Aspectos de Instrumentaç Instrumentação ão & Controle Automático de Processos
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Evolução Controle Automático de Processos “O Início da Instrumentação e Controle de Processos” 1778 17 78 - Watt att - Má Máqu quin inaa a va vapo por r 1878 187 8 - Max Maxwel welll - Teoria eoria / Contro Controlad lador or de Watt Watt 1930 19 30 - Ny Nyqu quis istt - 1º Livr Livro o sobr sobree Cont Contro role le
Evolução Controle Automático de Processos Controle Manual
Controle Manual DESVIO
VALOR DESEJADO
VALOR
(SET-POINT)
OBTIDO
+ 0 ERRO
TEMPO
• “O controle manual não permite a eliminação do erro, resultando em uma amplitude de variação excessiva do valor da variável que se deseja controlar”.
Instrumentação Pneumática O Tempo da Agulha (anos 40)
Custo elevado Operação dedicada Pouco flexível Manutenção Dispendiosa Limitação de distância Precisão reduzida
Fole -------------> Capacitor Mola -------------> Indutor
Telemetria À medida que os processos controlados se multiplicaram, surgiu a necessidade da operação se realizar à distância e de forma centralizada. Sensor Válvula de Controle
Controlador
Controle Local
Telemetria À medida que os processos controlados se multiplicaram surge a necessidade da operação à distância e de forma centralizada.
Sensor Controlador
Válvula de Controle
Os Painéis Centralizados
Instrumentação Ciência que aplica e desenvolve técnicas de medição, indicação, registro e controle de processos de fabricação, visando a otimização na eficiência desses processos. O uso de intrumentos em processos industriais visa a obtenção de um produto de melhor qualidade com menor custo, menor tempo e com quantidade reduzida de mão de obra.
A utilização de instrumentos nos permite: - Incrementar e controlar a qualidade do produto; - Aumentar a produção e o rendimento; - Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade produzida além de ter em mãos dados relativos à economia dos processos.
A Eletrônica entra em cena • 1947: A invenção do transistor revoluciona a eletrônica. • 1958: Surge o primeiro circuito integrado, possibilitando a compactação em escala ampla. • 1961: O primeiro circuito integrado lógico. • 1965: PDP-8, o primeiro computador digital largamente utilizado em controle de processos.
A Eletrônica Analógica +
-
• A instrumentação baseada na eletrônica analógica ganha força com o advento dos amplificadores operacionais. • A Smar lança seus primeiros produtos na década de 80.
Transmissores Analógicos TRANSMISSOR A 2 FIOS - Alimentação (24 Vdc) e comunicação (4 a 20 mA) no mesmo par de fios.
TRANSMISSOR A 4 FIOS - Alimentação e comunicação independentes. Alimentação (110 Vac): Saída digital Saída 4 a 20 mA
A Integração dos Circuitos Os circuitos integrados propiciam a redução dos equipamentos e baixam seu custo.
Esforço pela Miniaturização O Transmissor LD250 foi o primeiro produto da SMAR a se beneficiar dessa nova tecnologia de montagem que permitiu uma sensível diminuição de tamanho do equipamento (1988).
LD200
LD250
Os Circuitos Lógicos
•
•
Os computadores digitais empregam circuitos lógicos, a principio com componentes discretos e a seguir com circuitos integrados. Surgem os CLPs (Controladores Lógicos Programáveis), que substituem os relés nos comandos elétricos.
Controladores Programáveis • Dent Dentro ro des deste te con conce ceito ito,, em 1968 1968 surg surgira iram m os microcomputadores desenvolvidos especialmente para efetuar operações e controles lógicos sobre os equipamentos com possibilidade de reprogramação de suas funções; • Este Este equ equip ipam amen ento to esp espec ecia iall foi cha chama mado do de de PLC PLC (Programmable Logic Controller) ou em português, CLP Controlador Lógico Programável.
