Home

Apostila de Fundamentos de Instrumentação e Controle

1. 159 Incerteza USO MSC qaspa Na 159 Expressao da Incerteza da MEDI O RD ma o a S 160 13 Uso de Instrumentos El tricos em reas Perigosas rare 161 Classifica o de AMC a a 161 Prova Re 161 Seguran a d a 162 i usu am ta a gi 163 Instrumenta o e Controle pag 4 1 Conceitos Instrumenta o o ramo da engenharia que trata do projeto fabrica o especifica o montagem opera o e manuten o dos instrumentos para medi o e controle das vari veis de processo industrial Um processo em geral uma instala o ou um local onde s o introduzidos material energia e insumos que s o processados para se obter um produto final de qualidade al m de res duos e efluentes a serem descartados tratados ou reciclados por outro processo Interessa nos especialmente o processo continuo ou seja onde essas coisas acontecem continuamente As informa es do processo precisam ser adquiridas e transmitidas at um local confort vel normalmente uma sala de controle onde o elemento humano possa tomar as decis es e interferir no processo para atingir o seu objetivo al m de consultar dados hist ricos e executar quaisquer a es sobre o sistema Entradas
2. 5 5 Instrumenta o e Controle pag 69 8 Controle As teorias de controle s o t o antigas quanto a pr pria instrumenta o Do ponto de vista da produ o o processo geralmente tomado como o lugar onde materiais e energia se juntam para produzir um produto desejado Do ponto de vista de controle o processo identificado como tendo uma ou mais vari veis importantes o suficiente para que seus valores seja conhecidos e controlados Os instrumentos se prestam principalmente ao controle de processo As vari veis s o porquanto medidas com objetivo de controlar manual ou automaticamente o processo Interessa nos O processo continuo automaticamente controlado onde entra de um lado a mat ria prima e sai do outro lado produto final continuamente Do ponto de vista do controle as vari veis de processo s o classificadas como vari vel controlada e vari vel manipulada F A vari vel controlada aquela cujo valor se deseja manter dentro de determinados par metros A vari vel manipulada a escolhida para sofrer a atua o do controle Uma terceira vari vel s o os dist rbios do processo provocados por varia o de carga energia da opera o e outros Controlar um processo significa obter os resultados desejados dentro dos limites de toler ncia estabelecidos Quando houver um dist rbio a vari vel deve retornar ao ponto de ajuste dentro de um te
3. um Instrumento n o ajust lo Amplitude nominal span Diferen a em m dulo entre os dois limites de uma faixa nominal Exemplo Para uma faixa nominal de 10V a 10V a amplitude da faixa nominal 207 Observa o Em algumas reas a diferen a entre o maior e o menor valor denominada faixa O VIM sugere que amplitude nominal amplitude da faixa e span s o a mesma coisa Calibra o aferi o Conjunto de opera es que estabelece sob condi es especificadas a rela o entre os valores indicados por um instrumento de medi o ou sistema de medi o ou valores pag 148 representados por uma medida materializada ou um material de refer ncia e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padr es Observa es 1 O resultado de uma calibra o permite tanto o estabelecimento dos valores do mensurando para as indica es como a determina o das corre es a serem aplicadas 2 Uma calibra o pode tamb m determinar outras propriedades metrol gicas como o efeito das grandezas de influ ncia 3 O resultado de uma calibra o pode ser registrado em um documento algumas vezes denominado certificado de calibra o ou relat rio de calibra o A calibra o n o pressup e portanto nenhuma interven o no instrumento ajustes manuten o limpeza etc apenas uma verifica o sistem tica que gera um relat rio Um
4. Fig 6 6 pag 64 resultar maior ou igual ao di metro da tubula o certamente alguma coisa est errada ou com o dimensionamento da tubula o ou com os dados utilizados para o c lculo da v lvula Normalmente a v lvula resulta num di metro ligeiramente inferior ao di metro da tubula o entre 0 5 e 1 vez o di metro da tubula o Para v lvulas de controle de grande di metro o comum que ela seja menor que a tubula o Uma redu o no di metro da tubula o para instala o da v lvula correto L quidos Para l quidos podemos observar independ ncia da press o do fluido por ser o l quido incompress vel na equa o simplificada 27 vaz o m h 3 p massa espec fica em kg m AP Perda de press o em kgf cm Exemplo Deseja se dimensionar uma v lvula globo para leo nas seguintes condi es Vaz o 10000 kg h Massa espec fica 840 kg m Press o de entrada 2 5 kgf cm AP 0 2 kgf cm A vaz o deve ser convertida para m h Q 10000 840 11 9 m h 28 27 0 2 Na tabela do fabricante encontramos polegadas integral rea reduzida 2 Fonte Hiter S rie 85 Poder amos escolher a v lvula de 17 com rea integral ou a v lvula de 2 com rea reduzida Instrumenta o e Controle Nesse caso de v lvulas globo interessante bu
5. ao conhecemos seu n vel interno podemos concluir que a medida do comprimento em rela o press o zero sem press o est ligeiramente inferior ao correspondente verdadeira press o O fator de corre o pode ser facilmente deduzido como sendo d F SE que deve multiplicar o comprimento lido para obtermos o valor correto d o di metro do tubo transparente e D o di metro do reservat rio Quando o equipamento fabricado podemos a priori corrigir a r gua calibrada dividindo toda a sua escala pelo mesmo fator Num instrumento adquirido de um fabricante poderemos verificar se a escala est corrigida medindo a com uma boa trena Instrumenta o e Controle Por exemplo se o reservat rio tem um di metro de 80 mm e o tubo visor 5 mm o fator valer 52 e gt 1 0039 80 que em dois metros por exemplo provocar uma diferen a de cerca de 8 mm perfeitamente detect vel Podemos medir v cuo com uma coluna desse tipo Para 1550 bastar aplicar a press o no topo da coluna e abrir para a atmosfera a entrada do reservat rio As mesmas corre es que consideram a massa espec fica em fun o da temperatura e a acelera o da gravidade local devem ser feitas Para sermos rigorosos deveremos tamb m compensar a diferen a de coeficientes de dilata o do reservat rio e do vidro do visor Seria vi vel uma coluna de gua medir uma press o pr xima de 1 kgf
6. figura 1 5 PLC no Controle e Processos As linguagens de programa o desenvolvidas para os PLC s o fundamentalmente representados de tr s formas redes de contatos similar aos esquemas el tricos de reles e contatores blocos funcionais similares aos esquemas de circuitos digitais AND OR XOR etc e em lista de instru es mnem nicas similares aos programas escritos assembler sendo assim foram bem aceitos por ATUADORES pag 8 t cnicos em manuten o n o envolvidos nem treinados com t cnicas de programa o avan ada de computadores Cabe destacar a vantagem que introduzem os PLCs com a redu o do tamanho dos arm rios de controle e a diminui o de falhas permitindo mudar os sistemas de controle a reles contatores com um menor custo de instala o e manuten o O uso de Sistemas de Controle Distribu do com Supervis o Digital Centralizada SCADA hoje constitui a t cnica mais atraente para a maioria dos sistemas de controle industrial Sistemas SCADA Os sistemas do tipo SCADA possuem v rios n veis para o tratamento da informa o do processo cujo n mero e complexidade da estrutura depende da aplica o e grau de automa o desejada para cada caso A estrutura dos Sistemas SCADA concebida em forma piramidal como se mostra na figura 1 6 No Primeiro n vel mais pr ximo do processo aparecem dispositivos de transmissores v lvulas autom ticas
7. Dose absorvida gray Gy Equivalente de dad Sy dose Tabela 9 Prefixos e fatores de multiplica o 10 1 000 000 000 000 000 000 peta P 10 1 000 000 000 000 000 10 1 000 000 000 000 10 TE Sa 6_ a exa E 107 0 1 10 0 01 10220 01 107 0 001 107 2 0 000 000 000 001 1018 0 000 000 000 000 000 001 Instrumenta o e Controle Nomenclatura Oficial Apesar de utilizarmos diariamente termos como precis o calibra o erros e outras palavras do nosso vocabul rio t cnico necess rio atentar para o fato de que existe uma padroniza o No Brasil o INMETRO publica o Vocabul rio Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia VIM que busca a padroniza o da terminologia adequado ao vocabul rio internacional Seguem se alguns termos mais importantes para a instrumenta o com suas defini es e coment rios Os textos em it lico correspondem a transcri es fi is do VIM 2 edi o 2000 Foram organizados em ordem alfab tica para facilidade de consulta Outras defini es que n o s o registradas aqui podem ser observadas diretamente no documento original do INMETRO Ajuste de um instrumento Opera o destinada a fazer com que um instrumento de medi o tenha desempenho compat vel com o seu uso Observe que o termo calibra o definido adiante inclui t o somente o levantamento dos erros do instrumento
8. Utilize um outro bloco para determinar a press o de COG na fonte Controlador 1 FIC 102 Ta Controlador 2 PIC 102 Press o de G s Misto 0 a 1000 Ta 22 PT 102 Press o de G s Misto Controlador 3 FIC 103 S 47 fy 102 Somador Tag 23 FT 103 Vaz o de BFG Instrumenta o e Controle Controlador 4 PIC 103 Ta Controlador 5 43 FY 104 SP de COG Controlador 6 Nm3 h mmca mmea ___ Controlador 7 Processo 1 FT 102 Vaz o de Gas Misto Esse processo 1 representa a vaz o de g s misto Foi utilizada uma equa o linear por m multiplicada pela raiz quadrada da press o de g s misto M22 Processo 2 PT 102 Press o de G s Misto Nenhuma 0 1 Fun o Int 0 8333 M23 0 4167 M26 0 05 Fun o Ext O O processo 2 representa a press o de g s misto E um processo inst vel j que a press o do g s pag 142 no trecho confinado entre as v lvulas de controle de gases e esse transmissor depende da quantidade de g s existente dentro dele Essa quantidade de g s no trecho confinado corresponde integral da vaz o de g s que entra menos a vaz o que sai Na entrada est o M23 COG M26 e GLP M27 cuja soma feita de forma ponderada em fun o da escala de cada um deles subtra da ent o a vaz o de sa da M21 feita a Integra o com fun o externa nula Processo 3 Descri o FT 103 Vaz
9. exemplo deste exerc cio Selecione Novo Arquivo no menu suspenso Entre na tela de configura o e selecione a figura TanqueFB bmp e selecione desde j um controlador Feche a janela Selecione o controlador e posicione o pr ximo ao desenho do controlador de n vel In cio de Escala 0 o E RR SR o Selecione outro controlador e posicione o pr ximo ao desenho do controlador de vaz o In cio de Escala 0 _____ BY lo JS SPR Eos Introduza agora um novo Processo e posicione o pr ximo da v lvula de controle de entrada 0 01 X X Introduza um novo processo e posicione o sobre o tanque E ts Entrada Fun o interna Fun o externa Deixe para depois as demais configura es Introduza um novo Processo e posicione pr ximo v lvula de controle de sa da FT 102 Vaz o de Sa da EE 02 FIC 102 Vaz o de Sa da 0 01 Retorne aos dois controladores determine as suas PV s pag 131 In cio de Escala 0 SR o In cio de Escala 0 SR Agora a quest o de determinar a fun o de transfer ncia do processo N vel Vamos analisar o modelo matem tico considerando que tanto a vaz o de entrada quanto a de sa da variam de O a 100 Litros por minuto e que o tanque tenha um determinado volume por exemplo 100 litros O volume do l quido existente dentro do tanque pode ser avaliado como o volume que entrou menos o
10. Observe o comportamento do sistema O ru do n o varia necessariamente numa faixa de 20 devido ao amortecimento das constantes de tempo do processo e da rea o do pr prio controlador Salve o sua aplica o como Exerc cio 7 Instrumenta o e Controle Exerc cio 8 Utilize o mesmo exercicio 7 e altere a figura de fundo para TanqueFF bmp Introduza um bloco de c lculo e posicione o pr ximo do s mbolo do somador M01 M23 50 Determine um SP remoto para FIC 101 como sendo 41 FY 101 Somador Apenas para introduzir um Tag altere descri o do processo de vaz o de entrada para FT 101 Vaz o de Entrada Temos ent o um controle de n vel a 3 elementos Introduza um novo texto animado pr ximo do transmissor de vaz o de entrada Vaz o de Entrada Casas decimais i Fram uram E 1 02 s NJ LIL H e A FIA 06 a rra 102 figura 11 22 apar ncia da tela deve ser semelhante figura 11 22 Salve como Exerc cio 8 In meros outros exemplos de aplica o podem ser gerados e implementados Fa a outros exemplos a partir do seu conhecimento pag 134 Instrumenta o e Controle pag 135 Importando Um Processo Real Uma utilidade pr tica do programa de simula o a possibilidade de simular um processo real
11. Processo e ganho adaptativo do controlador substitu do por valores do pr prio processo no primeiro caso ou pelo valor absoluto do erro no pag 117 segundo caso antes de ser enviado ao interpretador S Letra S mai scula Esse formato utilizado somente pelo ganho adaptativo dos controladores e substitu do pelo valor do Set Point do pr prio controlador antes de ser enviado ao interpretador V Letra V mai scula Esse formato utilizado somente pelo ganho adaptativo dos controladores e substitu do pelo valor da vari vel PV do pr prio controlador antes de ser enviado ao interpretador gt Sinais de maior e menor S podem ser utilizados pelos Blocos de C lculo e uma s vez na equa o O bloco interpreta o valor da express o antes e depois do sinal e escolhe o maior ou menor resultado P ex 125 gt 35 resultar em 125 00 que o maior argumento A ordem de execu o ser a partir do interior dos par nteses a exponencia o a divis o a multiplica o soma e a subtra o Exemplos v lidos M01 M02 100 0 2 equivale a E x 100 0 2 21 0 5 equivalea VM21 M23 M22 M21 1 0 5 equivale M23 M22 21 1 M21 gt M41 M42 0 75 sa da ser maior resultado entre os dois argumentos Pode se abusar dos par nteses por garantia exponencia o deve ser evitada pois ela n o admite argumentos negativos Se for necess
12. S 96 Controle Preferencial asas stilo hiya au ahi 97 LOS intoma de 98 Processos estaveis e mstaveis u runsu D ua au 98 Determina o da ordem de grandeza dos Para metros 99 Escolhada estrutura do controlador an a Gn ug 102 Metodos desintoni de Controladores ss ssa sas na 103 M todo da identifica o do processo atrav s da resposta a um degrau 104 Nietodode Ziegler e Nicholsuuuuu uu k n a u 108 Um Metodo de Ident uu T ua tuw 110 PROCESSO E sive 110 Processo STA ve 111 a 111 Simuldc o de Processos uuu uu uyum a u a 113 O E 114 O ProCana buena 116 O mterpretador 117 OC au 119 E DLOCON O E 121 O Bloco C k u
13. Sensores de press o temperatura n vel vaz o pressotatos temostatos chaves etc A qualidade do produto inclui n o s as suas caracter sticas intr nsecas para consumo mas tamb m outros aspectos como custo quantidade prazos de entrega seguran a do homem e do equipamento preserva o do meio ambiente e qualidade de vida das pessoas que E E E Sistema de Controle Indica o Registro Controle ali trabalham ou vivem na comunidade onde o processo est inserido As principais fun es da instrumenta o est o relacionadas com a qualidade e quantidade de produtos fabricados com seguran a e sem sub produtos nocivos O controle autom tico possibilita exist ncia de processos extremamente complexos imposs veis de existirem apenas com controles manuais Quanto melhor a qualidade do produto desejado menores devem ser as toler ncias de suas propriedades Quanto menor a toler ncia maior a necessidade de instrumentos para medi o e controle autom tico As quantidades das mat rias primas utilidades e produtos finais devem ser medidas e controladas para fins de qualidade balan o de custo e do rendimento do processo Os instrumentos devem fazer a indica o registro e controle de modo cont nuo e repetitivo Raecidiins lt Sa das Atuadores solen ide variadores velocidade posicionadores contatores etc
14. es de di metro pequeno Por isso o conjunto flanges mais placa deve ser adquirido do completo e montado do fabricante da placa Com isso asseguramos as corretas dimens es c lculos e garantias Tomadas de raio consiste na tomada de alta press o a um di metro interno da tubula o a montante da placa e a tomada de baixa press o est a 0 5 di metro interno da tubula o depois da placa Esse tipo de tomada preferencial para grandes di metros de tubula o Ela oferece ainda a vantagem de n o ser necess rio reposicionar as tomadas caso a placa venha a ser substitu da As dist ncias de 1 0 di metro e 0 50 di metro devem ser tomadas a partir da face montante da D 0 5D gt Fia 5 11 placa e devem ser consideradas com as juntas Tomadas em Vena Contracta cuja press o alta localizada a 1 di metro da tubula o montante e a tomada de baixa est a uma dist ncia da placa calculada em fun o do da placa de orif cio ver tabela Esse tipo de tomadas procura obter o m ximo de press o diferencial e utilizada em geral lt D pel P tomada aJusante tomada a jusante Fig 5 12 Instrumenta o e Controle pag 47 em fluidos cuja press o baixa a Trecho Reto montante Trecho Reto
