Conceitos de Instrumentação e Controle em Processos Industriais, Notas de estudo de Energia

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CMP1104 - Instrumentação e Acionamento

Método Científico, Grandezas Físicas e Unidades

de Medidas

Prof. Raffael Costa de Figueiredo Pinto ECEC Escola de Ciências Exatas e da Computação

AULA 2

Referencia ao programa:

• Conceitos Preliminares e Medidores de

Grandezas Elétricas

• Conceitos de Instrumentação e Controle
  • Introdução
  • Método Científico
• Elementos de Instrumentação e controle
  • Definições e Conceitos Básicos
  • Processos
  • Grandezas Físicas
  • Elementos de sistemas de controle
    • Malha de Controle Referencia Bibliografia Básica: Capitulo 1, 2 e 3 Material de Apoio no site do professor

CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Introdução

EVOLUÇÃO das técnicas experimentais

instrumentos eletrônicos e controladores

inteligentes de processos.

Resumo → Medição é a base do processo

experimental

(Porem não basta conectar os cabos e ligar o(s) instrumento(s) para armazenar dados, eles podem gerar incoerências, mas o quer è exatidão da medida por ex. mau funcionamento, e ainda se os dados não forem adequados ao projeto ou coletados errados o experimento será perdido....

CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Introdução

Planejamento procedimentos experimentais

→ processo experimental bem

sucedido.

ou seja: Conhecimento dos princípios de instrumentação

planejamento criterioso dos procedimentos (metodologia)

→ EXPERIMENTO BEM SUCEDIDO

Método Científico

Determinar o problema Observar e coletar dados: MEDIR Elaborar hipótese Testar hipótese: desenvolver o experimento Avaliar resultados Fim? Elaborar conclusões Sim Não Procedimento genérico de método científico Conhecer o processo (Objetivo); Estimar as incertezas das medidas (tolerância); Conhecimento das variáveis físicas; Custo / tempo Aplicação de instrumento; Desenvolver o Experimento; Características do proc. físico X limitações dos dados coletados Analise dos resultados

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Definições e Conceitos Básicos
• A Instrumentação → trata do estudo, desenvolvimento, aplicação e operação dos instrumentos →conj de técnicas e ferramentas →observar, medir e registrar fenômenos físicos.
• Processos industriais → conjunto de operações continuas → equipamentos que modifica →característica física ou química do material envolvido (matéria-prima)
• Figura 1.1 – Esquema simplificado de um processo genérico. ENTRADA Matérias primas Energia Informação PROCESSO Equipamentos Instalações Sistemas Programas Mão-de-obra SAÍDA Bens Serviços Refugos Poluentes PERTURBAÇÕES

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Definições e Conceitos Básicos.
• Processo continuo
• matéria-prima (entrada) → fluxo cont. e longo→ produto final (saída)
• Um processo é dito continuo quando a matéria-prima (entrada) e o produto final (saída) fluem continuamente (por um período de tempo relativamente longo)
• Em geral, não pode ser parado repentinamente sem que ocorram perdas de matéria-prima ou danos nos equipamentos.
• Ex.: fabricação de vidro:
  • matérias-primas (sílica e gases) → (continuamente) → laminas de vidro
• Um processo também pode ser considerado como continuo, se ele e composto de uma repetição frequente de processos individuais idênticos.

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Definições e Conceitos Básicos
• Processo Ñ continuo
• matéria-prima (entrada) → fluxo c/ interrupções → prod. final (saída)
  • Processo em batelada (batch = lote )
  • Uma determinada quantidade de material é processada em passos unitários. A inserção das matérias-primas e feita em momentos distintos, sequencialmente. - Ex.: fabricação de pão:
  • matérias-primas (farinha, leite, ovos ...) →(para + sal... ) →pão
  • Processo de manufatura
  • a montagem de produtos que utilizam pecas prontas.
  • Ex.: indústria automobilística onde um veiculo e montado utilizando pecas prontas

CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO

• Grandezas Físicas (variável de medida, de instrumentação, de processo)

Classe de Variáveis:

Térmicas: temp.... Radiação: nuclear.... Força: torque... Elétrica: corrente, tensão.. De quantidade: massa, peso. De comp. Química: CO 2 De propriedade física: densidade. De Escoamento: Vazão. De posicionamento: posição, velocidade, aceleração e direção.

CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO

• Grandezas Físicas (variável de medida, de instrumentação, de processo) Valor de uma grandeza: expressão quantitativa de uma grandeza específica (valor e unid) ex. 1,5 metros Taxa de variáveis: variação em repetições em relação a um ponto / tempo.
• Para obter dados confiáveis → tempo é secundário
• V alor verdadeiro / compatível → Medição perfeita
• Valor verdadeiro indeterminado usa-se um valor

convencional (valor de ref.) p/ uma finalidade...

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Elementos de sistemas de controle
• Disturbios ou perturbacoes (DV)
• Ruidos....Grandezas cujo valor pode variar independentemente do operador ou do sistema de controle e que tendem a afetar desfavoravelmente o desempenho do processo.
• Variações que provocam desequilíbrio no processo.
• Seu controle direto é muito difícil, deve-se aprender a conviver com elas e ajustar o sistema de forma a compensar convenientemente sua influencia.
• Ex.:
• condições da própria operação,
• condições ambientais,
• desgaste dos equipamentos e instrumentos de medição,
• falha de equipamentos e fenômenos internos do processo, por exemplo, reações químicas indesejadas.

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Elementos de sistemas de controle
• Variável controlada ( variável de saída ) (CV)
• Parâmetro de um processo que representa a forma ou o estado desejado do produto (ou saída) que deve ser mantida constante / Variável limitada a uma faixa de valores
• Meio controlado → Energia ou o material no qual está a variável controlada.
• Referencia (set-point) ponto de ajuste
• Valor desejado da variável controlada, previamente estabelecido pelas necessidades do processo e que pode ser ajustado diretamente
• por um operador (controlador manual)
• ou indiretamente através de um controlador automático.

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Elementos de sistemas de controle
• Elemento primário ( detector, sensor ou transdutor ):
• Parte que “sente” a variável medida/controlada → fornece a condição ou “valor” da variável controlada/ medida/controlada.
• Elemento final de controle :
• Dispositivo que recebe o sinal de controle e altera o valor da variável manipulada de uma malha de controle, agindo proporcionalmente sobre ela.
• Válvula de controle:
• Dispositivo automático que regula diretamente a vazão de uma ou mais correntes do processo com a finalidade de se manter uma determinada variável controlada.
• É o tipo principal de elemento final de controle.

ELEMENTOS DE INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

• Elementos de sistemas de controle
• Derivação (bypass, desvio ou contorno ): l
• Ligação paralela que permite uma passagem “lateral” do fluxo ou do sinal considerado. Contorno da válvula e a ligação paralela que permite desviar o fluxo, isolando a válvula de controle.
• Rele:
• Dispositivo eletromagnético acionado por um sinal elétrico que conecta / desconecta Circuitos
• .Função:
• Objetivo ou ação desenvolvida por um instrumento ou dispositivo.