Controladore Contro ladoress Programá Programáveis veis - Aplica Aplicações ções Mais de 500 mil aplicações •
Automação em fábricas Indústria automobilística Sistemas de engarrafamento engarrafamento Sistemas de armazenagem
ex. BMW em
ex. Darboven Coffee,
Regensburg, Alemanha
•
Automação predial
Hamburg, Alemanha ex. Fábrica de garradas
Automação de tráfego Taunton, UK Aquecimento, ar-condicionado
• ex. Bibliothèque Nationale de France, Paris, França
• ex. Refinaria, Esmeralda, Equador
Automação de Processo Plantas de purificação Indústria química e petroquímica Indústria de papel e têxtil
e.g. Warsaw Subway, Sub way, Warsaw, Polônia
Indústria de geração e distribuição de Energia Plantas de geração
ex. Polymer storage tank, Scarborough, Canada
LC700 Smar
Painéis de Controle Centralizados À medida que os controles se tornam mais numerosos aumenta a complexidade das instalações.
Sistemas de Controle Distribuído
Redes de Comunicação Industrial Banco de Dados Dados
Supervisão
A outros níveis
REDE DE GERENCIAMENTO Rede de Planta Rede de Controle
REDE DE CONTROLE CONTROLE
Rede de Campo
REDE DE CAMPO CAMPO
Aspectos de Mercado % de respostas 100%
O uso de transmissores nos processos de controle.
Pressão 93% Temperatura Vazão 92% 88%
Nível
86%
80%
Condutividade/Resistividade
60%
60%
PH/ORP
48%
40%
Oxigênio
36%
Densidade
34%
Outros analíticos Multivariável
34%
28% Outros
20%
10%
Variável de processo Fonte: Revista Control Engineering 2002 - Transmitter Product Focus Study A somatória chega a mais de 100%, devido a múltiplas respostas.
MEDIÇÃO DE PRESSÃO
Pressão Se uma pessoa pisar na lama ou na areia fofa, nela será desenhada a marca das solas de seus sapatos. Isso acontece porque os pés da pessoa exerceram uma força sobre a superfície em que se apoiaram.
Pois bem, toda força, quando aplicada sobre uma área tem como resultado uma grandeza física chamada de pressão. Isso quer dizer que pressão é a força distribuída por uma determinada área.
Definição de Pressão Pode ser definida como sendo a relação entre uma força aplicada perpendicularmente (90º) à uma área e é expressa pela seguinte equação:
P = F A
10Kg
em que, P = Pressão F = Força A = Área 1 cm
Ex: 10Kgf/cm²
Pressão Atmosférica
É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.
Pressão Manométrica É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência. Ela pode ser chamada de pressão relativa positiva ou pressão relativa negativa.
1000 mmHg
1000 mmHg
Pressão Relativa Positiva É quando um sistema tem pressão relativa maior que a pressão atmosférica, tendo a sua indicação o valor positivo e não depende da pressão atmosférica local. Importante: Ao se exprimir um valor de pressão manométrica podemos colocar após a unidade a letra “g” ou não, conforme mostra o exemplo: Exemplo : 3 Kgf/cm2 g = 3 Kgf/cm2
1000 mmHg
1000 mmHg
Pressão Relativa Negativa ou Vácuo É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica, tendo a sua indicação o valor negativo e não depende da pressão atmosférica local.
Pressão Absoluta É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto. PRESSÃO PRESSÃO
MANOMÉTRICA
ABSOLUTA
( Positiva) 760 mmHg
PRESSÃO
PRESSÃO
MANOMÉTRICA
ATMOSFÉRICA
(Negativa ou Vácuo)
( REFERÊNCIA ) VÁCUO ABSOLUTO
0 mmHg
Pressão Absoluta Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou absoluta. Exemplo : 3 Kgf/cm2 a Pressão Absoluta 3 Kgf/cm /cm2 Pres Pressã são o Rela Relatitiva va
1760 mmHg
1675 mmHg
Dispositivos para Medição de Pressão Tubo Bourdon
Membrana ou Diafragma
Fole
Colunas de Líquido
P1 – P2 = h . dr Manômetro de tubo em “U”
Manômetro de Coluna Reta Vertical
Sensor tipo Capacitivo
Tubos Capilares Placas do Capacitor Diafragma Sensor Vidro Fluido de Enchimento Diafragma de Processo
Sensor tipo Capacitivo
• É o sensor mais utilizado em transmissores de pressão.
C = Capacitância Є = Constante dielétrica do meio existente entre as placas do capacitor. A = Área D = Distância entre as placas
Manifolds • Válvulas Manifolds podem ser instaladas com a finalidade de facilitar a manutenção do processo; – Equalização das câmaras do transmissor PT
PT
Manifold 3-Vias
Sistema de Selagem PROCESSO
SISTEMA DE SELAGEM MEDIÇÃO
• Chamamos de selagem em instrumentação, o sistema utilizado para isolar o fluído de um processo, do seu dispositivo de medição.