15. 25 E 105 2 110 2 Manifold de 3 vias As recomenda es para instala o dos transmissores de press o diferencial s o as mesmas j discutidas para transmissores de Instrumenta o e Controle press o Por m um acess rio chamado manifold de 3 vias recomendado O manifold de 3 vias um conjunto de 3 v lvulas duas que permitem isolar o transmissor de press o diferencial do processo e uma terceira que coloca em contato as duas c maras Esse conjunto prov facilidade em testar o zero do instrumento al m de isol lo do processo para eventual manuten o Posi o das Tomadas Quanto posi o das tomadas as mais utilizadas s o Tomadas no flange a press o medida atrav s de um orif cio feito diretamente na borda do flange at a face da placa de orif cio a uma dist ncia padronizada de 1 uma polegada da face da placa As placas de orif cio com tomadas no flange s o mais comumente utilizadas em tubula es de pequenos di metros em geral de uma a quatro 1 1 T Fia 5 10 polegadas As tomadas s o executadas no flange em rosca 1 2 NPT ou BSP usualmente pag 46 Os tubos das tomadas de press o s o em geral de 6 ou 12 mm de di metro dificultando a sua execu o em tubula
16. 30 799 6 699 7 218 270 42 283 31 214 6 805 7 339 _ 2782 42 922 31 629 6 913 7 460 2855 43 563 32 042 7 020 7 582 _ 2928 44 207 32 455 7 128 7 703 3003 23 386 24 174 24 964 25 757 26 552 27 348 28 146 28 946 29 747 30 550 31 354 32 159 32 965 33 772 34 579 35 387 36 196 37 005 37 815 38 624 39 434 40 243 41 053 41 862 42 671 43 479 44 286 45 093 45 900 46 705 47 509 48 313 49 116 49 917 50 718 51 517 52 315 53 112 53 908 54 703 55 497 56 289 57 080 57 870 58 659 59 446 pag 34 Instrumenta o e Controle pag 35 x 800 _ 45498 33277 7 345 7 949 3154 61017 810 46 144 33686 7454 8072 _ 3231 61801 x 820 46790 34 095 7 563 8196 _ 3308 62583 __ 80 47434 34502 7 672 8320 3387 63 364 840 48 076 34 909 7 782 8445 3466 64144 48 716 35 314 7 892 8570 3 546 64 922 860 _ 49 354 35 718 8 003 8696 3626 65 698 870 49 989 36 121 8114 8 822 3708 66473 880 50 621 36 524 8 225 8949 3 790 67 246 890 51 249 36 925 8 336 9 076 _ 3 873 68 017 51 875 37 325 8448 9 203 3957 68 787 52 496 37 724 8 560 9 331 _ 4041 69 554 53 115 38 122 8673 9460 4126 70 319 ___ 90 _ 53 729 38519 8786 9 589 4 212 71082 ___ 90 54341 38915 8 899 9718 4 298 71844 ___
17. 40 84 27 160 161 04 480 274 22 88 22 164 76 92 16 168 46 280 90 f 96 09 A a Topologia a 3 fios Topologia a 4 fios Fia 3 7 ao instrumento receptor cancelar o efeito da resist ncia dos cabos Se utilizados s dois fios devemos limitar a dist ncia de transmiss o de sinal a cerca de 3 a 5 metros A forma construtiva das termo resist ncias e dos termopares bastante semelhante Em ambos os casos pode ser conveniente a utiliza o de po os met licos para proteger o elemento sensor contra a agressividade do Res do cabo Res do cabo DIS Termo Resist ncia Res do cabo Fig 3 8 fluido ou mesmo para facilitar a sua retirada para manuten o sem expor o processo 201 29 310 38 204 88 313 59 88 600 313 Eq K d Pq sss sss Pod 260 19769 580 30745 ss q HS ES Po q Termo resist ncia Fig 3 9 A Rascada Instrumenta o e Controle pag 38 4 N vel O n vel a medi o indireta do volume ou quantidade de material l quido eventualmente s lido contido em um reservat rio ou vaso qualquer A medida do n vel a do comprimento linear e pode s vezes ser convertido em volume de forma direta em casos de reservat rios regulares ou linearizado para outros casos Os medidores de n vel mais simples s o os visores de n vel que apresentam uma visualiza o
18. Interface com o Operador figura 1 1 O Controle autom tico economiza energia pois elimina o superaquecimento de fornos fornalhas secadores e permite operar equipamentos com o minimo de desperd cio Os instrumentos garantem efluentes limpos e inofensivos v lvulas de controle v lvulas Instrumenta o e Controle Os instrumentos protegem equipamentos e vidas Medir um conceito muito amplo Todas as a es de m quinas ou dos homens com objetivo de obter um produto final adequado qualidade desejada partem da medi o Medimos para conhecer vari veis e a partir desse conhecimento executarmos ou n o a es corretivas Em geral medimos vari veis no nosso processo para Indicar Controlar ou Registrar As fun es mais importantes dos instrumentos s o O sensor a transmiss o a convers o a indica o o registro o controle o alarme a computa o anal gica e a atua o manual A grande maioria da instrumenta o se concentra em quatro vari veis Press o Temperatura N vel e Vaz o Uma pequena parte se preocupa com outras vari veis especialmente as anal ticas PH umidade condutividade densidade posi o movimento an lise etc Em geral n o poss vel conhecer a vari vel a ser medida que n o atrav s de algum fen meno f sico ou qu mico associado Da o conceito de Sensores transdutores e transmissores Sensores s o elementos b sicos de interface entre
19. Reservat rio de leo Man metro sob teste Pist o E mbolo Cilindro B arra roscada Volanie E Fig 2 12 Como a rea do cilindro conhecida e os pesos s o corretos e certificados a press o ser dada pelo valor dos pesos dividido pelo valor da rea Tamb m para sermos rigorosos necessitamos levar em considera es todas as influ ncias ou incertezas relativas acelera o da gravidade local a rea do cilindro e sua varia o com a temperatura o empuxo do ar em fun o de sua pag 19 massa espec fica a incerteza dos valores dos pesos que devem ser certificados os crit rios e procedimentos adotados fig 2 13 Bomba de compara o Instrumenta o e Controle pag 20 Folha de Dados para man metros t pica TAG PI 101 PI 102 PI 103 Press o de de Dilui o Press o BFG Geral Press o GLP Geral SERVI O Geral E C C Classifica o da rea j Jog Material do Corpo C j 7 C j Conex es de Entrada 1 2 NPT reta 1 2 NPT reta 1 2 NPT reta O O f f EEE E Press o difer manom Material do sensor Range 0 1000 mmca 0 2000 mmca 0 5 kgf em Di metro do Mostrador Ex E Jos C 5 C j C O Doo dj ooo od E O E C _ _ Acess rios de fixa o Dispositivo de Selagem Fluido JArdeDilui o G s de Alto Forno 500 mmea 150 kPa Di metro tubula o 1 102 Peso Espec fico 1 3 Kg Nm 1
20. a a 56 Medidores de 57 Medidores Massico ou Con OS u aa du 58 Me didotres de Rodas 59 L a C uuu xu 60 Dimensionamento de V lvulas de Controle 63 SIDO O PA 66 N 69 Controle Tudo ou Nada Cabo Mousse 69 Controlador Proporcional Chata 71 C o iroladopintepihb tPlyux e RP A NR 75 Controlador Proporcional Integral e Derivativo PID aaaassssssssssssssssssssa 78 Esttutura de Contiolipi uyu 2 a 80 DIAS dO C op O u wau 85 C ontiols Cod uuu das et m NE 86 suytu up O 87 li aa Da kuku 88 uuu ad A m a P EI 89 LO lo 93 Controle em Split Range
21. aquela necess ria para sustentar a coluna l quida e portanto proporcional ao n vel Uma pequena v lvula agulha permite ajustar a vaz o de ar figura 4 4 Nessa instala o devemos ajustar a vaz o para um valor m nimo suficiente para gerar algumas bolhas por unidade de tempo uma ou duas por segundo Um regulador de press o de ar ou nitrog nio deve ser regulada montante da restri o com um valor muito superior ao necess rio para vencer o n vel m ximo de duas a dez vezes em caso de tanques muito elevados pode ser at dispens vel a reguladora A instala o deve ser estanque sem vazamentos f cil testar a estanqueidade apenas fechando a entrada de ar completamente e observando durante algum tempo se a indica o de n vel N o deve cair significativamente L E pouco prov vel que o tubo medidor venha a ser obstru do posto que h uma constante vaz o de ar pelo tubo e caso venha a ser obstru do a press o no seu interior 1 tender para a press o m xima dispon vel na reguladora de press o Da a import ncia de uma boa press o de ar na fonte pag 39 Em caso de suspeita de obstru o podemos abrir temporariamente a vaz o de ar provocando um turbilh o que denunciar a sua desobstru o Outros tipos de transmissores de n vel s o dispon veis no mercado O Transmissor de n vel por sonda capacitiva utiliza se de uma haste longa introduzida no l quido
22. eo 12 x 25 4 Obs Os dados de c lculo e dimens es s o preliminares O fabricante deve executar e apresentar os c lculos e folhas de dados para aprova o Do lado montante da plaqueta de identifica o gravar de forma indel vel Tag B d D e material da nlaca POR Paulo VER APROV DATA 03 01 00 REV A Instrumenta o e Controle A folha de dados de placa de orif cio um documento de projeto com objetivo inicial de passar as informa es ao fabricante que ir calcul la ou a outros interessados Por m a partir do momento em que adquirida devemos atualizar os seus dados para faz los coincidentes com a placa fisicamente Quando assim o fazemos a folha de dados se torna um documento final que ser til em futuras manuten es ou substitui o A seguir coment rios sobre as principais informa es contidas na folha de dados Tag Servi o e Local s o informa es que objetivam identificar a placa de orif cio de forma que n o haja d vidas Fabricante uma informa o que inicialmente n o deve constar j que por quest o de tica a licita o ou tomada de pre os para sua compra deve ser imparcial Efetuada a compra a atualiza o da folha de dados importante A vaz o m xima o valor de fim de escala do instrumento ou sistema supervis rio que 1 receber a informa o de vaz o Por uma quest o de facilidade de leitura d
23. jusante ponto de ser cr tico o AP precis o da medi o principalmente para extrapola o privilegiada gt E Tomadas de Canto Existe tamb m a chamada Corner Taps tomadas de canto onde as tomadas s o executadas Dist ncias M nimas montante da placa em di metros da tubula o junto placa dist ncia zero a E o E Curva z As tomadas de canto s o feitas no Simples mesmo Redu o completamente plano aberta flange como as flange taps por m o canal que busca o fluido desviado de forma a tom lo rente placa S o tamb m em geral adquiridas juntos a placa e o flange Tomadas no tubo ou Pipe Taps cuja tomada de alta press o est a 2 5D e a de baixa a 8 As tomadas 2 2D 8D s o tipicamente para a medi o da press o diferencial permanente S o pouco utilizadas Instala o A instala o da placa de orif cio e seu transmissor de press o diferencial devem seguir crit rios e exig ncias que lhe garantam a performance adequada da medi o Al m do rigor da posi o das tomadas devemos nos atentar quanto exist ncia de suficiente comprimento de trecho reto tanto montante quanto jusante O trecho reto de tubula o aquele no qual n o h acidentes como curvas v lvulas Fig 5 14 A tabela da figura 57 mostra as dist ncias redu o ou aumento do di metro da tubula o ou qualquer elemento capaz de altera
24. 13 922 7 308 __ 14 50 990 12 671 14 062 __ 744 __ 420 __ 51344 12 792 14 202 _ 7521 __ 124 _ 51697 12 913 14 343 _ 7628 __ 129 52 049 13 034 14 483 _ 7736 Instrumenta o e Controle pag 36 __ 100 52 398 13 155 14 624 _ 7 845 1310 52747 13 276 14 756 7953 __ 132 53 093 13397 14 906 8063 1330 53439 13 519 15047 8172 __ 13404 53 782 13 640 15188 8283 1350 54125 13 761 15 329 8393 _ 1360 54 466 13 883 15470 8504 1370 54807 14 004 15611 _ 8616 1380 jJ 14125 15752 8727 1390 1424 15893 8839 _ 14368 16035 8952 __ 1449 16176 9065 1460 1637 9178 1430 1473 16 458 929 1440 j 1482 16599 9405 1450 1493 174 9510 1460 15094 1682 9634 1470 Jj 115 215 17 022 __ 9748 1480 115336 17163 9863 1490 15456 17304 99 __150 15576 17445 10094 115 697 17585 _ 10210 1520 15817 17726 10 325 1530 1593 17 866 4041 _ 15404 1607 48006 10558 1550 16176 18146 _ 10674 1560 1629 18286 10790 15700 16415 1425 10 907 1580 16534 18564 11 024 1590 1663 18703 11141 __ 1600 16
25. 5439 8 561 180 7 402 5 550 5261 8 273 ATO 7 122 5 354 56 7 963 160 6 821 5141 4865 7 632 150 6 499 4912 4648 __ 729 140 6159 4669 449 6 907 430 5 801 4410 417 6516 120 5 426 4138 393 6 107 110 3 656 100 4 632 3 553 33 8 5 237 __ 90 4215 3242 3089 4777 __ 40 3 785 2 920 2788 4302 TO 3 344 2586 _ 245 3 811 __ 600 2 892 2 243 _ 2152 3 306 0 2 431 1889 1819 2 787 40 1960 41527 Jams 2 255 30 4481 41156 _ 21 1709 __ 2 0 995 0777 J 0757 1152 40 0 501 0 392 J o383 0 582 O 0000 0 000 0 000 0 000 0 000 0000 0 000 10 0 507 0 397 0 055 0 054 0 391 0 002 0 591 20 1019 0 798 0 113 0 111 0 789 0 003 1192 30 1 536 1 203 0 173 0 171 1 196 0 002 1801 40 2 058 1 611 0 235 0 232 1 611 0 000 2420 50 2585 2022 0 299 0 296 2 035 0 002 3048 ___ 60 3115 2436 0 365 0 363 2467 0 006 3685 80 4186 3266 0 502 0 501 3 357 0 017 4985 __ 9 4 725 3681 0 573 0 573 3 813 0 025 5648 __10 5 268 4 095 0 645 0 647 4 277 0 033 6319 Mo 5812 4508 0 719 0 723 4 749 0 043 6998 ___ 1202 6359
26. C Ao se medir a tens o nos terminais do termopar para avaliar a temperatura consultando a tabela necess rio acrescentar ao n mero encontrado o valor da temperatura ambiente Tipo o Temperatura Ferro Constant Obs ________ o Oxida o do cobre acima de Oxida o do ferro acima de 760 C 760 C Acima de 480 C utilizar tubo de prote o Baixa estabilidade em N quel Cromo Cobre N quel 870 C Vulner vel em atmosfera K Cromel Alumel 1200 C SO e H S S Platina R dio 10 Platina Para altas temperaturas e 0 a 1600 chama presente usar prote o em alumina Para altas temperaturas e Platina R dio 13 Platina 0 1600 chama presente usar prote o em alumina KN Platina R dio 30 Platina R dio 6 870a47g5 c Utilizar isoladores prote o em alumina Se conectarmos milivoltimetro extremidade dos condutores podemos medir essa tens o Entretanto se o termopar o milivoltimetro estiverem na mesma temperatura ambiente ser medido sempre zero Por esse motivo o instrumento que recebe o sinal de um termopar deve ter pr ximo aos seus Para conectarmos os termopares aos instrumentos receptores ou a transmissores devemos utilizar cabos especiais Isso se deve ao fato de que cada conex o em que muda se a natureza do condutor formado um termopar Nesse contexto diferentes temperaturas ambiente ao longo do enc
27. Tempo 1 divis o fio segundos figura 11 4 Um bot o com cone semelhante um rel gio de sol permite interromper o registro para sua an lise Somente a atualiza o da janela gr fica interrompida Os registros continuam sendo armazenados Cada divis o horizontal do gr fico coresponde a 10 segundos O eixo das ordenadas sempre na escala de O a 100 Os Textos Animados Os objetos ilustrativos s o os textos animados em n mero de 15 quinze Os textos n o possuem bot es associados Para acessar a sua janela de configura o pag 124 necess rio dar um duplo clique do mouse sobre o texto desejado TEXTO Vaz o de Entrada Descri o vaz o de Entrada Fun o 120 0 Ma 7100300 fad Casas Decimals I figura 11 15 O objeto possui uma descri o uma fun o de transfer ncia e um seletor onde poss vel determinar o n mero de casas decimais com que o resultado deve ser apresentado E tamb m apenas um elemento visual N o possui sa da O Ru do A posi o de mem ria n 60 resulta num valor gerado aleatoriamente entre O e 100 destinado eventual inser o de ru do em sinais O Registrador X Y Um nico registrador com 3 penas que n o utiliza o tempo em sua abcissa dispon vel As vari veis a serem plotadas nos eixos podem ser determinadas pelo usu rio vermelho X2 Y2 azul verde A escala de cada eixo
28. do gr fico da figura 10 13 adiante Do lado direito foi provocada uma altera o da vaz o do consumidor de 40 para 55 Na figura 10 14 a correspondente rea o da parcela proporcional integral e derivativa O pico negativo da integral se deve ao fato de ter sido ajustado pela moment nea satura o da sa da Esse m todo exige provocar um dist rbio consider vel no processo o que pode n o ser permiss vel Para os demais casos o resultado o apresentado abaixo PI PI PID paralelo ISA paralelo 45 K 0 16 4 38 ESA ISA 0 04 Consumidor Instrumenta o e Controle pag 109 LIC 1D1 RR __ ea a _ op mf 1 U MA PM AO _ o JH figura 10 12 Determina o do Ganho Cr tico 10 101 figura 10 13 Resposta varia o do SP e regime EM O j j jJ j _ j j j j S j j j j j T _ LIRA j j j O O l l TB figura 10 14 Parcelas P le D Instrumenta o e Controle pag 110 Um M todo de Identifica o A utiliza o de planilhas eletr nicas ou programas dedicados podem simplificar o trabalho de identifica o e sintonia O ganho do sistema G conforme definido Processo Est vel anteriormente vale a rela o entre o degrau e a varia o da vari vel U
