Span . Se dissermos, por exemplo, que um instrumento com uma faixa de medição que varia de 200 ºC a

1.200 ºC, tem uma precisão de + 0,25%, isto significa que seu erro estático em cada ponto da escala nunca excede de 2,5 ºC, isto é, 0,25% de 1200 menos 200.

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