DISPOSITIVO DE
Sistema de Selagem Tubo Sifão
Sistema de Selagem Instalação de pote de selagem no tubulão superior da caldeira.
MEDIÇÃO DE NÍVEL
Medição de Nível O nível é uma variável importante na indústria não somente para a operação do próprio processo, mas também para fins de cálculo de custo.
Nível é a altura do conteúdo de um reservatório, que poderá ser um líquido ou um sólido.
Métodos de Medição de Nível Os três métodos básicos de medição de nível são:
MEDIÇÃO DIRETA - Réguas ou Gabaritos; - Visores de Nível; - Bóia ou Flutuador;
MEDIÇÃO INDIRETA - Displacer (empuxo); - Pressão diferencial (diafragma); - Borbulhador; - Capacitância; - Ultrassônico; - Por pesagem; - Por raio gama;
MEDIÇÃO DESCONTÍNUA - Chave de nível vibratória (diapasão); - Bóias; - Eletrodos;
Medição Direta 500 499 498
Régua ou Gabarito
497 496
2 1
Visores de Nível (vidro)
Tipo Tubular
Plano (Reflex ou Transparente)
LIQUIDO
VIDRO
GAS
VIDRO
Visores de Nível
• Os visores de nível se destinam exclusivamente à monitoração do nível de líquido ou da interface entre dois líquidos imissíveis, em vasos, colunas, reatores, tanques, etc. submetidos ou não à pressão.
Plano (Reflex ou Transparente)
Bóia ou Flutuador
Bóia ou Flutuador
Medição Indireta Medição de Nível por Pressão Hidrostática • A medição de nível por pressão hidrostática, esta baseada no Teorema de Stevin, que relaciona o nível de um reservatório com a pressão hidrostática gerada pela coluna líquida de produto dentro do reservatório.
P = h . dr
P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O h = nível em mm ou em polegada d = densidade relativa do líquido em relação à água na temperatura ambiente.
Medição de Nível por Pressão Hidrostática
Transmissores de Nível
Medição de Nível por Pressão Hidrostática Tanque Aberto m m 0 0 0 3 = h
d = 1,2
PL = Patm
Quando o nível estiver em 0%:
Quando o nível estiver em 100%:
PL = Patm PH = h . d + Patm PH = 0 . 1,2 + Patm PH = 0 mmH2O + Patm
PL = Patm PH = h . d + Patm PH = 3000 . 1,2 + Patm PH = 3600 mmH2O + Patm
∆P = PH – PL ∆P = 0 + Patm – Patm ∆P = 0 mmH2O
∆P = PH – PL ∆P = 3600 + Patm – Patm ∆P = 3600 mmH2O
Medição de Nível por Pressão Hidrostática Tanque Aberto (Supressão de Zero) m m 0 0 0 3 = h
Patm liq. = 1,2 m m 0 0 0 1 = 1 y
PL = Patm Aplicado somente para líquidos.
Medição de Nível por Pressão Hidrostática Tanque Fechado (Elevação de Zero) Ptopo m m 0 0 0 3 = h
líq. =
m = m 1 0 y h 0 0 4
1,2 m = m 1 0 y h 0 0 1
Aplicado somente para líquidos.
y1 e y2 = 1,0
RD400 – Transmissor Radar por Onda Guiada • O RD400 é um transmissor de nível inteligente com protocolo de comunicação HART, projetado para detectar níveis de líquidos, semi-sólidos ou sólidos em tanques através de uma sonda tipo cabo flexível, haste rígida ou coaxial.
RD400 – Transmissor Radar por Onda Guiada • Através de um gerador de radio-freqüência localizado no interior do equipamento, pulsos eletromagnéticos são guiados através de uma sonda em contato com o processo cujo nível se deseja medir. • As ondas, ao entrarem em um meio com constante dielétrica diferente, retornam pela sonda devido à mudança da impedância desse meio.