29. m somente a an lise do proceso poder determimar lhe composi o Essa estrat gia deve ser muito bem estudada e simulada Tem a caracter stica de fazer refletir na sa da imediatamente as varia es das vari veis de influ ncia levando a uma corre o antes que o erro se estabele a Vari veis de modelo influ ncia matem tico Processo Fig 9 8 O controlador principal poder utilizando seu algoritmo PID efetuar corre es ao longo do tempo de maneira a fazer com que a vari vel se iguale ao SP sobrepondo eventuais erros de medi o ou de modelo O principal motivo para optarmos pela estrat gia Feed forward a presen a de tempo morto relevante a atua o sobre a vari vel manipulada n o se reflete imediatamente sobre a vari vel controlada e sim ap s um per odo de tempo significativo pag 93 Um exemplo simples de feed forward o controle de n vel a 3 elementos utilizado em caldeiras Num controle de n vel como este o modelo matem tico a ser utilizado bastante simples para manter o n vel num valor est vel a vaz o de gua de entrada deve ser o mesmo da vaz o de vapor da sa da Pois cada tonelada de vapor produzido consome uma tonelada de gua Essa condi o de coincid ncia das vaz es garante a estabilidade do n vel mas n o o seu valor O sinal de vaz o de vapor enviado set point do controlador de vaz o de gua Com 1550 em condi
30. o Por m o mais adequado situ lo entre 0 5 e 0 7 Di metro Externo Este definido pelas dimens es do flange que a prender na tubula o necess rio consultar as dimens es dos flanges mec nicos e calcular o di metro externo de maneira que a placa repouse com o minimo de folga entre os parafusos que prendem o flange Di metro externo da placa para flanges ANSI B 16 5 150 mm 300 mm 1 Instrumenta o e Controle Placa de Orif cio EA Di metro do Fig 5 6 O di metro de fura o do flange menos o di metro dos furos em geral deve ser o di metro externo da placa de orif cio Espessura da Placa A espessura da placa deve ser menor que 2 do di metro interno da tubula o Entretanto h que se considerar a resist ncia mec nica da placa frente ao fluxo Por outro lado as placas s o constru das a partir de chapas de a o inoxid vel de espessuras padronizadas em 1 8 3 16 1 4 3 8 1 2 Em tubula es de di metro at 250mm recomenda se a espessura de 3 mm Em tubula es de di metro entre 250mm e 750 mm recomenda se a espessura de 5 ou 6 mm Acima de 750 mm de di metro utilizar 10 ou 12mm de espessura Chanfro Se a espessura da placa resultar maior que 2 do di metro da tubula o necess rio fazer um chanfro com ngulo de 30 a 45 do lado jusante da placa de modo a obter a espessura do orif cio de cerca de 1 Flo
31. o Psi Multiplicar bar por Para Obter mmHg mmH 0 _ 0 068 947 57 bar Multiplicar psi por 0 070 306 96 Para Obter kgf cm 151 715 mmHg 703 069 6 mmH 0 Pa bar Multiplicar kfg cm por Para Obter psi mmHg _ mmH 0 _ 133 13 Pa bar Multiplicar mmHg por Para Obter psi mmH 0 bar Multiplicar mmH 0 por Para Obter psi Obs Gravidade terrestre normal 9 80665 m s Massa espec fica do merc rio a 0 e press o atmosf rica de 101 325 Pa 13 595 08 kg m Massa espec fica da gua a 4 C e press o atmosf rica de 101 325Pa 1 000 000 kg m Instrumenta o e Controle Man metros Man metro a denomina o gen rica para instrumentos de medir e indicar a press o manom trica Os mais simples s o os man metros de coluna l quida que se prestam essencialmente medida de press es baixas O man metro de coluna em U consiste num tubo transparente dobrado nesse formato cheio com o l quido de refer ncia usualmente gua ou merc rio Press o Press o tomada em unidade de comprimento de coluna do l quido utilizado O fluido sob press o conectado em uma das extremidades do U como na figura 2 7 Se a outra extremidade estiver aberta para atmosfera a press o ser manom trica Para medi o de press o diferencial a segunda extremidade dever estar conectada na press o de refer ncia Se o fluido for g
32. o de BFG Entrada 03 FIC 103 Vaz o de BFG E E C E Fu 0 001 X X 0 5 A vaz o de BFG est variando com o quadrado da posi o da v lvula por m multiplicada pela raiz quadrada da diferen a de press o sobre v lvula M24 a press o de na fonte M22 press o de g s misto O fator 0 001X representa alguma perda de carga adicional ao longo da tubula o Processo 4 PT 103 Press o de BFG 04 PIC 103 Press o de BFG E X 1 5 0 01 M23 A press o de BFG uma fun o linear da posi o da v lvula por m multiplicada por um fator de perda de carga ao longo da tubula o montante desconhecida O fator 1 5 0 01M23 representar o modelo do comportamento da press o de BFG com vaz o nula M23 0 temos um fator de 1 5 vezes a posi o da v lvula Esse fator diminuir medida em que aumenta a vaz o Provavelmente um levantamento de dados reais deve resultar em uma queda de press o proporcional ao quadrado da vaz o Processo 5 Instrumenta o e Controle PT 104 Press o de COG Nenhuma 0 L L 07 C 2 M46 20 0 012 M26 M26 Essa a press o de COG resultante da press o na fonte M46 20 dimu do de uma parcela proporcional ao quadrado da vaz o Processo 6 0 004 X X M25 0 667 M22 0 001 0 5 A vaz o de tem forma semelhante vaz o de BFG depende do quadrado da posi o da v lvula vezes a raiz quadra
33. o de g s Al m disso o controlador de vaz o de g s que estava em autom tico reagia rapidamente conforme seus par metros PID Pode haver diferen as tamb m na fun o de transfer ncia do processo real A simula o foi feita baseada em tr s pontos levantados experimentalmente e um quarto ponto estimado Vamos repetir o exerc cio agora com informa es provenientes de um processo inst vel Instrumenta o e Controle pag 138 O nosso processo est arbitrariamente com L 0 Exerc cio 10 e C 3 0 O teste simulado registrou o gr fico da figura Por ser um processo inst vel o operador n o 11 28 pode colocar o controlador em manual e determinar arbitrariamente a sa da O teste foi feito em autom tico Sa da do Vari vel SP Controlador 57 8 57 8 57 8 gr fico dos testes apresentado figura 11 27 vari vel em azul e sa da do controlador em vermelho figura 11 28 Apesar da semelhan a os tempos do processo realmente n o s o esses No processo original a vari vel leva cerca de 10 segundos para cruzar o seu valor final Na nossa simula o podemos avaliar cerca de 2 a 3 segundos talvez Vamos elevar o tempo do nosso processo simulado para cerca de 12 segundos quatro vezes mais e repetir o ensaio figura 11 29 figura 11 27 Comparando a figura 11 27 com a figura 11 29 parece que os tempos se aproximaram por m ainda h algum tempo de atraso no processo real que
34. o qualquer entre o valor de sa da do controlador e o valor da vari vel Essa correla o n o a mesma ao longo do tempo ou em diversas condi es de regime do processo Mas existe Num controle simples de vaz o por exemplo poderiamos levantar uma correla o entre posi o da v lvula e vaz o para uma determinada condi o de processo N o uma correla o fixa alterando se as press es a montante e a jusante da v lvula essa correla o vai variar Ao longo do tempo com o envelhecimento da v lvula e da tubula o a correla o n o ser a mesma Mas esse um processo est vel Ou seja existe um valor qualquer diferente de zero in cio de escala e diferente de infinito fim de escala para o qual a vari vel tender esgotado o tempo necess rio para estabilizar valor final valor inicial degrau na sa da Fig 10 1 Resposta em degrau de um processo est vel O controle de press o de um fluido no interior da tubula o um processo tamb m est vel desde que a vaz o no fluido seja diferente de zero Sen o pode se tornar inst vel em baixas vaz es O controle de temperatura de uma fornalha tamb m um processo est vel medida que fornecemos uma quantidade constante de energia a temperatura se elevar at atingir um valor tal que se igualem as perdas pelas paredes pela chamin pelas portas etc com a quantidade de energia fornecida Os processos inst veis n o
35. que na verdade constitui se num capacitor com sua armadura interna e externa isoladas A capacit ncia do sistema ser vari vel em fun o do l quido que o envolve j que a constante diel trica do l quido alterar o melo Um circuito eletr nico em alta frequ ncia capaz de detectar a altera o da capacit ncia e convert la em sinal de corrente 4 20 mA Esse tipo de medidor apresenta o inconveniente de estar sujeito varia o da constante diel trica do meio e necessitar de calibra o em bancada Outra tecnologia para medi o de n vel o uso de ultra som ou radar Um emissor receptor de ondas sonoras ou eletromagn ticas avalia o tempo de tr nsito do sinal enviado e refletido pela superficie e gera a informa o de n vel Esse tipo de transmissor muito sens vel irregularidades da superf cie ondas material s lido flutuante espuma e presen a de n voa na regi o gasosa do reservat rio Al m disso tem se constatado uma excessiva sensibilidade a ru do el trico irradiado ou conduzido exigindo cuidados muito especiais ao aterramento blindagem do sistema Chaves de N vel por condutividade s o usadas quando se deseja um sinal digital contato acionado pelo n vel Consiste em duas ou tr s hastes met licas introduzidas no l quido nesse caso condutivo presen a do l quido banhando mais de uma das hastes permite detectar a passagem de corrente e acionar um re
36. quido No caso de tanques contendo fase l quida e vapor tanques de condensado ou tubul o de caldeiras a exist ncia de condensado torna se inevit vel o caso de utilizarmos o pote de selagem e gua como l quido selante proteger o transmissor O inconveniente pode ser impurezas no l quido que ao longo do tempo podem escurecer o visor transparente Por outro lado a constru o do Reservat rio n o pressurizado Nesse caso como a tomada de alta press o necessita estar ligada base do reservat rio para que o sinal cres a com o aumento do n vel e a tomada de baixa press o est com uma coluna de gua permanente teremos uma press o maior no lado de baixa press o Quando o n vel m nimo teremos uma press o diferencial negativa quando m ximo ela estar pr xima de zero A calibra o do transmissor deve observar a supress o do zero Reservat rio Ser calibrado ent o de um valor negativo a Fia 4 2 pressurizado zero por exemplo 1500 0 correspondente a 4 20 mA respectivamente Instrumenta o e Controle Uma varia o do medidor de n vel por press o hidrost tica quando o transmissor n o deve entrar em contato com o l quido agressivo o tipo borbulhamento Consiste em introduzir um tubo de material adequado no l quido e atrav s de uma pequena vaz o de ar ou nitrog nio expulsar o l quido do interior do tubo A press o no interior do tubo
37. rica 900 90 810 mmH O absoluta AP 90 mmH O 0 009 kgf cm 1 111 kgf cm Instrumenta o e Controle 18000 1 371 30 273 gt w r rrm 271 V1 293 1 12 1 111 x 0 009 8402 Consultando a tabela do fabricante escolhido para v lvulas borboleta abaixo podemos escolher a v lvula de 16 que tem um Cv de 9415 A escolha se baseia numa posi o de 70 de ngulo de abertura m ximo de 90 o que um procedimento comum na especifica o de v lvulas de controle que prov uma margem de seguran a polegadas 070 3 jO d j 6 BE ____ 8 E jO 20 j 1570 d4 17090 0161045 01811021580 20011400 244 Moo 28132440 O Fonte Hiter S rie 87 Para uma mesma v lvula borboleta podemos relacionar graficamente o Cv com o ngulo de abertura como no desenho abaixo que se refere v lvula escolhida no exemplo Podemos observar a n o linearidade da v lvula pela sua pr pria caracter stica construtiva e a fraca varia o de Cv no in cio de seu curso Isso pode ser uma vantagem pois favorece o controle em caso de super dimensionamento da v lvula Al m do mais um c lvulo extremamente preciso ou criterioso pode ter pouca utilidade j que somos obrigados a optar por uma v lvula standard dentro da linha que o fabricante oferece Uma importante observa o pode ser feita Se a v lvula especificada para o controle
38. rio por exemplo fazer uma elava o a n mero inteiro prefira a repeti o da multiplica o Preferir M21 M21 M21 ao inv s de 21 3 Isso porque por exemplo 8 2 interpretado como 8 uma interpreta o incorreta mas a exponencia o feita por logaritmo e o interpretador decide fazer assim ao inv s de sinalizar erro e parar o programa Instrumenta o e Controle Em geral portanto as equa es s o interpretadas de forma limitada pela impossibilidade de emitir mensagens de erro Qualquer car ter estranho que for encontrado vai gerar um resultado nulo zero pag 118 Instrumenta o e Controle O Controlador Entre na janela de configura o e agora selecione um controlador marcando na caixinha do primeiro controlador Feche a janela de configura o Nesse momento um bot o de acesso ao primeiro controlador aparece na parte superior da tela Clique nesse bot o e o controlador aparecer aberto para ser acessado Nele existem os comandos normais do controlador como indica o num rica e gr fica de set point vari vel e sa da comandos de Autom tico manual Local remoto setas para variar set point quando local e a sa da quando em manual poss vel quando em manual digitar o valor de sa da no campo inferior sempre seguido da tecla Enter Da mesma forma quando em SP local o valor do set point pode ser digitado Acima direita existe um bot o de conf
39. s a es erro Integral derivativo Fig 8 14 A grande maioria dos processos n o necessita da a o derivativa Ela se torna til apenas em processos que tem um significativo tempo morto Particularmente em vari veis r pidas vaz o press o na maioria dos casos n o devemos utilizar a a o derivativa Em vari veis notavelmente lentas como temperatura n vel e anal ticas pode ser vi vel utilizar a a o derivativa Por m somente se houver um tempo morto no processo atraso entre o est mulo e a resposta Tempo morto diferente de constante de tempo longa A temperatura de um forno de grandes dimens es pode ter tempos envolvidos da ordem de horas E n o necessariamente um tempo morto Diz se eventualmente que a a o derivativa antecipat ria Na verdade n o poss vel antecipar o futuro corre o s ocorre ap s ter ocorrido o erro Essa conota o apenas intuitiva j que a a o derivativa permite uma corre o mais r pida em fun o de uma tend ncia do erro No gr fico apresenta se o controlador com a o derivativa A aplica o da derivada sobre o erro produz um efeito que pode ser indesej vel quando o set point alterado pela a o do operador Instrumenta o e Controle pag 79 Em geral n o desejamos que a a o brusca do operador sobre o set point produza uma resposta do derivativo melhor que a derivada se aplicada somente so
40. se aumentamos em degrau o fornecimento de combust vel estaremos fornecendo energia continua e desnecessariamente ao sistema e a press o subir indefinidamente E como uma panela de press o sem escape explodir se os dispositivos de seguran a n o atuarem N o podemos dizer necessariamente que um processo est vel mais dificil ou mais f cil de se controlar ou sintonizar que o inst vel Se por um lado o processo est vel tende para um valor finito no caso de descontrole por outro lado o processo inst vel garante que sempre atingiremos o set point por ser um processo integrador pag 99 Determina o da ordem de grandeza dos Par metros Esse procedimento emp rico e podemos cham lo de determina o da ordem de grandeza desses par metros Uma boa dose de bom senso desej vel Ordem de grandeza significa um valor pr ximo do qual o valor ideal deve estar Ele pode valer o dobro ou a metade mas n o ser certamente dez vezes maior ou dez vezes menor A avalia o da ordem de grandeza dos par metros podem ser feitas off line ou seja de forma emp rica sem necessidade de observa o do processo em funcionamento at mesmo antes da planta ser colocada em opera o Um controlador sintonizado tomando se como base essas ordens de grandeza vai funcionar Pode n o ser um funcionamento ideal mas vai permitir uma opera o pelo menos vi vel para come ar Constante Prop
41. se estabilizando qualquer que seja o set point solicitado pelo operador E nessa condi o final est vel a sa da permanece em 50 Ent o com a sa da em 50 a vaz o de entrada exatamente igual vaz o de Sa da Ambos os gr ficos simularam uma mudan a do valor do set point Como se comportaria o sistema se ao inv s de alterarmos o set point fosse alterada a vaz o de sa da Essa situa o mais comum do que a primeira LIC 1D1 Vari vel SetPoint Saida 100 20 _ 50 40 30 0 o Fig 8 8 Instrumenta o e Controle E mais prov vel que o consumidor altere o valor de seu consumo de gua de acordo com sua necessidade Por outro lado a v lvula posicionada em 50 produz uma determinada vaz o que coincide com a vaz o de sa da Se houver uma varia o das condi es do processo como por exemplo mudan a na press o da gua de entrada Nesses casos a v lvula posicionada em 50 1 produzir um valor de vaz o n o necessariamente igual vaz o de sa da Vamos supor que o consumidor aumentou seu pr prio consumo Nesse caso a v lvula de entrada quando posicionada em 50 n o suficiente para estabelecer a vaz o necess ria para estabilizar o n vel Suponhamos que para igualar vaz o de sa da essa v lvula necessitasse de se posicionar em 70 Isso significa que o n vel do tanque somente ser est vel se a sa da do controla
42. v lvula de bloqueio da tomada de processo Durante a opera o normal e mesmo em lt N vel da gua Pote de selagem Fia 2 25 Instalac o alternativa para vapor paradas curtas da linha n o h necessidade de verificar o n vel de gua o pr prio vapor da tubula o ser condensado formando a coluna de selagem V lvulas de bloqueio ou al vio junto ao transmissor n o s o aconselh veis pois a opera o incorreta pode fazer com que o vapor expulse toda a gua do sistema colocando em Instrumenta o e Controle risco a integridade do instrumento Se for retirado para manuten o o procedimento de encher o sistema de selagem precisa ser repetido Uma coluna de pelo menos 2 5 metros de gua de selagem recomendada para garantir redu o da temperatura no instrumento Em todos os casos de instala o de transmissores o f cil e seguro acesso aos instrumentos v lvulas e potes deve ser privilegiado pag 27 Instrumenta o e Controle pag 28 Folha de Dados de Transmissores de press o t pica DOC N FOLHA DE DADOS REV TRANSMISSORES DE PRESS O Tag 1011 Sa da 4 20 mA Servi o Press o de GLP Flanges e adaptadores a o carbono Local Linha de g s Diafragma de isola o AISI 316 Fabricanter Rosemount or similar Acess rio de montagem plano p tubo 2 Modelo 1151GP 6S 52 B3 W2 Inv lucro AISI 316 Range 0 0 46 6 89 bar Manifold 3 vias n
43. 01 Fun o de transf ext X L ls C 3s Posicione os bot es adequadamente Agora vamos voltar ao processo de temperatura Entrada 23 FT 103 Fun o de transfer interna 4 0 7 Fun o de transfer externa X 1 15 205 temperatura vai depender da vaz o de g s na pot ncia de 0 7 Coloque os controladores de vaz o em Autom tico e Remoto e o controlador de temperatura em Autom tico e determine um set point qualquer Observe o comportamento do processo E FTR acn D sP TEM w AT B ELE te sa figura 11 19 Introduza um registrador para visualizar as duas vaz es e a temperatura Da mesma forma que o exerc cio anterior n o estamos obedecendo s leis da termodin mica apenas um exemplo de uma vari vel lenta temperatura com set points remotos cascata O aspecto da tela dever ser semelhante figura 11 19 Substitua o set point remoto do controlador de g s pela vari vel vaz o de ar Instrumenta o e Controle Crie um bloco de c lculo cuja sa da ser a vaz o de Ar Tag FY 102 Fun o M23 Altere o Set pomt Remoto do controlador de vaz o de g s para SPR 41 102 Isso pode dar mais seguran a caso haja problemas com a vaz o de ar Crie tr s textos animados e posicione os pr ximos dos elementos prim rios Temperatura Fun o 10 M21 Vaz o de G s
44. 1 5 do di metro da tubula o O fabricante da placa n o apenas um fornecedor de pe as mec nicas ele deve executar os c lculos Fia 5 7 apresent los A aquisi o da placa atrav s de fornecedores id neos garante as suas dimens es detalhes toler ncias conforme as normas pag 45 Furos de dreno e de respiro Para utiliza o em gases que possam conter l quido pode se utilizar um furo de dreno localizado na parte inferior da placa Para utiliza o em l quidos que possam conter gases pode se utilizar um furo de respiro localizado na parte superior da placa Tanto o furo de dreno quanto o de respiro n o devem ter di metro superior a 3 do di metro do orif cio e est o localizados de forma a tangenciar o di metro interno da tubula o Plaqueta de Identifica o A plaqueta de identifica o serve para facilitar o manuseio e armazenamento da placa al m de constar gravado em baixo relevo os dados da placa como o tag o B o di metro do orif cio o di metro Interno tubula o e outras informa es conforme necessidade do usu rio Sua largura deve ser tal que permita essa grava o de forma leg vel limitada dist ncia entre dois parafusos adjacentes do flange Sua altura deve ser tal que sobressaia do flange permitindo a leitura figura 5 8 Nominal _ h L __ 1 9 10 10 10 ES 00 10 de o F 122 1 00 dos Moo 10 x 6 100 25 105
45. 123 ORE ill rd q ai uska 124 OS ANIMADOS usus ak A dd apu wak kuu 124 CL i Joan 124 C a nasa 124 IO o A una amu 125 RCRCICIO Z m 125 IO pao sas Sa Sui u 127 E A 129 EX Gl en A 130 J IO 0 131 EXEC ICIO a a sasi 133 O a al 134 importando Uni Processo Real Su ku 135 ia 136 Exercicio DO E a aaa RE acl ia 138 Exercicio DI nnaspan A ac ia 141 EXCICICIO 145 146 Sistema uu PARRA akan E m S baa RD O AR s aga 146 Nomenclatura O antiga 148 A Rasticabilidade MEIO hu qas 153 gt 154 IDO 154 Incertezas tipo Dc a 156 Incerteza Combinada
46. 3 figura 11 24 L 0 C 15 Testando os valores passados pela tabela verificamos que o resultado do modelo bem pr ximo da realidade Tamb m a nosso pedido fol enviado o registro gr fico dos testes realizados representados na figura 11 23 onde a linha vermelha a vari vel e alinha verde a sa da do controlador O tempo de 10 segundos por divis o figura 11 25 L 15 0 Instrumenta o e Controle pag 137 figura 11 26 L 8 C 7 Observe que as diferen as s o muito sutis O terceiro caso se parece mais com a realidade Observe a partida suave da vari vel Ademais pela informa o do gr fico original figura 11 23 parece que existe um atraso puro um tempo morto que n o poss vel simular apenas com dois integradores Observe na figura 11 23 quando a sa da muda bruscamente s o necess rios quase 3 segundos para in cio da rea o do processo N o uma aproxima o perfeita Com certeza outros elementos existem no processo que n o conhecemos pela pr pria hip tese do problema Mas pode ser uma aproxima o bastante til para sintonia de controladores por exemplo O processo utilizado neste exemplo foi o do exerc cio 3 com apenas uma modifica o no processo de temperatura A fun o de transfer ncia interna foi alterada para 4 0 7 3 com L 6 e 6 Por qu n o encontramos L 6 e 6 simula o daquele processo Simplesmente porque h outro L e outro no processo de vaz
47. 3 Kg Nm 1 99 Kg Nm Modelo Fabricante Willy Aschroft Wika ou similar Obs Instrumenta o e Controle Pressostatos Pressostatos s o chaves acionadas por press o cujo objetivo fornecer um contato el trico ao sistema de controle que ser usado como alarme ou decis o pelo intertravamento e seguran a O elemento sensor transforma a press o em um movimento que aciona um contato el trico O elemento sensor pode ser um bourdon como os man metros para altas press es ou diafragmas ou foles para baixas press es O contato el trico pode ser um micro switch ou uma ampola de merc rio ou mesmo agulhas Fig 2 14 deslocadas pelo elemento sensor Os pressostatos podem ser usados para alarmes de alta press o ou de baixa press o Para os alarmes de alta press o utilizamos habitualmente o contato normalmente fechado fechado quando n o h press o e para os de baixa press o utilizamos o contato normalmente aberto aberto quando n o h press o Esse procedimento permite que a condi o de falha alarme ocorra sempre quando o contato se abre A ruptura dos condutores el tricos por seguran a interpretada como falha Os pressostatos podem ser constru dos para detectar press o absoluta manom trica ou diferencial Os pressostatos diferenciais naturalmente possuem duas entradas de press o e a atua o do contato se d em fun o da diferen a de press o entre as duas entradas O
48. Acelera ao angular Momento linear Momento 2 5 angular A N m Newton metro N Instrumenta o e Controle Tabela 5 Unidades el tricas e magn ticas Grandeza Nome Carga el trica quantidade de coulomb C eletricidade Tens o el tri ca diferencia de volt V potencial for a eletromotr1z V S H y Gradiente de potencial intensidade de VOL parana campo el trico Resist ncia E el trica Resistividade Condut ncia siemens S us Siemens por Condutividade metro Indut ncia Pot ncia aparente ro magn tica magn tico Intensidade de Amp re por A m campo el trico metro weber Tabela 6 Unidades t rmicas Celsius Joule por kelvin t rmica Joule por kilogrma e por J kg K Kelvin temperatura metro Condutividade Watt por metro Wim e por kelvin t rmica henry m m S m F Volt amp re A ar T Calor espec fico pag 147 Tabela 7 Unidades pticas Grandeza Nome Candela por metro quadrado Excit ncia L men por 2 Im m luminosa metro quadrado Exposi o lu minosa excita Im s U segundo ao luminosa L men por watt Im W luminosa Intensidade Watt por Wisr energ tica esterradiano Watt por esterradiano e por metro Lumin ncia Lumin ncia W sr m energetica j Tabela 8 Unidade de radioatividade Atividade becquerel e Coulomb por
49. aos modelos matem ticos utilizados Esses m todos procuram a resposta ideal do controlador olhando somente do ponto de vista da vari vel controlada O resultante comportamento da vari vel manipulada estresse da v lvula de controle fortes dist rbios sobre o processo perif rico e outras consequ ncias operacionais n o s o consideradas Por exemplo no controle da press o de vapor de uma caldeira um controlador muito agressivo mesmo resultando num bom comportamento da press o resposta r pida e precisa pode apagar a chama perante um dist rbio razo vel Isso pode n o ser desej vel pag 103 Instrumenta o e Controle pag 104 Como a varia o foi de 37 5 73 5 M todo da identifica o do processo correspondente a atrav s da resposta a um degrau 73 5 37 5 36 Consiste em produzir uma varia o em degrau ent o 63 dessa varia o ser na sa da do controlador e determinar os tempos 0 63 x 36 22 7 envolvidos no processo Ent o o ponto de 63 corresponde a 37 5 22 7 60 2 Processo Est vel No registro gr fico figura 10 5 estando est vel a vari vel com sa da do controlador em 50 foi provocado degrau levando O tempo necess rio para atingir 60 2 foi estimado em cerca de 5 segundos instantaneamente a sa da para 70 0 5 segundos Condi o inicial De posse desses dados podemos determinar as PV 37 5 constantes para as diversas estruturas de controlador MV
50. atmosf rica Por esse motivo nenhuma bomba no planeta terra pode puxar gua de um reservat rio baixo a uma altura superior a 10 metros da sua superf cie mesmo que a bomba promovesse um v cuo absoluto na tubula o a gua n o subiria mais que cerca de 10 metros Nesses casos devemos usar bombas submersas ou no mesmo n vel da gua Press o Barom trica L E a press o atmosf rica medida num determinado local de interesse O bar metro um instrumento de medir a press o atmosf rica local A press o barom trica tamb m uma press o absoluta O tubo da experi ncia de Torricelli um bar metro Press o Manom trica A parcela da press o acima da press o atmosf rica Representa a diferen a positiva entre a press o medida e a press o atmosf rica no local Pode ser convertida em press o absoluta apenas somando o valor da press o atmosf rica local manome trica atmosf rica Absoluta Zero absoluto Fig 2 3 mesma forma a press o manom trica pode ser considerada como uma press o diferencial que toma a press o atmosf rica como refer ncia Press o Hidrost tica A press o abaixo da superficie de um l quido resultante do peso da coluna do l quido que se encontra acima A press o hidrost tica particularmente til na medi o de n vel Num reservat rio qualquer regular cuja rea da base vale cheio com um n vel h de um l quido cuja massa espec
51. certa redund ncia o primeiro com uma constante de temo L o segundo com O atraso da resposta ao degrau o primeiro integrador que move sua sa da lentamente em fun o de sua entrada A constante de tempo ser outro integrador Uma fun o de transfer ncia deve ser adotada sobre os integradores O modelo do processo utilizado se assemelha topologia da figura 11 1 O primeiro integrador representa o atraso L do processo Ele integra no tempo o valor do est mulo sa da do controlador proveniente do sistema Uma fun o de transfer ncia chamada de Interna aplicada sobre sua sa da e representa o comportamento do processo em fun o do est mulo O segundo integrador representa a constante de tempo do processo C a fun o de transfer ncia chamada de Externa Chamando a primeira fun o de transfer ncia que se aplica sobre a entrada e outras vari veis de fi e v e a segundas que se aplica sobre a sa da de fe s v a estabiliza o final do valor de sa da acontecer depois de decorrido um tempo suficientemente longo muito maior que L e juntos filev fes v 0 ou filevi f s v2 donde podemos inferir o valor da sa da como uma fun o s G e v V2 V3 t onde t representa o tempo As vari veis utilizadas nessas fun es de transfer ncia podem ser quaisquer dispon veis no sistema incluindo ou n o a entrada e sa da do pr prio processo e s pag 114 O gr fico da
52. cm E se for usado o merc rio Calcule os comprimentos necess rios O Man metro de Bourdon o mais utilizado na ind stria Consiste num tubo el stico em forma de C que a press o quando aplicada tende a retificar Atrav s de bra os mancais engrenagens e mola o movimento transmitido a um ponteiro sobre uma escala A sele o do man metro adequado ao processo come a pelos par metros b sicos A faixa de trabalho e sua unidade de press o que deve considerar tamb m a press o m xima do processo e tamb m a sobrecarga poss vel de Fig 2 11 pag 18 O Di metro do mostrador mais comuns em 50 100 e 200 mm e o n mero de divis es ou o valor da menor divis o em fun o da adequada visualiza o exatid o e resolu o da medida de press o O tipo de conex o que pode ser reta inferior ou pode ser posterior na traseira Tamb m a dimens o e rosca da conex o mais comum 1 2 NPT O material do tubo de Bourdon visando basicamente a sua resist ncia corros o Os materiais mais comuns s o Bronze fosforoso a o Inox 316 uma liga o chamada monel e outros Veja E a adequa o Fia 2 10 de cada um desses materiais na tabela de resist ncia dos materiais corros o Para aplica o em gases corrosivos l quidos muito viscosos quentes e incrustantes aconselh vel a utiliza o de um selo diafragma com enchimento fig 2
53. de seus padr es conhecendo em todo momento a incerteza das medi es de cada instrumento e em cada ponto de sua faixa de medi o A avalia o da incerteza da medi o necessita de um estudo detalhado de todas as condi es que atuam para afetar o resultado da medi o para poder express la matematicamente e se propagar adequadamente ao longo da cadeia metrol gica Programas de Intercompara o NIST INHETRO laborat rio credenciado padr es de refer ncia padr es de trabalho 1 Instrumento de Campo Figura 12 1 Exemplo de cadeia metrol gica pag 154 A Incerteza da Medi o Como o nome indica refere se ao n vel de d vida no processo de medi o O texto a seguir bastante simplificado e o aluno dever caso deseje se aprofundar consultar o Guia Para Express o da Incerteza da Medi o Guide to the Expression of Uncertainty Measurement A incerteza da medi o deve ser expressa na forma de um desvio padr o multiplicado por um fator de cobertura normalmente igual a 2 0 desvio padr o n amostras 582 dos resultados devem estar dentro desses Imites valor verdadeiro melhor estimativa figura 12 2 distribui o normal O desvio padr o da distribui o nos indica que existe uma probabilidade definida de que os resultados estejam certos Determina um n vel de confian a dos resultados O desvio padr o nos d um n v
54. de dimensionar a v lvula Outros fatores que devem ser considerados s o os materiais da v lvula corpo internos gaxetas molas em fun o da agressividade do fluido ou do ambiente O fabricante certamente pode oferecer as suas recomenda es O formato gen rico da f rmula de c lculo Q k v E Gases Para aplica es em gases podemos utilizar a equa o simplificada cujos fatores podem eventualmente divergir conforme a literatura ou o fabricante gire O 273 271 1 293 P onde Q vaz o em Nm h p massa espec fica em kg Nm T temperatura em C Press o de entrada e de sa da respectivamente em kgf cm absoluta P corresponde P1 AP AP Perda de press o sobre a v lvula em kgf cm Essa equa o simplificada porque n o considera o fator de super compressibilidade a press o e a temperatura cr tica do g s a rela o de calores espec ficos e dos efeitos de viscosidade que podem ser importantes para verifica o das condi es de cavita o e ru do O fabricante deve fazer os c lculos de forma completa Exemplo Numa tubula o onde a vaz o de 18000 Nm h de um g s cuja massa espec fica de 1 371 kg Nm sob uma press o de 900 mmH O temperatura de 30 C admitindo se um AP de 90 mmH 0 obtemos P 900 mmH 0O 0 09 kgf cm manom trica P 0 09 1 03 1 12 kgf cm absoluta 1 03 press o atmosf
55. de sa da dependendo do ponto de opera o o K ser avaliado diferentemente Constante Proporcional processo inst vel Como o processo inst vel n o existe uma rela o est tica entre varia es de sa da mudan as do valor da vari vel controlada O valor de sa da que mant m o processo est vel sempre determinada por outras vari veis que n o as envolvidas na malha de controle em quest o Podemos avaliar a constante proporcional atrav s de um racioc nio emp rico Podemos relacionar um erro hipot tico com a varia o desej vel na posi o da v lvula Se por exemplo um erro de 20 deve provocar na v lvula uma varia o de 50 na sua posi o o ganho do controlador dever ser cerca de 50 20 2 5 Por m se o controle n o cr tico e podemos admitir um erro maior o ganho de 1 0 ou menor pode ser determinado N o se recomenda determinar um ganho muito alto a priori sem observar o comportamento do processo A tend ncia oscila o pode ser desastrosa Se um tempo morto atraso entre est mulo e resposta previs vel ent o bom n o escolher um ganho alto Agir da mesma forma se a constante de tempo do processo muito longa A temperatura de uma fornalha de grandes dimens es ou o n vel de um tanque de grande volume podem ter respostas muito lentas ou seja constante de tempo grande Da mesma forma o controle de vari veis anal ticas pH concentra o d