RD400 – Características e Operação • Tecnologia de medição de nível pelo princípio de Time Domain Reflectometry (Reflectometria no Domínio do Tempo - TDR); • Independe de variações de densidade e/ou temperatura; • Medições não afetadas por viscosidade, gravidade, gases no interior dos reservatórios e turbulência no processo; • Fácil instalação e manutenção; • Exatidão de ±7 mm; • Configuração remota via configurador HART® ou por ajuste local; • Cálculo de volume por linearização de tanques irregulares;
Componentes do RD400 » Carcaça - Contém toda a eletrônica do equipamento, ajuste local, terminais de conexão e display de cristal líquido. » Isolador - Isola o circuito eletrônico do processo e guia os pulsos pela sonda. Garante também a rotação da sonda.
» Guia ou Sonda - É através da sonda que os pulsos percorrem seu caminho rumo ao (ou vindo do) processo, sem perder potência.
RD400 – Tipos de Hastes
Medidor de Nível Tipo Ultra-Som
O ultrassom é uma onda sonora, cuja freqüência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é, acima de 20 KHz. Os Medidores de Nível tipo Ultra-Som utilizam ondas mecânicas de até 50KHz, emitidas por cristais.
• Baixo Custo; • Fácil Montagem e Manutenção;
Ultrassom Desvantagens Espumas e Bolhas; Vapores e Gases; Agitação, Turbulência; Incrustações e outros obstáculos internos;
RD400 – Transmissor Radar por Onda Guiada Ondas eletromagnéticas de 8,5 a 9,1 GHz, como o radar convencional, mas guiadas por uma sonda.
RD400 – Transmissor Radar por Onda Guiada Como funciona?
Ondas não sofrem interferência da poeira ao redor, ou de outras fontes que criem falsos ecos.
Considera-se apenas a medição na superfície total do produto medido.
O instrumento desconsidera os fatores que não podem ser ignorados pelos outros medidores, por causa do próprio princípio de funcionamento deles.
Selo Remoto • O SR400 é um selo remoto que permite ao transmissor fazer medidas em situações não permitidas a este. Os selos remotos disponíveis na série SR301 são: flangeado tipo "T", conexão flush, roscado, sanitário, flangeado com extensão. • O SR400 possui também os transmissores de pressão manométricos ou diferenciais sanitários que são utilizados para aplicações alimentícias ou onde as conexões sanitárias são necessárias.
MEDIÇÃO DE VAZÃO
Medição de Vazão Definição ? É a quantidade de fluído que passa por um determinado local, durante um intervalo de tempo.
Aplicações... ? A medição de vazão é aplicada onde se necessita conhecer a quantidade de produtos utilizados para dosagens, para fins contábeis (custódia) e também para a verificação do rendimento do processo.
Tipos de Medidores de Vazão Três tipos fundamentais de medidores de vazão: • Indiretos; • Diretos; • Especiais;
Medidores de Quantidade • Pesagem: Balanças • Volumétricos: Hidrômetros
Medidores de Quantidade - Pesagem
Medidores de Quantidade - Volumétrico Tipo Engrenagens Entrada
Saída
Posição 1
Posição 2
Posição 3
Posição 4
Medidores de Quantidade - Volumétrico
Medidores Volumétricos
Perda de Carga Variável Considerando-se uma tubulação com um fluido passante, chama-se perda de carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo flui do ao atravessá-la. As causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo, mudança de pressão e velocidade devido a uma curva ou um obstáculo, etc.
Medição por Elementos Primários A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma tal que o fluído passa através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão.
Placa de Orifício
De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar uma pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de orifício é a mais simples, de menor custo e portanto a mais empregada.
Placa de Orifício
Perda de Carga variável: Placa de Orifício Tipos de Placa de Orifício: Concêntrica: Este tipo de placa de orifício é utilizado para líquido, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.
Excêntrica: Este tipo de orifício é utilizado em fluido contendo sólidos em suspensão, os quais possam
Segmental: A placa de orifício segmental é destinada para uso em fluidos em regime laminar e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.
ser retidos e acumulados na base da placa; nesses casos, o orifício pode ser posicionado na parte baixa do tubo, para permitir que os sólidos passem.
Perda de Carga variável: Placa de Orifício Tipos Contorno de Orifício: Orifício com bordo quadrado: É empregado em tubulações maiores que 6”. Não é utilizada para medições de vazão de fluidos com número de REYNOLDS baixo.
Orifício com bordo arredondado: É utilizado para fluidos altamente viscosos onde o nº de REYNOLDS está em torno de 300.
Perda de Carga variável: Placa de Orifício Tipos Contorno de Orifício: Orifício com bordo quadrado e face da jusante em ângulo de 45º. É de uso geral. Orifício com bordo quadrado com rebaixo na fase jusante. É usado quando se requer uma grande precisão em uma tubulação menor que 4”.