56. de temperatura em C em rela o temperatura de satura o Por exemplo um vapor super aquecido a 3 bar absoluto temperatura de 170 C tem um igual a 170 133 5 36 5 C j que 133 5 C temperatura do vapor saturado nessa mesma press o Nas equa es n o encontramos a massa espec fica devido ao fato de que a vaz o est dada em valores m ssicos toneladas hora Se pag 65 assim n o for devemos converter a vaz o para toneladas hora As v lvulas de controle de vapor devem ser cuidadosamente especificadas quanto temperatura de opera o e quanto ao material dos internos j que o vapor um fluido muito abrasivo Podem ser facilmente encontradas na literatura de termodin mica tabelas completas e mais precisas de temperatura press o massa espec fica e entalpia do vapor Vapor Saturado bar abs kg m 2 12033 j ans 3 1354 1 5 4 1863 216 5 j 58 j 267 6 15884 37 8 ama 1417 9 17536 467 o 10 2 9 4 I 0 DN 100 Fig 6 7 Instrumenta o e Controle pag 66 7 Simbologia O Instrumento montado no Instrumento montado na trasena de um local S Instrumento montado no frontal do pamel Instrumento mplerentado em sistema super is nio acesso ao operador Istrumento montado na traselra do Sad Instruruento
57. do seu valor para uso local Os visores mais comuns s o B ia ou flutuador onde uma b ia traciona um cabo com um contrapeso que se move sobre uma r gua graduada externa Zero elemento transparente pode ser problema em altas press es Existem alguimas varia es nesse tipo de visor de n vel objetivando superar esses problemas Mas para os sistemas de controle avan ados a telemetria se torna necess ria A forma mais comum consiste em transmissores de press o hidrost tiva Em um tanque despressurizado um transmissor de press o manom trica instalado na sua base envia informa o direta do valor do n vel desde que a massa espec fica do l quido seja constante e conhecida P pgh Em tanques pressurizados contendo l quido n o sujeito condensa o podemos da mesma forma utilizar um transmissor de press o diferencial cuja tomada de baixa press o estar se comunicando com o topo do reservat rio Nesse caso necess rio cuidar para que n o haja l quido nessa tomada de baixa press o que introduziria uma coluna de l quido e consequente erro do sinal R gua graduada N vel da gua de lt Tomada de I baixa press o Tomada de alta x press o M xima Fia 4 1 Fia 4 3 Tipo vasos comunicantes onde um tubo transparente conectado base do reservat rio se eleva ao longo de sua altura permitindo visualizar a posi o da superficie do l
58. e escolher a v lvula que apresente um Cv imediatamente superior ao calculado conforme disponibilidade de modelos e di metros do fabricante A escolha da v lvula deve ser feita buscando aquela que tenha um Cv maior que o calculado por m nunca maior que o dobro do calculado como regra pr tica Necessitamos do dado de vaz o m xima e do Delta P perda de press o que a v lvula proporcionar nessa condi o quando aberta Outras informa es como press o peso espec fico viscosidade temperatura press o cr tica e temperatura cr ticas do fluido s o importantes e devem ser mencionadas A determina o do AP deve se basear nas necessidades do processo principalmente na perda de press o admiss vel Isso passa por avaliar a disponibilidade de press o do fluido considerando as perdas de carga em toda a linha e a press o com que o fluido deve atingir o seu ponto final de consumo De qualquer forma o AP n o deve ser superior metade da press o dispon vel na linha nem Inferior a cerca de 10 ou 5 da press o dispon vel Quando o AP maior que 50 da press o de entrada dizemos que o escoamento cr tico Nesses casos outras equa es que n o as apresentadas devem ser buscadas na literatura Para v lvulas reguladoras de press o por exemplo muitos casos podem resultar em AP muito grandes em rela o press o dispon vel pag 63 bom consultar o fabricante ou atribuir lhe a fun o
59. ela se inicia em zero por exemplo 0 25 FS Erro relativo Erro da medi o dividido por um valor verdadeiro do objeto da medi o Observa o Uma vez que o valor verdadeiro n o pode ser determinado utiliza se na pr tica um valor verdadeiro convencional Os instrumentos industriais para controle de processo em geral tem sa da padronizada p ex 4 20 mA e o erro relativo tem pouca utilidade Erro sistem tico M dia que resultaria de um infinito n mero de medi es do mesmo mensurando efetuadas sob condi es de repetitividade menos o valor verdadeiro do mensurando Observa es 1 Erro sistem tico igual ao erro menos o erro aleat rio 2 Analogamente ao valor verdadeiro o erro sistem tico e suas causas n o podem ser completamente conhecidos erro sistem tico um erro recorrente que pode ser eliminado por fatores de corre o ou ajustes do instrumento Erro de uma medi o Resultado de uma medi o menos o valor verdadeiro do mensurando Observa es 1 Uma vez que o valor verdadeiro n o pode ser determinado utiliza se na pr tica um valor verdadeiro convencional 2 Quando for necess rio distinguir erro de erro relativo o primeiro algumas vezes denominado erro absoluto da medi o Este termo n o deve ser confundido com valor absoluto do erro que o m dulo do erro Erro de um instrumento Indica o de um instr
60. etc Eles tem a miss o de elaborar os sinais representativos das medi es de diversas vari veis do processo para ser enviadas a dist ncia ou atuam sobre os mecanismos e equipamentos do processo segundo os sinais de controle recebidos Os PLCs ou controladores digitais situados no segundo n vel de automa o s o encarregados de efetuar o controle das vari veis do processo trocar informa es atrav s de redes de comunica o entre eles e com o computador O computador monitora o comportamento do sistema usando um software de supervis o controle dedicado a atualizar em tempo real as Informa es na tela emitir relat rios peri dicos para a opera o modificar par metros dos controladores avisar da exist ncia de falhas e recomendar o que fazer Desta maneira computador realiza a fun o de supervisor assessor Instrumenta o e Controle PROCESSO PLCs CONTROLADORES DIGITAIS PCI PEBPBPLE pag 9 SUPERVISOR E GERENCIADOR REDE DE COMUNICA O CONTROLADORES INSTRUMENTA O DE CAMPO fig 1 6 SISTEMA DE CONTROLE DISTRIBUIDO TIPO SCADA Em ind strias de grande porte precisa se de n veis superiores para o gerenciamento total do processo onde se enla am atrav s de redes de alta velocidade de comunica o os supervisores das diferentes reas do processo exemplo caldeiras compressores geradores etc levando as Informa es vitais at os di
61. fatores de corre o que s o chamados fatores de super compressibilidade Por m para pequenas varia es de press o em torno do valor de projeto e press es muito distantes daquelas que determinam a mudan a de estado do fluido essas considera o nos levam a resultados muito pr ximos da realidade Um elemento de medi o de vaz o por exemplo uma placa de orif cio instalada na tubula o de ar comprimido est medindo diretamente a vaz o atual ou vaz o volum trica Considerando que a press o constante assim como a temperatura poderemos multiplicando por simples constantes indicar a vaz o em Nm h Se a press o ou a temperatura variar ou seja estiver com valores diferentes daqueles considerados no projeto da placa estaremos medindo com erro Um conceito importante o regime do fluxo Ele est relacionado ao chamado n mero de Reynolds vD Ea E um n mero adimensional que relaciona a velocidade em m s o di metro da tubula o em m e a viscosidade do fluido em m s A viscosidade a medida das for as de cisalhamento exercidas entre as mol culas do pag 43 fluido Um fluido de alta viscosidade tem dificuldade em se espalhar ou fluir como um leo pesado por exemplo Um fluido de baixa viscosidade se comporta ao contr rio como a gua ou lcool Em principio fluidos de diferentes viscosidades em diferentes velocidades e di metros podem ter o mesmo n me
62. fica podemos afirmar que Fiq 2 4 O volume do l quido a rea da base multiplicada pela altura V Sh A massa do l quido o volume multiplicado pelo sua massa espec fica m pSh Instrumenta o e Controle O peso da massa do l quido corresponde ao produto da massa pela acelera o da gravidade P pShg E a press o resultante chamada de hidrost tica ser esse peso dividido pela rea _ S P Eliminando a rea S obtemos P pgh Ou seja a press o hidrost tica n o depende da rea do reservat rio e sim somente da altura da coluna do l quido Intuitivamente podemos afirmar tamb m que a press o n o depende da forma do reservat rio Dois reservat rios de formatos diferentes quando interligados pela sua base mant m o mesmo n vel pelo princ pio de vasos comunicantes fig 2 5 figura 2 5 razo vel supor que a press o na base de ambos ou em qualquer ponto de mesma altura seja a mesma Caso n o o fosse haveria escoamento do l quido de um para o outro e os n veis resultariam diferentes Utilizando a coer ncia do Sistema Internacional se tomamos o comprimento em metros a massa espec fica em kg m e a acelera o da gravidade em m s obteremos a press o hidrost tica em N m ou Pascal P pgh kg m 20 82 m gt Pa Press o Est tica A for a por unidade de rea exercida perpendicularmente parede de uma tubula o por um f
63. flexibilidade de opera o A figura representa uma estrat gia de controle de n vel onde o controlador mestre controlador de n vel dirige sua sa da entrada de set point remoto do controlador de vaz o Esta configura o permite que o operador durante a partida ou em qualquer outra situa o coloque o controlador de vaz o em SP local e trabalhe apenas sobre a vaz o Essa condi o comum por exemplo em n vel de caldeiras que durante a partida deve ser colocado em um determinado valor inicial A estrat gia em cascata apresenta essa vantagem mas tem uma desvantagem que devemos considerar O seu bom funcionamento s ocorre quando a vari vel principal n vel no caso muito mais lenta em resposta do que a vari vel manipulada vaz o Pois utilizando dois controladores s o dois algoritmos PID a serem sintonizados dois elementos dependentes do tempo maior dificuldade portanto de sintonizar Fig 9 4 Controle em Cascata pag 87 Instrumenta o e Controle Raz o ou Propor o Nessa estrat gia o objetivo manter constante a propor o entre duas vari veis Na figura do exemplo o controlador mestre o da temperatura da fornalha Numa estrat gia em cascata ele envia o set point ao controlador de vaz o de ar para produzir a combust o no queimador Atrav s de um bloco de propor o o valor da vaz o de ar modificado atrav s da multiplica o por uma constante de
64. ler o term metro A instru o dada ao controlador simples Se a temperatura estiver acima der 50 C feche totalmente a v lvula Caso contr rio abra totalmente a v lvula N o poss vel faz lo entender o objetivo final nem tampouco qualquer estrat gia mais avan ada O set point est portanto na cabe a do controlador A vari vel de processo lida no term metro Internamente o controlador calcula o erro que a diferen a entre o set point a vari vel e decide entre as duas a es poss veis de serem executadas erro 8 Se o erro positivo SP gt PV ent o ele abre v lvula Caso contr rio fecha gua quente Instrumenta o e Controle Temos ent o um controle que se costuma chamar de Tudo ou nada ou controle on off Para implementarmos esse controle autom tico bastaria instalar um termostato no lugar do term metro e lig lo a um circuito el trico capaz de abrir e fechar uma v lvula de controle colocada na linha de vapor Ou num PLC programarmos um comparador que atua sobre uma sa da conectada v lvula Alguns problemas t picos de processo ocorrem Tempo morto ou seja o processo demora a reagir a partir da a o da v lvula Mesmo fechando a v lvula rapidamente temperatura continua a subir um pouco depois declina e passa novamente pelo set point Nesse momento outra decis o Isso provoca uma varia o ou oscila o da v
65. n o satisfaz Mas n o est muito longe A independ ncia do valor final da vari vel em rela o sa da nos sugere um processo inst vel Mesmo que houvesse uma pequena APV AS muito alto nesse caso tendendo ao infinito Ou seja o valor final da vari vel depende fundamentalmente de uma vari vel externa que n o a sa da do controlador depend ncia o ganho do processo seria As fun es de transfer ncias s o relativamente f ceis por m os tempos do processo exigir o alguma informa o e tentativas extras A fun o de transfer ncia interna pode ser figura 11 29 determinada como unit ria escrevemos X na sua equa o fun o externa deve ser fixa Vamos dividir esses 12 segundos em L 6 seu valor ser 57 8 pois o valor final da sa da 6 O resultado est na figura 11 30 qualquer que seja a vari vel Experimentemos aproveitando o exerc cio 9 O ganho do controlador usado no processo pr ximo de 2 0 pela an lise do gr fico Um erro instant neo de 20 gerou uma varia o na sa da tamb m instant nea de 40 Podemos perguntar ao operador os par metros PID do controlador do seu processo Por hip tese 2 0 5 0 e Kd 0 figura 11 30 N o nos parece uma boa id ia O processo original n o oscila tanto assim O atraso deve ser bem menor Vamos sintonizar o nosso controlador com esses valores e vamos repetir a mesma manobra do operador Instrumenta o e
66. o Press o de gua e a fun o M22 100 3 com duas casas decimais Determine a posi o do texto sobre a janela principal pr ximo do desenho do transmissor de press o A raz o dessa fun o que os sinais internos s o sempre de 0 a 100 Dividir por 100 e multiplicar por tr s vai adequar a indica o com a faixa de press o que escolhemos PCV 101 maay FCV 101 figura 11 17 Feche a Janela e abra a do outro texto Escreva Vaz o de Agua no campo da descri o M21 100 300 no campo da fun o Instrumenta o e Controle Determine somente uma casa decimal Clique na tela principal e determine a posi o do texto pr ximo do transmissor de vaz o O aspecto da tela ser semelhante figura 11 17 Feche as janelas e salve a aplica o como o nome Exercicio 2 Se voc n o quiser que os bot es dos processos perman am na tela s desmarc los na configura o geral Eles continuam existindo por m os seus bot es ficam invis veis Por enquanto deixe os vis veis Coloque os controladores em autom tico e determine set points Observe o comportamento do processo Tanto no processo de press o quanto de vaz o altere os tempos L de forma a torn los mais lentos ou mais r pidos Tente sintonizar os controladores para melhor performance Utilize o registrador para observar os comportamentos O sistema por m n o muito coerente Com press o
67. o est vel garantimos a igualdade Interceptando esse sinal de vaz o de vapor colocamos um bloco de c lculo somador Nele somamos a vaz o de vapor com a sa da do controlador de n vel O controlador de n vel capaz ent o de modificar a vaz o de entrada para faz lo igual ao valor desejado de seu set point Para que o controlador de n vel mantenha a sua sa da dentro de uma faixa de opera o adequada e tenha liberdade tanto de aumentar quanto diminuir a vaz o de gua introduzido um off set ou seja um valor constante subtraindo uma parcela de 50 Quando o controlador de n vel tem na sua sa da o valor de 50 exatos o somador transparente o sinal de vaz o de vapor transferido intacto para o set point da vaz o de gua Estando o n vel fora do valor desejado o controlador de n vel tem a possibilidade de alterar a vaz o de gua de entrada para corrigi lo O valor do off set de 50 poderia ser um outro qualquer desde que maior que zero e menor que 100 Esse fator determinar o ponto de opera o da sa da do controlador de n vel Como desej vel que o mesmo tenha alguma liberdade de a o em ambos os sentidos parece mais adequado o valor de 50 GUA p gt Instrumenta o e Controle Fig 9 9 CONTROLE DE N VEL A 3 ELEMENTOS Quando h uma brusca varia o do valor de vaz o de vapor em consequ ncia da necessidade do consumidor esse varia o transmitida in
68. o seu volume diminui na mesma propor o Parece bvio quando falamos em 1 m de ar se n o soubermos a que press o estamos nos referindo nada poderemos afirmar sobre a massa de ar contida nesse volume e Se aumentarmos a temperatura do g s confinado num volume constante a sua press o deve aumentar Evidentemente essa troca de energia combina as tr s formas Se diminu mos o volume de um g s como numa seringa obstru da a sua press o aumenta mas tamb m aumenta a sua temperatura Se um g s comprimido atrav s de um vazamento tem sua press o bruscamente diminu da seu volume aumenta da mesma forma e a sua temperatura tamb m o que explica parcialmente o congelamento nos vazamentos ou nos extintores de inc ndio gasosos Considerando tudo isso a vaz o de gases tomada em unidades de volume por unidade de tempo p exemplo em m h n o ter muita utilidade no que se refere quantidade em massa do g s Para que a informa o seja completa precisamos saber a que press o e a que temperatura estamos fornecendo o g s comprimido ou estamos nos referindo Dever amos ent o expressar a produ o de comprimido em toneladas por hora como feito com o vapor Por m mais adequado expressar a vaz o de gases como o volume equivalente ao volume que ele ocuparia se estivesse numa determinada temperatura e press o Escolhemos como padr o a temperatura de 0 C e a press o atmosf rica ao n
69. o temos um sistema de tr s equa es lineares para calcul los O m todo de determina o desses par metros exige uma an lise do comportamento din mico do processo bom senso experi ncia do instrumentista e principalmente o conhecimento do algoritmo de controle PID Numa analogia temperamental dir amos que A a o proporcional determina a agressividade do controlador com o aparecimento do erro Est relacionada com a amplitude da sua rea o perante a magnitude do erro A a o integral est relacionada com a rapidez com que o controlador reage perante a persist ncia ou recorr ncia do erro A a o derivativa est relacionada com a agilidade f ria ou nervosismo do controlador perante a indisciplina do erro Costuma se dizer que o controlador est bobo ou esperto r pido ou lento e nervoso ou calmo mas n o f cil nem exato relacionar essas analogias emocionais com os par metros matem ticos do controlador enquanto m quina A tentativa de sintonizar o controlador de forma desordenada e pouco sistem tica em geral n o leva a resultados animadores Processos est veis e inst veis Identifica o Os processos de uma forma geral mas n o r gida podem ser classificados como est veis ou inst veis Os processos est veis perante uma varia o em degrau do valor de sa da tendem a estabilizar a vari vel em algum valor qualquer Existe uma correla
70. o testados e aprovados para determinadas condi es e custam mais caro S o atribu dos por normas aos instrumentos para uso em reas classificadas A Classe relacionada com o estado f sico das subst ncias inflam veis Classe para gases e vapores inflam veis Classe II para p s combust veis Classe III para fibras inflam veis O Grupo relacionado com a natureza do elemento inflam vel Grupos para Classe 1 Grupo A para acetileno Grupo B para hidrog nio xido de etileno etc Grupo para etileno ciclopropano ter etc Grupo D gasolina pentano benzeno butano propano g s natural etc Grupos para a Classe II Grupo E para p s met licos Al Mg etc Grupo F para p s carb nicos carbono coloidal negro de fumo etc Grupo G para p s agr colas A classe III n o possui grupos A Divis o se relaciona com a probabilidade da presen a do elemento explosivo no local Divis o O quando a probabilidade de haver material inflam vel de 100 interior de tanques de armazenamento A divis o O n o aceita na maioria das normas Divis o 1 quando a probabilidade de haver material explosivo e inflam vel ocorre em condi es normais de opera o e em condi es normais de falha do processo Divis o 2 quando pequena a probabilidade da presen a de material explosivo ou inflam vel ocorrendo somente em condi es anormais por exemplo falhas vazamento em flange
71. ponto de ajuste a press o que atua a chave A faixa ajust vel a faixa de press o dentro da qual pode estar localizado o ponto de ajuste Na press o ascendente o ponto de atua o de um pressostato diferente do ponto de rearme quando a press o descendente ou seja do ponto em que o contato retorna condi o pag 21 anterior A diferen a entre o ponto de atua o e o ponto de retorno chamada de faixa morta banda morta ou histerese A calibra o ou ajuste de pressostatos se faz da mesma maneira que a dos man metros Em geral existem parafusos ou porcas a serem utilizados para alterar o ponto de atua o Para especificar o pressostatos de forma geral necessitamos informar ao fabricante o fluido a press o de trabalho a press o m xima em sobrecarga a histerese a conex o com o processo rosca o contato el trico 1 ou 2 contatos SPDT a conex o el trica 1 2 ou 3 4 NPT p ex a capacidade do contato tens o m xima e corrente m xima e o tipo de inv lucro uso geral prova de tempo prova de explos o com Classe grupo e divis o prova d gua prote o conforme IP etc A instala o dos pressostatos exige os mesmos cuidados dedicados aos man metros figura 2 15 Instrumenta o e Controle pag 22 Folha de Dados para Pressostatos t pica ma AG PSL 103 Baixa Press o GLP Geral PSL 104 PSH 106 Baixa Press o Ar de Alta Press o GLP para Combus
72. por serem experimentais s permitem solu o transcendental ou por aproxima es repetitivas utilizando gr ficos tabelas e bacos Existem programas de computador para c lculo de placas de orif cio e outros elementos deprimog nitos bastante eficientes e precisos A ISA uma organiza o internacional em instrumenta o disponibiliza programas reconhecidos e certificados Existem tamb m programas simplificados que permitem uma excelente aproxima o Esses programas nos permitem avaliar previamente o resultado ou mesmo aplic lo em instala es onde a responsabilidade da exatid o n o seja relevante Por m se a placa ser adquirida de um fabricante id neo melhor deixar para ele esse trabalho de c lculo final Fluxo Instrumenta o e Controle Tubo de Venturi Outro elemento deprimog nito idealizado pelo Sr G B Venturi no final do s culo e desenvolvido para aplica o industrial no final do s culo XIX o tubo de Venturi cl ssico Consiste numa restri o a ser introduzida na tubula o por m de forma suave ao contr rio da placa de orif cio Tomada de Alta Press o Tomana Baixa Press o pag 52 O comprimento do cone de entrada deve ser calculado em fun o de D d e o ngulo indicado de 21 um c lculo apenas geom trico O mesmo ocorre com o cone de sa da A especifica o e c lculo do Venturi
73. praticamente pois pouco se pode afirmar sobre probabilidades de cada uma das incertezas tipo B O que eles representam em rela o aos da incerteza tipo A que foi obtida com um n mero de amostras determinado A rela o entre os valores da incerteza tipo A e as demais nos d uma pista A formula de Welch Satterthwaite nos orienta para estimar o grau de liberdade efetivo onde Incerteza combinada tipo n o n mero de suas amostras Up s o as incertezas tipo seus graus de liberdade VB2 VB3 Se fizermos a razo vel considera o que as incertezas tipo B foram estimadas com um grau de liberdade muito grande podemos reduzir a equa o para 4 u _ 1 Essa simplifica o razo vel porque as incertezas dos padr es evidenciadas em relat rio s o em geral com k 2 portanto Instrumenta o e Controle As nossas estimativas de distribui o nas demais tipo B consideramos tamb m k 3 2 45 ou 1 73 Ademais se admitimos n o h possibilidade da incerteza observacional ou ambiental estar fora dos limites que estabelecemos distribui o retangular ou triangular ent o v co efetivamente Quando a incerteza tipo preponderante ua grau de liberdade tende para 1 como citamos anteriormente Ent o como fizemos o exemplo com 11 amostras n 1 vale 10 uc 0 29 e us 0 058 4 ano 6
74. rede de campo serial que permite a sua conex o em rede economizando cabos el tricos Mas o protocolo de comunica o ainda mais usado ainda o anal gico em corrente 4 20 mA mV etc pois um sistema padronizado que torna compat veis instrumentos e equipamentos de diversos fabricantes A comunica o digital redes de campo ainda est se iniciando e esbarrando exatamente no problema da padroniza o V rios fabricantes tem seu pr prio sistema o que torna dificil interligar equipamentos de diversos fabricantes sem gastar tempo e dinheiro na integra o e compatibiliza o ou seja faz los conversar entre si Uma solu o intermedi ria ainda a mais usada Uma unidade remota de aquisi o de dados instalada no campo pr ximo aos grupos de instrumentos recebem seus sinais anal gicos convencionais e transmitem ao sistema de controle long nquo atrav s de um nico par de fios ou fibra tica em protocolo serial Instrumento Receptor Instrumenta o e Controle PROCESSO Fonte de Alimenta o Ee 4 20 ai IN CD 5D8 Jelok BL E ing E land Pa ji i our Controlador PAINEL 7 d 1 Z X 7 Vi e E 0 1 0 NID
75. sa da deve ser proporcional ao erro ou seja erros muito grandes varia o de sa da r pida Bastaria a segunda instru o j que um erro zero significaria velocidade zero na varia o da sa da ou seja interrompe o processo de busca quando n o houver mais erro e permanece no valor que estiver Para automatizar esse comportamento valeria a infer ncia K xerro At ou velocidade de da sa da seria proporcional por um fator K amplitude do erro No limite infinitesimal dS K xerro dt isolando o termo dS dS K erro dt ou S K erro dt O controlador passaria a conter um termo a mais no seu algoritmo resultando na equa o do controlador PI 5 Bias K erro K erro dt pag 75 O integrador do segundo termo um componente naturalmente inst vel seu valor s est vel na condi o nica e especial de erro nulo L Um integrador como um totalizador bi direcional Como um hidr metro por exemplo cujo valor indicado permanece variando enquanto a vaz o de gua diferente de zero E mais sua velocidade de varia o proporcional ao valor de vaz o Outra analogia o hod metro do autom vel que faz a integral da velocidade no tempo Seu valor indicado est variando enquanto a velocidade diferente de zero S estabiliza com velocidade nula e a taxa de varia o dos seus n meros proporcional velocidade d
76. servir internacionalmente como base para estabelecer valores de outros padr es da grandeza a que se refere Instrumenta o e Controle Padr o prim rio Padr o que designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais altas qualidades metrol gicas e cujo valor aceito sem refer ncia a outros padr es de mesma grandeza Observa o O conceito de padr o prim rio igualmente v lido para grandezas de base e para grandezas derivadas Padr o secund rio Padr o cujo valor estabelecido por compara o a um padr o prim rio da mesma grandeza Regulagem Ajuste empregando somente os recursos dispon veis no instrumento para o usu rio Nesse caso o ajuste utilizando ferramentas e dispositivos dispon veis estranhos ao instrumento n o uma regulagem Rastreabilidade Propriedade do resultado de uma medi o ou do valor de um padr o estar relacionado a refer ncias estabelecidas geralmente a padr es nacionais ou internacionais atrav s de uma cadeia continua de compara es todas tendo incertezas estabelecidas Observa es 1 O conceito geralmente expresso pelo adjetivo rastre vel 2 Uma cadeia continua de compara es denominada de cadeia de rastreabilidade Num sistema de qualidade documentado a rastreabilidade se refere possibilidade de apresentar evid ncias de que todos os dispositivos utilizados na calibra o est o sob controle metrol gico permitindo i
77. suave e r pido ou seja a vari vel perante um dist rbio deve atingir o set point rapidamente sem oscila o ou indecis o e sem perturbar significativamente os processos perif ricos considerando inclusive o desgaste ou stress do elemento final de controle que deve ser minimo A determina o de um modelo matem tico para o processo tarefa em geral suficientemente penosa para desencorajar os instrumentistas Por outro lado in meras condi es inerentes ao processo tornam extremamente vari vel esse modelo inclusive no tempo o que pode gerar um sentimento de incapacidade ou tempo perdido Aos par metros de ganho proporcional constante integral e constante derivativa do controlador se combinam os par metros equivalentes do processo que s o em princ pio desconhecidos ou n o vale a pena se ater a demoradas equa es diferenciais de segunda ou terceira ordem para determin los Os m todos tradicionais de sintonia de controladores se baseiam ou em observar o comportamento do processo em modo manual degrau na sa da ou provocar lhe uma condi o oscilante em autom tico O primeiro caso torna se dificil em processos intrinsecamente inst veis Em ambos os casos os dist rbios produzidos no processo podem n o ser admiss veis por motivos operacionais ou de seguran a A maioria absoluta dos casos tratada de forma experimental pelo instrumentista que considerando resultado satisfat rio interrom
78. uma valores e obtenha a tabela abaixo vari vel X que substitu da pela sa da do pr prio processo Instrumenta o e Controle Ambas as fun es de transfer ncia s o equa es gen ricas Os processos puramente inst veis ir o utilizar fun o de transfer ncia externa pois eles s o integradores puros Nesses casos a fun o de transfer ncia interna nula 0 e a fun o de transfer ncia externa a vari vel a ser integrada com sinal invertido pois ela subtra da Quando introduzimos o car ter na fun o interna e externa obtivemos no controle de vaz o do exerc cio a vari vel atingindo sempre o mesmo valor da sa da do controlador e o resultado o esquematizado na figura 11 11 entrada saida PROCESSO A figura 11 11 Ser o discutidos mais detalhes das fun es de transfer ncia durante os exerc cios que vir o Os campos dos tempos L e do processo tamb m admitem equa es como nas fun es de transfer ncia por m n o admitem outras vari veis que n o as de mem ria pag 122 Instrumenta o e Controle O Bloco de C lculo O Bloco de c lculo cont m apenas uma equa o a ser executada Sua sa da o resultado da equa o O aspecto do bloco de c lculo quando aberto para configura o o da figura 11 12 Bloco de C lculo Extrator de Raiz Quadrada Tag Fv 01 Resultado Descri o Extrator de Raiz Quadrada Fun
79. utiliza semelhantes equa es e m todos de c lculo da placa de orif cio A rela o entre o di metro interno da tubula o D e o di metro interno da garganta d tamb m dada por Da mesma forma que a placa de orificio Cilindro de Cone Garganta Cone Entrada convergente Cil ndrica Divergente Fia 5 16 Em rela o placa de orif cio apresenta as seguintes vantagens e Permite a utiliza o em l quidos com s lidos em suspens o j que n o possui cantos vivos que possam amontoar o s lido e Produz uma perda de carga inferior placa de orif cio e Exige menores trechos retos para sua instala o E a desvantagem do seu alto custo principalmente em tubula es de grande di metro As dimens es t picas para o tubo de Venturi cl ssico s o apresentadas na figura adiante Existem outros tipos de constru o Na figura o comprimento do cilindro de entrada igual ao di metro interno da tubula o D O comprimento do cilindro da garganta igual ao di metro interno da garganta d As tomadas s o feitas a 0 5D ou 0 5d da extremidade dos cilindros ou seja est o no centro do comprimento do cilindro Tomadas no centro dos cilindros Fig 5 17 utilizaremos transmissores de press o diferencial com as mesmas recomenda es de instala o A tomada de press o composta geralmente de v rios pontos pelo menos qu
80. vari vel de influ ncia mantinha se em 40 para repetir a primeira condi o figura 11 33 repeti o da figura 11 27 Compare a figura 11 33 com a figura 11 27 Os comportamentos sao bem pr ximos Verifique a consist ncia alterando a vari vel de influ ncia para os valores de 40 60 e 80 e comparando o resultado com a tabela Salve o seu exerc cio como Exerc cio 10 Instrumenta o e Controle Exerc cio 11 Naturalmente que uma simula o totalmente s cegas como nos exemplos deve ser pouco frequente Vamos simular uma esta o de mistura de gases sider rgicos baseado planta supostamente existente O melhor m todo analisar o fluxograma obter as informa es b sicas e implementar uma simula o baseada apenas nessas informa es faixa das medi es par metros do processo valores de set point mais usados detalhes de opera o interface homem m quina etc De forma mais ou menos descompromissada seja levantando hip teses apenas razo veis na falta de dados implementamos um processo que funciona Esse m todo nos for a a questionar cada item do processo todas as vezes que determinamos uma fun o de transfer ncia ou tempo de forma arbitr ria Num momento posterior com a simula o montada poderemos observar o processo real e levantar dados e informa es que permitam aprimorar o modelo Montar o processo simulado sem muitas informa es concreta