Orifícios Especiais:
T i p o s d e T o m a d a s Legenda D - diâmetro interno da tubulação
Tomada Flange Taps
Tomadas Radius Taps Tubulações acima de 6”
Tomada Pipe Taps
Tubo Pitot O tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta colocada na direção da corrente fluída de um duto. A diferença da pressão total e a pressão estática da linha nos dará a pressão dinâmica, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.
Tubo Venturi “Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos convergentes, ganham velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos divergentes”.
Tubo Venturi O Tubo Venturi apresenta algumas vantagens em relação a outros medidores de perda de carga variável como: 1.
Boa precisão ( 0,75%);
2.
Resistência a abrasão e ao acúmulo de poeira ou sedimentos;
3.
Capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos em grandes tubulações;
4.
Permite medição de vazão 60% superiores à placa de orifício nas mesmas condições de serviço, porém com perda de carga de no máximo 20% do P. Algumas das desvantagens:
1.
Custo elevado (20 x placa de orifício);
2.
Dimensões grandes e incômodas;
3.
Dificuldade de troca uma vez instalado.
Bocal O Bocal de Vazão (Flow nozzle) é, em muitos aspectos um meio termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicação em serviços onde o fluído é abrasivo e corrosivo. Situada na tubulação com duas tomadas, permite a medição de vazões 60% superiores as de placa de orifício nas mesmas condições de serviço. A sua perda de carga é 30% a 80% da pressão diferencial. Sua principal aplicação é na medição de vapor com alta velocidade e fluidos que arrastam sólidos em pequena quantidade.
“V” Cone O medidor tipo “V” Cone que mede a diferença de pressão entre a pressão estática da linha e a pressão depois do cone.
Relação P x Q Q varia quadraticamente em função do P
Medição de Vazão Compensada
Qc K Pa Ta P Ppa Tpa
= vazão corrigida em % = constante = 10 = pressão de trabalho absoluta, bar = temperatura de trabalho absoluta, Kelvin = pressão diferencial em % = pressão absoluta de projeto, bar = temperatura absoluta de projeto, Kelvin
QC
K
Pa P TPa Ta PPa
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
Medição de Temperatura Conceitos Básicos TEMPERATURA: grau de agitação térmica das moléculas. ENERGIA TÉRMICA: é a somatória das energias cinéticas dos seus átomos. CALOR: é a energia em trânsito.
Definições PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar. CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto. TERMOMETRIA: termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria como a Criometria.
Conceitos
Pirometria: Medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar. Criometria: Medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto. Termometria: Termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria como a Criometria.
Meios de Transmissão de Calor • CONDUÇÃO • RADIAÇÃO • CONVECÇÃO
Escalas de Temperatura
Conversão de Escalas
°C = °F – 32 = K – 273 = R - 491 5
9
5
9
Medidores de Temperatura por Dilatação/Expansão 1 - Termômetro a Dilatação de Líquido Princípio de Funcionamento Os termômetros de dilatação de líquido baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado.
Fusão ( C)
Ebulição ( C)
Faixa de Uso ( C)
Mercúrio
-39
+357
-38 a 550
Álcool Etílico
-115
+78
-100 a 70
Tolueno
-92
+110
-80 a 100
Substância
°
°
°
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico) O termômetro bimetálico consiste em duas lâminas de metal justapostas, formando uma só peça e geralmente na forma helicoidal. Uma extremidade da hélice é fixa e a outra é ligada a um ponteiro que pode girar livremente sobre uma escala circular graduada
Termorresistência (RTD) Resistance Temperature Detector A termoresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua grande estabilidade e precisão. As RTD mais comuns são: Pt50, Pt100, Pt1000.
Por que Pt100 ? É a termo resistência que a zero graus Celsius possui uma resistência elétrica de 100
Cabeçote, Bloco de Ligação e Poço
Termopares
Fios
Selo
Bainha Óxido de Magnésio
Termopar
Junta de Medição
Termopares Quando dois fios compostos de metais diferentes são unidos em ambas as extremidades, e se uma dessas junções for aquecida, aparece uma corrente elétrica fluindo nesse circuito. (Efeito Seebeck) Metal A
Metal B
Este efeito foi observado por Thomas Seebeck em 1821.