81. vel do mar ou seja cerca de 1 033 Kef cm absoluta ou zero de press o manom trica Parece nos uma boa refer ncia A quantidade de ar nessas condi es que ocupa o volume de 1 m chamado de 1 Nm leia se um Normal metro c bico O ar atmosf rico tem um densidade aproximada de 1 293 Kg Nm Ou seja um metro c bico de ar um cubo de 1 metro de lado pesa quase um quilo e trezentos gramas Isso ao n vel do mar e a zero grau centigrado Instrumenta o e Controle No entanto nas nossas condi es de opera o dificilmente estaremos nessa condi o padr o Por isso devemos saber converter a vaz o atual na vaz o normal e vice versa para que possamos conhecer a velocidade do ar dentro da tubula o A vaz o normal Nm h deve ser dividida pela press o e multiplicada pela temperatura para obtermos a vaz o atual Press o em Kgf em temperatura em LEZ 1 033 gt x X Un 273 1 033 A vaz o atual m h deve ser multiplicada pela press o e dividida pela temperatura para obtermos a vaz o normal Press o em Kgf em temperatura em 273 1 033 On 0 T 273 1 033 Outras unidades de press o podem ser utilizadas Nesse caso a press o atmosf rica 1 033 kgf cm deve ser expressa na mesma unidade Essas considera es se referem aos gases perfeitos Os gases reais n o s o perfeitos e devemos utilizar
82. volume que saiu Qs ao longo do tempo Esse volume de l quido no interior do tanque dividido pelo seu volume total o valor do seu n vel Ent o 1 N vel O Como o segundo integrador do processo que vamos usar faz a fun o Sa da S em fun o da entrada E s podemos fazer a fun o de transfer ncia interna igual diferen a das duas vaz es M21 M23 No processo de n vel de l quido n o h atraso portanto L 0 Por m como o primeiro integrador n o est sendo usado isso irrelevante O valor do tempo pela observa o da equa o ser o o volume do tanque dividido pelo valor m ximo de vaz o de entrada 100 itros Imin 60segundos 100litros min Instrumenta o e Controle pag 132 LT 101 N vel M21 M23 Fun o externa O o Observe o que bastante razo vel se a vaz o de entrada m xima 100 lpm e a vaz o de sa da nula o tanque ir se encher em 1 minuto Introduza um registrador que registre a vaz o de entrada o n vel e a vaz o de sa da Introduza textos animados para o n vel e a vaz o de sa da Experimente e sintonize os controles Se o n vel estiver muito lento altere o volume do tanque para 50 litros alterando o valor de C do processo para 30 segundos por exemplo Altere o processo Vaz o de Sa da para que ele seja sens vel ao n vel 0 01 X X 0 12 M22 0 5 Salve o seu exerc cio c
83. 0 Sa da do Vari vel 3D Controlador 51 2 figura 11 23 64 8 Um crit rio simples para uma aproxima o 81 2 inicial em processos fundamentalmente est veis determinar o tempo que a vari vel Podemos perguntar lhe como informa o adicional qual seria o valor da vari vel quando a sa da do controlador zero Com a resposta de leva para percorrer a metade do seu caminho A vari vel saiu de 51 2 81 2 Para chegar ao valor m dio de 66 2 m dia entre 3 podemos complementar a tabela 51 2 e 81 2 ela levou cerca de 10 segundos A soma dos tempos e do processo Sa da do Vari vel Controlador pr xima de 1 5 vezes esse tempo 1 44 que o Ln 2 L 1 5 15 segundos 51 2 64 8 81 2 Se tentarmos L 0 C 15 obtemos o resultado da figura 11 24 L 15 C 0 vem o resultado da figura 11 25 L 8 e C 7 resulta na figura 11 26 Com o aux lio de uma ferramenta qualquer podemos determinar uma fun o de transfer ncia o mais aproximada possivel de terceiro grau y a vari vel x a sa da do controlador 3 2 s 4 188x 3 10096 56 Inicie um novo aplicativo no simulador com o nome de Exerc cio 9 com a figura Exercicio 9 bmp e os procedimentos de praxe determinando um processo e um controlador y Vamos introduzir a equa o na fun o de transfer ncia interna do processo coloque X na fun o externa X X X 10096 X X 56 1 88 X
84. 0 005 no valor da press o numa amplitude total de 0 010 Esse valor de acelera o j deve ter sido considerado atrav s de fatores de corre o na determina o do valor verdadeiro mas sua incerteza n o Essa distribui o Normal pois certamente essa incerteza foi obtida por m todos fortemente estat sticos 3 Um transmissor de press o de vapor de uma caldeira est sendo calibrado na bancada utilizando uma bomba de compara o e um man metro padr o por m ele 1 trabalhar com o fluido gua de selagem a 50 10 Nesse caso devemos pesquisar junto literatura do fabricante a influ ncia da temperatura de Instrumenta o e Controle pag 159 suas partes molhadas compens la e avaliar Graus de essa Incerteza para incorpor la medi o Essa Liberdade pode ser uma distribui o normal retangular ou triangular Fator de Cobertura Enfim a avalia o de influ ncias ambientais deve ser feita criteriosamente por m n o seremos t o prolixos de considerar influ ncias sabidamente desprez veis Incerteza Combinada Precisamos combinar essas incertezas e obter um valor que expresse a d vida final A regra mais utilizada a raiz quadrada da soma dos quadrados das incertezas a O 2 2 2 Vamos tomar o exemplo da calibra o do Na pr tica utiliza se o fator de 2 00 infinitos graus de liberdade pois na maioria das vezes esse n mero superio
85. 0 786 22 397 16 818 3 356 3511 _ 0827 22 949 17 241 3452 3616 0 870 23 501 17 664 3 549 3 721 0913 24 054 18 088 3 645 3 826 0 957 24 607 18 513 3 743 3933 1002 25 161 18 938 3 840 4039 1 048 25 716 19 363 3 938 4 146 1 095 26 272 19 788 4 036 4254 1143 26 829 20 214 4 135 4 362 1192 27 388 20 640 4 234 4471 1241 27 949 21 066 4 333 4 580 _ 1292 28 511 21 493 4432 4 689 1 344 29 075 21 919 4 532 4 799 1 397 29 642 22 346 4 632 4910 1 450 30 210 22 772 4 732 5021 1505 30 782 23 198 4832 5132 _ 1 560 31 356 23 624 4933 5244 1617 31 933 24 050 5 034 5 356 1674 32 513 24 476 5 136 5469 1732 33 096 24 902 5 237 5 582 _ 1 791 33 683 25 327 5 339 5696 1851 34 273 25 751 5442 5 810 1912 34 867 26 176 5 544 5 925 1974 35 464 26 599 5 648 6040 _ 2036 36 066 27 022 5 751 6 155 2100 36 671 27 445 5855 6272 2164 37 280 27 867 5 960 6388 2230 37 893 28 288 6 064 6 505 _ 2296 38 510 28 709 6 169 6623 _ 2 363 39 130 29 128 6 274 6 741 2430 39 754 29 547 6 380 6 860 _ 2499 40 382 29 965 6 486 6979 _ 2 569 41 013 30 383 6 592 7 098 _ 2639 41 647
86. 10 O mais adequado consultar o fabricante sobre esses acess rios dispon veis Para instala o em vapor de gua a prote o do man metro deve ser feita por um sif o ou rabo de porco que consiste num trecho de tubo enrolado em uma volta na forma de espiral Oa L iO k Pa Bn Instrumenta o e Controle Para processos que apresentam forte pulsa o ou vibra o recomenda se o enchimento da c mara do man metro com glicerina ou halocarbono Para calibra o de man metros podem ser utilizadas colunas l quidas para baixas press es ou bombas de compara o ou balan as de peso morto para altas press es A bomba de compara o consiste num sistema cilindro e pist o com um volante para pressurizar o leo no cilindro Um man metro de refer ncia de boa qualidade calibrado e controlado instalado em um dos lados da bomba O man metro sob calibra o instalado na outra extremidade O movimento de rota o do volante pressurizar o leo no interior do sistema aplicando a mesma press o nos dois man metros que podem ser suas leituras comparadas A balan a de peso morto consiste num sistema muito semelhante onde o man metro de refer ncia substitu do por um cilindro que cont m um pist o que suporta pesos de diferentes valores Nesse caso o volante ser movido de forma a pressurizar o sistema levantar o peso at uma altura intermedi ria esquema do desenho
87. 17 PID ISA Vari vel S Bias K er K err di K Sa da do d emo dt e Estrutura PID S rie Set Point erro Vari vel dt Fig 8 18 PID S rie 5 5 K errado K sendo as duas primeiras as mais frequentemente encontradas na ind stria d ero dt pag 80 A estrutura PID paralelo frequentemente preferida na pelos usu rios pela sua simplicidade na compreens o e independ ncia entre os ajustes e a PID misto recomendada pela ISA Instruments Society of America Na utiliza o e opera o do controlador podemos distinguir as seguintes situa es Quanto origem da sa da o controlador pode estar em Autom tico ou Manual Na condi o de autom tico o valor da sa da calculado e continuamente atualizado pelo algoritmo PID Na condi o de Manual o valor da sa da determinado pelo operador atrav s de comandos frontais no controlador O algoritmo de c lculo inibido Na condi o de manual al m de inibir o c lculo o controlador deve for ar e redefinir continuamente o integrador de modo que a sa da calculada seja exatamente o valor da sa da manual O objetivo disso evitar um dist rbio na passagem de manual para autom tico a sa da deve nesse instante ter o mesmo valor quando em manual Para isso enquanto estiver em manual o valor integrador parcela integral recalculado for ando a zero a par
88. 250 ou seja Voy 10x b infinito Qualquer valor acima de 15 pode ser considerado infinito Entretanto podem acontecer raras situa es em que o n mero de graus de liberdade seja baixo Nesses casos devemos aumentar o n mero de amostras na avalia o da incerteza tipo Se a incerteza combinada pelo menos 1 5 vezes a Incerteza tipo A e tendo nessa pelo menos 4 amostras ent o Obtemos finalmente a incerteza da medi o que valer 2 0 x 0 29 0 58 da amplitude da faixa Vamos analisar os resultados luz da incerteza da medi o Padr o Instrumento erro Yo Yo X pag 160 a incerteza expandida o fator de cobertura os graus de liberdade e o n vel de confian a Por exemplo Incerteza da Medi o 0 58 da faixa para um fator de cobertura k 2 0 n vel de confian a de 95 com infinitos graus de liberdade Ou Incerteza da Medi o 2 9 C para um fator de cobertura 2 0 com infinitos graus de liberdade e n vel de confian a de 95 Expressar a incerteza com apenas um n mero significativo tamb m aceit vel e recomendado por alguns Incerteza da Medi o 0 6 da faixa para um fator de cobertura k 2 0 n vel de confian a de 95 com infinitos graus de liberdade Ou Incerteza da Medi o 3 C para um fator de cobertura k 2 0 com infinitos graus de liberdade e n vel de confian a de 95 Significa finalmente que a medi
89. 4 919 0 795 0 800 5227 0 053 7 685 __ 10 6907 5327 0 872 0 879 5 712 0 065 8379 140 7457 5730 0 950 0 959 6 204 0 078 9 081 ___ 150 8008 6 137 1029 1 041 6 702 0 092 9789 ___160 8560 6539 1 109 1 124 7 207 0 107 10 503 __ 180 9 667 7 338 1 273 1 294 8235 0 140 11 951 __ 190 10 222 7 737 1 356 1 380 8757 0 159 12684 ___ 20 10 777 8137 1 440 1 468 9 286 0478 13421 210 11 332 8537 1 525 1 557 9 820 0 199 14164 ___20 11 887 8938 1 641 1 647 10 360 0 220 14 912 ___20 12442 9 341 1 698 1 738 10 905 0 243 15 664 240 12 998 9745 1 785 1 830 11 456 0 266 16 420 ___ 250 13 553 10 151 1 873 1 923 12 011 0 291 17181 ___ 260 14 108 10 560 1 962 2 017 12 572 0 317 17 945 ___ 20 15 217 11 381 2 141 2 207 13 707 0 372 19 484 290 15 771 11 793 2232 2 303 14281 0 401 20 259 Instrumenta o e Controle 300 _ 16325 12 207 2323 2 400 14 860 0 431 21036 __ 310 16 879 12 623 2414 2 498 15 443 0 462 21 817 __ 320 _ 17 432 13 039 2 506 2 596 16 030 0 494 22 600 330 17 984 13 456 2 599 2 695 16 621 370 470 480 570 670 680 700 710 720 730 740 750 760 770 780 44 852 32 866 7 236 7 829 3078 60 232 21 846 16 395 3 260 3407
90. 5 PSI proporcional entrada de 4 20maA No transmissor target o eletroim substitu do pela barra que est ligada ao alvo A for a exercida pelo fluido tende a aproximar a palheta do bico Existem v rias tecnologias de implementa o desse sistema Em alguns casos o bico o elemento m vel contra uma palheta fixa Instrumenta o e Controle pag 62 Temperatura 30 Juntas PTFE Press o 900 mmH O Veda o Classe Vaz o 4841 Nm h Conex o wafer 10 1504 ANSI B 16 5 Outras Informa es Caracter sticas do g s Densidade 1 08 Ar 1 0 C C 1 39 Viscosidade 0 017 cP Acess rios Filtro regulador c man metro Di metro Nominal 10 Sede ASTM A 240 362 178 392 Fluxo Instrumenta o e Controle Dimensionamento de Valvulas de Controle O correto c lculo e dimensionamento das v lvulas de controle fundamental para a performance do sistema Uma v lvula mal dimensionada pode resultar num controle em que a v lvula permanece muito fechada em condi es normais de processo v lvula muito grande ou muito aberta v lvula muito pequena Em ambos os casos o resultado do controle ruim pois nos limites extremos o controlador n o ter muita liberdade na varia o do seu sinal de sa da Dimensionar e especificar uma v lvula de controle consiste basicamente em calcular o Cv coeficiente de vaz o necess rio ao processo
91. 5 28 Quando n o h vaz o do l quido os dois sensores apresentam sinais senoidais em fase se estabelecer o fluxo a in rcia da massa em movimento provoca uma defasagem entre os sinais detectados pelos sensores O ngulo de fase desses sinais proporcional vaz o em massa ou seja em unidade de massa por unidade de tempo Fluid Forca Fluid Forca Fig 5 29 Na pr tica o tubo que vibrava de maneira regular passa a se torcer em fun o da massa se movimenta em seu Interior pag 58 sua vantagem a medi o em massa ou seja considerando a densidade ou massa espec fica do fluido A sua desvantagem o custo e a inviabilidade de aplica o em tubula es de grande di metro por uma quest o construtiva seria necess ria muito energia para fazer vibrar um tubo de grande di metro Fig 5 31 Fig 5 30 Instrumenta o e Controle Medidores de Rodas Ovais Para vaz o de l quidos viscosos como leos pesados o medidor volum trico de rodas ovais pode ser uma solu o adequada Consiste de duas engrenagens el pticas que durante o seu movimento rotativo for ado pelo fluxo confinam volumes constantes Fig 5 32 transportando os da entrada para a sa da Sua vantagem por ser volum trico n o depender da viscosidade e densidade do fluido Atrav s de um sensor de proximidade s o gerados pulsos a cada rota o das engrenagens O movimento mec nico pode tamb m ser t
92. 50 MV 70 I 0 8G 2 0 8G 2 0 8G _ 0 83 E 04 0 83G S 5 t t T T 0 8G 1 0 85G l T 0 4 ganho do sistema pode ser calculado K como a rela o entre a varia o da sa da a varia o da vari vel AS 70 50 20 1 Condi o final PI P PID PID PV 73 5 paralelo ISA paralelo ISA T OEE ee t 2 50 73 5 37 5 36 Tomando como exemplo o controlador ISA misto lembrando que os tempos est o em segundos O tempo morto o tempo necess rio para in cio da rea o do processo O exemplo ilustra K 083G 0 4 _ 0 83x0 5 d 2 0 4 0 96 uma simula o de controle de vaz o a E Nesse caso pode ser avaliado em cerca de 3 1 1 0161 segundos cada divis o corresponde 10 i 040 4 5 0 4 3 segundos repeti es por segundo que equivale a t 3 segundos 0 161 x 60 9 7 repeti es minuto A constante de tempo O corresponde ao tempo 5 3 rs e 0 0 97 necess rio a vari vel atingir 63 do seu 74250 3 2 5 5 valor final segundos que corresponde a Vari vel 100 SE 20 50 40 ee 30 Tempo morto N Constante de tempo 20 figura 10 5 Instrumenta o e Controle pag 105 0 97 Tempo morto nulo significa um processo facilmente control vel 0 016 minutos Caso ocorram valores muito altos de K e Ki vale a an lise do c
93. 771 18 842 11257 1168901 S naay __ 1620 1110088 qa 1630 17 125 11 608 __ 6 Is o 15 1650 1360 q 11842 1660 y j 149 m 1670 1594 S 406 _ 1680 G 4249 _ 1690 186 f 4230 _ 1700 1942 12426 __ 1710 ligo 12543 1720 Ito f 12659 1730 __ Jam 1740 _ 118394 f 12892 1750 118504 f 430 _ 16 41862 1131241 j Bag 1180 j 13354 0 _ 1739 jJ j eao __ 1800 138868 Instrumenta o e Controle Termo Resist ncias Outro sensor de temperatura utilizado na PT 100 pag 37 ind stria a termo resist ncia constitu da de 18 49 100 00 219 12 96 09 17216 510 284 22 175 84 287 53 um bulbo de resist ncia de platina cujo valor de 22 80 103 90 350 222 99 resist ncia varia em fun o da temperatura 31 32 111 67 229 67 Sua principal vantagem exatid o da o linearid lica 119 40 236 65 medi o a linearidade e aplica o em 440 4387 60 12324 240 13 48 00 243 59 52 11 80 130 89 247 04 Sua montagem e instala o semelhante do 5619 90 13470 250 48 termopar 60 25 138 50 253 90 A 5 64 30 142 29 257 32 topologia de liga o pode ser dois tr s ou 58 33 146 06 260 72 s 149 82 264 11 Tisa 153 58 267 49 A utiliza o dos fios Suplementares permitem 80 31 157 31 270 86
94. 90 _ 54 948 39 310 9 012 9 848 4 386 72603 960 _ 55 553 39 703 9 126 9978 4474 73360 970 _ 56 155 40 096 9 240 10 109 4 562 74115 x 980 56 753 40 488 9 355 10 240 _ 4652 74869 ___ 990 57 349 40 879 9 470 10 371 4742 75621 __ 1000 4126 9 585 10 503 4833 76373 __ 100 41657 9 700 10 636 _ 4924 __ 1020 _ 4204 9 816 10 768 _ 5016 __ 0 42432 9932 10 902 5109 __ 10 428177 10 048 11 035 _ 5202 __ 100 _ 43202 10 165 11170 _ 5297 __ 1060 43585 10 282 11 304 5391 __ 1009 _ 43968 10 400 11 439 _ 5487 __ 100 44349 105177 11574 __ 5583 __ 1090 44729 10635 1170 _ 5680 __ 10 145 108 10 754 11 846 577 __ 1101 45486 10 872 11 983 _ 5875 __ 120 45863 10 991 12119 593 1140 46612 11 229 12 394 6172 __ M50 4698 11 348 12 532 _ 6273 1160 4735 11 467 12 669 _ 6374 1170 47 726 11 587 12808 6475 1180 48095 11 707 12 946 _ 657 1190 48462 11 827 13085 _ 6680 __ 1200 48828 11 947 13224 6783 __ 120 494192 12 067 13 363 _ 6887 __ 12 _ 4955 12 188 13502 _ 699 __ 1232 _ 49916 12 308 13 642 _ 7096 __ 4240 _ 5026 12 429 13 782 _ 7 202 __ 12909 50 633 12 550