Termopares Se o circuito for interrompido, verifica-se que a tensão Seebeck é função da temperatura da junção e da composição dos dois metais. Metal A
V Metal B
V=αΔT
Onde
α é o coeficiente Seebeck
Termopar
Termopar acoplado ao TT301 Smar
Tipo
T
J
E
K
Elemento Positivo
Cobre
Constantan
Ferro
Constantan
Chromel
Chromel
S
Platina Rhodio
10%
R
Platina Rhodio
13%
B
Platina Rhodio
Elemento Negativo
30%
Constantan
Alumel
Faixa de temp. usual
Vantagens
1) Oxidação do cobre acima de 310ºC.
- 184 a 70ºC
1) Resiste a atmosfera corrosiva. 2) Aplicável em atmosfera redutora ou oxidante abaixo de 310ºC. 3) Sua estabilidade o torna útil em temperaturas abaixo de 0ºC. 1) Baixo Custo. 2) Indicado para serviços contínuos até 760ºC em atmosfera neutra ou redutora.
1) Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante de 760ºC devido à rápida oxidação do ferro. 2) Utilizar tubo de proteção acima de 480ºC.
1) Alta potência termoelétrica. 2) Os elementos são altamente resistentes à corrosão, permitindo o uso em atmosfera oxidante.
1) Baixa estabilidade em atmosfera redutora.
1) Indicado para atmosfera oxidante. 2) Para faixa de temperatura mais elevada fornece rigidez mecânica melhor do que os tipos S ouR e vida mais longa doque o tipo J.
1) Vulnerável em atmosferas redutoras, sulfurosas e gases como SO2 e H2S, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições.
1) Indicado para atmosferas oxidantes. 2) Apresenta boa precisão a altas temperaturas.
1) Vulnerável à contaminação em atmosferas que não sejam oxidante.
0 a 760ºC
0 a 870ºC
0 a 1260ºC
Platina
0 a 1480ºC
1) Para altas temperaturas, utilizar isoladores e tubos de proteção de alta alumina.
Platina
Platina Rhodio
6%
Restrições
870 a 1705ºC
1) Melhor estabilidade do que os tipos S ou R. 2) Melhor resistência mecânica. 3) Mais adequado para altas temperaturas do que ostipos S ouR. 4) Não necessita de compensação de junta de referência se a temperatura de seus terminais
1) Vulnerável a contaminação em atmosferas que não sejam oxidantes. 2) Utilizar isoladores e tubos de proteção de alta alumina.
RTD – Resistance Temperature Detector Termorresistência ( RTD ) Sensor Fios de Platina
Isolador Selo
Óxido de Magnésio
Fios de conexão
Termorresistência (RTD) A termoresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua grande estabilidade e precisão. As RTD mais comuns são: Pt50, Pt100, Pt1000.
Por que Pt100 ? É a termoresistência que a zero graus celsius possui uma resistência elétrica de 100
RTD - Tipo Pt100
Ligação da RTD a Três Fios
Interligação ao Transmissor de Temperatura
Histórico História dos Transmissores de Temperatura da Smar TT 200 – Transmissor Analógico com 4/20 mA (1983) TT300 – Transmissor Inteligente de Temperatura com Protocolo Proprietário 4/20 mA (1988) TT301 – Transmissor Inteligente de Temperatura com Protocolo HART, Controle PID e 4/20 mA (1991)
SPG (Gerador de Set Point) Gerador de Set Point - 16 Pontos PID AI
SP%
SPG
PV% MV%
AO
(%) PV
t 50 n i o P t e S
20
4
5 Tempo
2
3 6
1
0
1
2.5
5
7.5
8 (min)
SPG (Gerador de Set Point) Gerador de Set Point - 16 Pontos Tabela do Gerador SP 1 2 3 4 5 6
(%)
4
50 t n i o P t e S
T (min) 0 1 2.5 5 7.5 8
SP (%) 0 20 20 50 50 0
5 Tempo
20
2
3 6
1
0
1
2.5
5
7.5
8 (min)
Características •
• TT301 Á prova de explosão Á prova de tempo Primeira escolha para medições críticas. Dual Housing Compartment: Robusto, seguro, confiável LCD: indicação local Ajuste local Medições Simples e Diferencial Auto-diagnósticos Configuração via CONF401 HPC301
TT411 Primeira escolha para monitoração Montagem em painel (trilho DIN) inúmeras opções em ambientes fechados Alta flexibilidade de instalação Compacto Medições: Simples, Diferencial, Média, Máxima e Mínima Sensor Matching(Callendar Van Dusen) Co-processador Matemático Fácil manutenção e troca Auto-diagnósticos Configuração via CONF401 e HPC301
Características • TT421 Fácil instalação em qualquer ambiente devido ao design simples e compacto. Montagem em cabeçote (poço) Medições: Simples, Diferencial, Média, Máxima e Mínima Sensor Matching (Callendar Van Dusen) Co-processador Matemático Fácil manutenção e troca Auto-diagnósticos Configuração via CONF401 e HPC301
Configuração O TT301 com protocolo HART® pode ser configurado por:
• CONF401 da Smar para Windows e UNIX; • DDCON100 da Smar para Windows e UNIX; • HPC301 da Smar utilizando o Palm; • HPC401 da Smar para os modelos mais recentes de Palms; • Ferramentas de configuração de outros fabricantes baseadas em DD (Device Description) ou DTM (Device Type Manager), tais como AMSTM,FieldCareTM, PACTwareTM, etc.; • HHT275 e HHT375; • Ajuste Local (Chave de Fenda Magnética);
TT400 HART ® SIS A Norma IEC61508 explica que Segurança é uma situação em que Riscos Inaceitáveis tem chance mínima de acontecer.
Segundo ela, Dano é uma situação em que há lesão física, de propriedade, ambiental ou financeira.
E ela também define que Risco é a propabilidade de que o dano ocorra. Depende da frequência com que ocorre e as consequências que o evento perigoso pode trazer.
TT400 HART ® SIS
Frequência
Severidade da Consequência
4
SIL 2
SIL 3
SIL 4
SIL 4
3
SIL 2
SIL 3
SIL 3
SIL 4
2
SIL 1
SIL 2
SIL 3
SIL 3
1
SIL 1
SIL 1
SIL 2
SIL 2
1
2
3
4
TT400 HART ® SIS Transmissor Inteligente de Temperatura com saída analógica 4-20mA e protocolo HART. Desenvolvido para Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS). Utiliza o microcontrolador de 16 bits HCS12, que permite diagnóstico de possíveis falhas na saída analógica 4-20mA. Certificado pela TÜV, da Alemanha, para uso em SIL2 (sem redundância) e SIL3 (com redundância) com condições de extrema segurança.
TT400 HART ® SIS Características Backup de Sensor Seletor de Entrada Callender Van Dusen (RTDs) Senhas Contador de Mudanças Dois conversores A/D para garantir a integridade do sinal. Hardware e software são otimizados para que o transmissor atenda completamente aos requisitos de segurança de um sistema SIS.
TT383 Transmissor de Temperatura Profibus PA 8 Canais / Sensores Precisão +/- 0,03% Comunicação a 2 ou 3 fios Aceita plataformas DD/EDDL e FDT/DTM Medição com Sensor Backup ou Diferencial Utilização em Aplicações com Segurança Intrínseca
TT383
Densidade
QualDevido é o mais à pesado? Densidade Por que? ρ ferro = 8 g/cm3 ρ água = 1 g/cm3
ρ = m V
Efeito da Temperatura A Densidade
é afetada pela Temperatura?
500g Leite
500g Leite
ρ = m V
Concentração
Quantidade de um certo elemento em uma solução ÁGUA
AÇÚCAR
Concentração de Açúcar?
2 8
= 0.25
= 25%
Teoria de Densidade Concentração
Conhecendo-se a densidade e a temperatura de um fluido é possível conhecer-se sua concentração, que é a quantidade de componentes dissolvidos ou de sólidos em suspensão, tais como: - Grau Brix - Grau Baumé - Grau Plato - Grau INPM - Grau GL - % de Sólidos - % de Concentração
Objetivo da Medição
Muitos processos industriais requerem medição contínua de densidade para operarem eficientemente e para garantirem qualidade e uniformidade ao produto final.
Teoria de Densidade Pressão Hidrostática Baseia-se no princípio de Stevin, onde a pressão exercida por uma coluna líquida varia diretamente em função de altura da coluna e da densidade do líquido.
P = h . Mantendo-se a altura constante, temos a variação da pressão apenas em função da variação da densidade.
DT301 - Método de Medição Pressão Hidrostática Aplicada para Nível Variável: P1 = ρ . g . (h1 +Δh)
h
h2+
h h1+
h
P2 = ρ . g . (h2 +Δh) P1 - P2 = ρ . g . [(h1 + Δh)
h
- (h2 + Δh)] ΔP = ρ . g . (h1 - h2) ΔP = ρ . g . h ρ = ΔP / g . h
Modelos
DT301S Modelo Sanitário Atende as especificações da norma 3A (FDA)
DT301I Modelo Industrial
Elementos Finais de Controle
A válvula de controle é o elemento final mais usado nos sistemas de controle industrial; Em sistemas de controle para gases e ar é também usado o “damper”, porém poderemos citar outros elementos, tais como: bombas, resistências elétricas, motorres, inversores, etc.
Componentes da Válvula de Controle
Corpo e Atuador
ATUADOR
Pneumático à mola e diafragma;
Pneumático a pistão;
Elétrico;
Elétrico - hidráulico e
Hidráulico.
Posicionadores de Válvulas
Posicionadores Smar Fampília FY Blocos Principais Carcaça Eletrônica Tampa de Ligação
Base do Piezo
Conjunto Intermediário
Bloco Pneumático Bloco do sensor Hall
Controle de Processo Contínuo
Trocador de Calor FLUIDO AQUECIDO
FLUIDO A SER AQUECIDO
VAPOR
CONDENSADO
PROCESSO INDUSTRIAL TÍPICO Variável Controlada: Meio Controlado: Variável Manipulada: Agente de Controle:
Temperatura Fluido Vazão Vapor
Representação do Controle Automático
ENTRADA DE ÁGUA FRIA
PV SAIDA DE ÁGUA QUENTE
PROCESSO
SP ENTRADA DE VAPOR
MV VÁLVULA DE CONTROLE
CORREÇÃO
CONTROLE
MEDIÇÃO COMPARAÇÃO
Onde está a medição?
Onde está o controle ? Onde está o controlador?
Resultante das Açoes de Controle PID DESVIO VALOR OBTIDO
+
VALOR DESEJADO (SET-POINT)
0 ERRO
TEMPO
“O controle automático permite através de sua ação a redução do erro, com um tempo de atuação e precisão impossíveis de se obter no controle manual”.
Definições em Controle Uma Malha de controle é Composta por 8 módulos distintos: 1 – Elementos Primários; 2 – Indicadores Analógicos, Digitais e Vídeo; 3 – Transmissores, Transdutores, Conversores, Interfaces; 4 – Linha de Transmissão; 5 – Registradores, Memória; 6 – Controladores; 7 – Elementos Finais de Controle; 8 – Sistema de Alarme e Segurança
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CD600 O CD CD600 600 é um poderoso controlador multiloop, que tem capacidade de controlar simultaneamente 4 loops (simples ou cascata) com 8 PIDs (4 com controle avançados) e com mais de 120 blocos avançados de controle.
O CD CD600 600 Plus é a evolução do controlador multiloop CD600 Smar . Utilizando uma eletrônica moderna e novas tecnologias , ele é menor , e mais poderoso que seu antecessor .
CD600 - HARDWARE Multi-loop
1 2 Controle de nível
Controle de Combustão
Controle de vapor Controle de Tiragem
3 4
TAG SP1 63.21 SP2 63.21 SP3 63.21 100 FAIL SP4 63.21 100 FAIL CYCLE 90 CYCLE 100 FAIL ADJUST 90 CYCLE 100 FAIL 80ADJUSTL 90 CYCLE ADJUST 80 L M 90 ADJUST 70 80 L M L 70L M L M 80 70 1 M 60L M L 60L M L M 70 2 60 M 50L M L 50L M L M 60 100 3 50 M 40L M 40 100 L 30M 50 40 4 M 100 30 40 100 50 20 30 50 20 30 5010 20 50 10 20 0 0 10 SP % PV MV 0 0 10 0SP% PV MV 0 MV 0SP % PV 0 SP% PV MV
1 1 122 233 344 4
DSP LP
L/R ACK A/M
smar
BLOCOS FUNCIONAIS Multifunções • Controles - Regulatório contínuo (PID) - Lógico ou discreto - De bateladas • Compensação de vazão • Geração de Setpoint • Totalização • Condicionamento de Sinais (Seleção, limitadores, alarmes e cálculos)
Controlador CD600 Smar