95. Controle Vamos tentar L 3 e C 9 segundos O resultado na figura 11 31 figura 11 31 Parece uma boa aproxima o Vamos melhor la Observe que no processo original a vari vel cruza o seu valor final em cerca de 9 segundos Na nossa simula o isso ocorre em cerca de 7 segundos Temos 2 segundos de diferen a Vamos aumentar 2 segundos no valor de tornando o 11 segundos Novamente o resultado na figura 11 32 figura 11 32 Compare com a figura 11 27 e verifique que o resultado satisfat rio Com mais algumas tentativas podemos chegar a um resultado melhor necess rio avaliar se vale a pena Esse m todo parece uma tentativa e erro pouco sistem tica Entretanto considerando que n o conhecemos absolutamente nada da natureza do processo o que se pode fazer Como se trata de um processo inst vel devemos pesquisar qual seria a vari vel de influ ncia mais preponderante para adaptarmos as fun es de transfer ncia considerando essa vari vel O m todo seria com o set point fixo em por exemplo 60 obtermos a informa o do valor de sa da do controlador para alguns valores dessa vari vel pag 139 Vari vel de Sa da do Vari vel Influ ncia Controlador Principal 57 8 70 7 81 7 Ent o aquele valor fixo de 57 8 na fun o de transfer ncia externa dever se tornar uma fun o de uma vari vel de influ ncia externa A sa da do controlador S em fun o da vari vel
96. EvroAnt D K RE Autom tico SA DA Saida Bias P I D Sa da gt 100 Sa da lt 0 Saida 0 Saida 100 Sa da Bias P D BUMPLESS E ANTI RESET WIND UP Fig 8 20 Saida Ajuste Instrumenta o e Controle pag 85 9 Estrat gias de Controle A estrat gia de controle a defini o da fun o quantidade e topologia de interliga o de diversos instrumentos determinada com o objetivo de atender necessidade do processo Na tecnologia atual somente os instrumentos de campo s o discretos constituindo uma entidade f sica hardware Os demais instrumentos em geral s o fun es de programa de PLC SDCD ou supervis rio software importante representar todas essas fun es no fluxograma de instrumenta o de modo a tornar claros os objetivos a forma de programa o implementa o funcionamento do controle As estrat gias descritas a seguir s o aplica es cl ssicas O projetista deve analisar cada caso de processo suas implica es e seu comportamento para determinar a estrat gia mais adequada De qualquer forma vale a recomenda o quanto mais simples a estrat gia maior a probabilidade de um bom resultado por ser melhor compreendida e dominada Instrumenta o e Controle pag 86 Controle em Feed back a estrat gia mais simples constitu da de um sensor transmissor O controlador e seu elemento final de controle todos l
97. FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTA O E CONTROLE eng Paulo Vicente Correa rev julho 2002 INDICE C Ore NOS nu a ma o 4 Controladores L gicos Program veis PLC 8 PEC no Controle 8 uuu 8 LOSS a un apama A Ra o 12 Unidades de Medida de Press o u yt u u u tum an e 15 Mano Melos ss kutuna a usa 17 21 Oyu ku tu t ia u Sautan aaa Malibu tubo 23 lostalacao de Trans 25 Lemper ir so A u aD PA u a s s 29 TEmo TOSA e A au uma RN da RE a 30 31 Ternno IRESIS ENCIAS assi PR a ba 37 INTO Rd asas A CN a nb 38 1 p a E 41 Placas ua iaia a a a ac 44 CO ya uha Qh a o O oo a 52 53 Medidores IMAONCUCOS a a a a a k ls 54
98. Fun o 10 M23 Vaz o de Ar Fun o 100 M22 Desmarque os processos e os blocos de c lculo para despolur a tela Salve o seu exerc cio como Exercicio 3 e sintonize os controladores para melhor performance pag 128 Instrumenta o e Controle Exerc cio 4 Vamos implementar uma estrat gia de limites cruzados utilizando o exerc cio 3 Abra o bloco de c lculo ao qual demos o nome de FY 102 e mude suas caracter sticas Posicione o numa regi o central da tela Tag n Descri o SP para o Ar Fun o M23 gt M01 Abra um novo bloco de c lculo e posicione o ao lado do bloco anterior Tag Descri o SP Gas Fun o M22 lt M01 Redirecione o SP remoto do controlador de vaz o de ar para 41 gt e o SP remoto do controlador de vaz o de g s para 42 lt Observe o novo comportamento e salve o como Exerc cio 4 pag 129 Instrumenta o e Controle Exerc cio 5 Fa a o exerc cio 5 utilizando o exerci io 4 por m implementando um duplo limite cruzado O esquema do limite o da figura 11 20 MO O q A a uy ya us iu qa w wm 4 l I I l k k DA GS I 2 E l Nt i ED ED l 1 1 44 i I I w 22 M23 P de Ar de Gas P de figura 11 20 Para melhor organiza o vamos abrir o bloco SP de Ar sa da em M41 al
99. Sempre que a rotina for terminada devemos atualizar os valores de erro Anterior fazendo o igual ao erro atual e da PV anterior fazendo a igual PV atual A rotina se inicia calculando o erro a parcela proporcional a parcela integral 1 a parcela derivativa D a sa da que a soma das tr s parcelas com o Bias A verifica o dos limites de sa da evitam a satura o do termo integral redefinindo o Com o controlador em manual o acumulador do Integral reajustado de forma a evitar o dist rbio na passagem de manual para autom tico Apesar de n o estar indicado o mesmo deve ocorrer com o valor ajustado de sa da em Fig 8 19 Ajuste de Sa da manual Instrumenta o e Controle manual para que n o haja dist rbio na passagem para manual Quanto ao set point quando em remoto o valor de ajuste do SP local deve ser for ado para o mesmo valor do SP remoto de forma a evitar o dist rbio na passagem para Local Observe que o valor do Acumulador Integral inst vel enquanto houver erro diferente de zero ele sempre incrementado ou decrementado de uma parcela O Derivativo ser sempre nulo se o erro anterior for igual ao erro atual est vel pag 83 Instrumenta o e Controle pag 84 erro SP PV erro PV SP ERRO PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO A o Direta PVAnt PV PV PVAnt 2 erro
100. a mca Naturalmente corresponde a 1000 mca pag 15 Como est se referindo ao peso da coluna considera se a acelera o da gravidade padr o de 9 80665 m s Em alguns casos utiliza se o mmH 0 20 ou seja utilizando a massa espec fica da gua a 20 C Existe uma pequena diferen a entre o mmH O a 4 C mmHj O 20 atm Uma atmosfera corresponde a 101 325 Pa Outras Unidades Outras unidades derivadas como a polegada de gua a polegada de merc rio o metro de gua o p ft de gua libra por p quadrado o Torr e outras devem ser evitadas As suas correla es podem ser deduzidas ou pesquisadas na literatura Instrumenta o e Controle pag 16 Correspond ncias entre as unidades de medida de Press o aco uso oomoo 10r 1o ator nes rare 1 soon mor rara 1 133 3222 0 001 333 222 0 019 336 75 0 001 359 508 _ 13 595 08 9 806 650 0 000 098 066 50 0 001 422 334 0 000 100 000 00 0 073 556 02 1 101 325 0 1 013 250 14 695 95 1 033 227 760 000 O 10 332 27 Obs Gravidade terrestre normal 9 80665 m s Massa espec fica do merc rio a 0 C e press o atmosf rica de 101 325 Pa 13 595 08 kg m Massa espec fica da gua a 4 C e press o atmosf rica de 101 325Pa 1 000 000 kg m Fatores de Convers o para Unidades de Medida de Press o o Psi Multiplicar Pa por Para Obter mmHg mmH 0 _
101. a informa o sobre gr ficos esse valor deve ser arredondado para cima Um valor inteiro torna mais f cil avaliar um valor qualquer por exemplo em um registrador cuja escala de 0 100 vaz o nominal o valor de trabalho mais frequente Essa informa o visa a otimiza o dos c lculos nessa vaz o A press o diferencial aquela a ser gerada quando ocorre a vaz o m xima Com esse valor devemos calibrar o transmissor de press o diferencial Esse valor deve estar pr ximo de 5 a 10 da press o dispon vel na linha por m n o rigidamente Por uma quest o de padroniza o a ind stria costuma determinar valores preferenciais para press o diferencial por exemplo 100 150 250 500 1000 e 2500 mmH 0O Essa padroniza o permite manter estoques de instrumentos calibrados ou permitir a intercambiabilidade entre instrumentos A press o de opera o a press o do fluido Em gases esse valor cr tico e influencia fortemente no c lculo A temperatura de opera o al m de ser cr tico como a press o em caso de gases tamb m vai permitir calcular os efeitos da dilata o da tubula o e da placa A massa espec fica uma propriedade do fluido Caso o fluido seja convencional gua ar Nitrog nio vapor saturado pode ser pag 50 suprimida O fabricante tem condi es de determin la Caso n o seja conhecida podemos informar a composi o do g s para que seja avaliada A
102. aca de orif cio nos dar o resultado esperado com as incertezas conhecidas Consiste numa placa circular na forma de uma raquete com um orif cio de restri o que pode estar centrado ou exc ntrico podendo s vezes ser segmental ou seja um segmento de c rculo ao inv s de um furo circular completo Tomada de Tomada de alta press o baixa press o N d N Fig 5 5 passar pelo orif cio notadamente menor que o di metro da tubula o o fluido aumenta a sua pag 44 velocidade produzindo uma queda de press o que proporcional ao quadrado da vaz o A press o est tica ao longo da tubula o perfaz uma ligeira eleva o na p8oximidade da placa e uma brusca queda de press o logo ap s a placa de orif cio A press o retornar ao seu valor final de pois de uma razo vel dist ncia ap s a placa Uma parte da perda de press o permanente n o se recupera pois corresponde perda de energia na forma de calor e ru do Di metro do Orif cio O par metro da placa a ser determinada no seu c lculo o di metro do orif cio A rela o entre o di metro do orif cio e o di metro interno da tubula o representada pela letra grega B d beta p Este valor naturalmente sempre menor que a unidade e por recomenda o deve estar situado entre 0 25 e 0 75 o di metro do orif cio deve estar entre 25 e 75 do di metro da tubula
103. ada pela press o atmosf rica exercida sobre a superf cie do l quido no recipiente Ficou ent o definido que a press o atmosf rica aquela necess ria para sustentar o peso de uma coluna l quida de merc rio altura de 760 mm Se a medida do comprimento foi perfeita ou 15 metros Retirando gua de um reservat rio alto pelo m todo do sif o Ser poss vel retirar toda a gua do raocarvat rin Fig 2 2 Instrumenta o e Controle n o a press o atmosf rica padr o passou a ter a medida de 760 mmHg e n o depende da rea ou formato do tubo ou do recipiente Se a experi ncia tivesse sido feita com gua a altura da coluna seria de 760 x 13 59508 10332 mm ou seja mais de dez metros 13 59508 a densidade do merc rio em rela o gua a 4 Se a experi ncia tivesse sido feita na Lua por exemplo todo o merc rio do tubo desceria at o n vel zero pag 13 A press o manom trica tomada ao ar livre sempre zero Portanto em altitudes diferentes um mesmo valor de press o manom trica representar condi es f sicas diferentes Press o Diferencial a diferen a de magnitude entre duas press es quaisquer Consequentemente a press o absoluta pode ser considerada como uma press o diferencial onde a press o de refer ncia o v cuo absoluto Da Press o diferencial Press o Manom trica Press o absoluta Press o atmosf rica V cuo Press o
104. ade f sica de obedecer as recomenda es de trechos retos teremos que conviver essencialmente com incertezas maiores na medi o com placa de orif cio Um artif cio que tamb m pode ser utilizado s o os chamados retificadores de fluxo Um tipo comum de retificador de fluxo o retificador tubular que consiste numa grande quantidade de tubos de di metro pelo menos um quarto do di metro da tubula o e comprimento n o inferior a oito vezes o pr prio di metro Fiq 5 15 Esse feixe de tubos quando inserido montante da placa permite utilizar um comprimento de trecho reto cerca de dois ter os ou menos do determinado nas tabelas Recomenda se recorrer literatura especializada para aprofundar no assunto Quanto instala o do transmissor de press o diferencial as recomenda es s o as mesmas discutidas para transmissores de press o Como existir o duas tomadas de press o no caso do uso de l quido de selagem vapor aten o deve ser dada altura das duas tomadas que devem ser id nticas pag 48 Instrumenta o e Controle pag 49 Folha de Dados T pica para Placas de Orif cio Tag FE 411 Rel Cal espec 1 36 Vaz o Nominal 1350 Nm h Material da placa AISI 316 Press o diferencial vaz o m xima 100 mmH 0O Espessura da placa 5 0 mm Flanges 10 150 ANSI B 16 5 N mero de Reynolds Perda de Carga Permanente na vaz o m xima 56mmH O M todo de C lculo
105. ados por c rculos funcionais com o seu tag A interliga o entre os instrumentos uma linha pontilhada quando o sinal el trico e uma linha entrecortada quando o sinal pneum tico Para tubos de enchimento usa se o s mbolo de Instrumenta o e Controle tubo capilar que uma linha superpostas com 660 99 v rios x Quando h um anterfaccamento com intertravamento rel s PLC indica se com um losango contendo um internamente Quando o Instrumento aciona alarmes visuais costuma se indicar um s mbolo de l mpada A circunfer ncia funcional poder ter um tra o horizontal indicando que se trata de um instrumento instalado no frontal do painel Um tra o pontilhado indica instrumento montado na traseira do panel sem acesso ao operador Sem nenhum tra o um instrumento de campo Quando houver dois tra os no instrumento significa instrumento montado em painel local quando h outro painel na sala de controle Quando o c rculo est inscrito num quadrado significa que o instrumento uma fun o interna a um equipamento como por exemplo num pamel de controle microprocessado ou num software supervis rio implementamos um indicador ou controlador o instrumento n o uma individualidade f sica N o h um rigor na simbologia da instrumenta o Outros s mbolos podem ser importados na simbologia mec nica el trica qu mica etc dependendo da natureza do processo O
106. alor desse tempo morto pois a sua ordem de grandeza pr xima desse valor Da mesma forma para estrutura ISA dividir Kg pelo valor do ganho O tempo morto corresponde ao tempo necess rio para se iniciar uma rea o da vari vel perante o est mulo em degrau Instrumenta o e Controle Escolha da estrutura do controlador Em geral quando o valor do tempo morto compar vel com o valor da constante de tempo pode se dizer que a malha particularmente dificil de ser sintonizada Podemos relacionar o valor da constante de tempo e do tempo morto tempo necess rio para in cio da rea o do processo Nos processos est veis a constante de tempo o tempo necess rio para a vari vel atingir 63 do valor final Para processos inst veis vamos definir aqui a constante de tempo como sendo a rela o entre o degrau de sa da e a velocidade da vari vel o _ AS At APV Se o tempo morto for inferior a 20 da constante de tempo podemos utilizar o controlador PI levando a zero a constante derivativa T 7 lt 0 2 Controlador Se o tempo morto estiver entre 20 50 da constante de tempo devemos utilizar o controle PID T 0 5 gt gt 0 2 Controlador PID Se o tempo morto superior metade da constante de tempo por m ainda inferior a ela temos um processo dificil de ser controlado T E 1 gt gt 0 5 Processo de dif cil controle PID Finalmente para tempo m
107. aminhamento do cabo representariam erros de medi o Instrumenta o e Controle Devemos utilizar os cabos do mesmo material do termopar nesse caso chamamos de cabo de extens o Por outro lado caso n o seja poss vel por uma quest o econ mica poderemos utilizar material diferente do termopar por m de caracter sticas termo el tricas semelhantes Esses s o os cabos de compensa o pag 32 S o usados principalmente para termopares tipo S e B cujo material original cont m Platina material suficientemente para inviabilizar Apm j os cabos de extens o ar mm u 1 Mi o x w Fig 3 5 Fig 3 6 Fio ou cabo de lt Termopar Material dos condutores Faixa de Limite de erro C Utiliza o Padr o Especial _ 0 60 a 100 C 0a 200 C Cromel Constantan O a 200 C 1 7 C m E X Crome oazo same Fio ou cabo de compensa o Termopar Material dos condutores Faixa de Limite de erro C utiliza o Padr o Especial _ Cobre N quel 0 a 200 C Cobre N quel 0 a 200 C oaro sare _ Instrumenta o e Controle pag 33 270 6 258 9 835 __ 260 _ _ Io A 9797 __ 2 618 d 9718 __ 2 _ Ie 964 __ 2 o 60 9 455 __ 2 _ RR E DR 92 4 __ 20 _ Isso f 9063 200 7 890 5 891 5 603 8 825 __ 190 7 659 5730
108. andezas de uma mesma natureza denominado cole o padr o Padr o de referencia Padr o geralmente tendo a mais alta qualidade metrol gica dispon vel em um dado local ou em uma dada organiza o a partir do qual as medi es l executadas s o derivadas Padr o de trabalho Padr o utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas materializadas instrumentos de medi o ou materiais de refer ncia Observa es 1 Um padr o de trabalho geralmente calibrado por compara o a um padr o de refer ncia 2 Um padr o de trabalho utilizado rotineiramente para assegurar que as medi es est o sendo executadas corretamente chamado padr o de controle Numa planta industrial a defini o de padr es de refer ncia e de trabalho deve constar nos procedimentos do sistema de qualidade e seu uso e per odo de calibra o regulamentados Os padr es de refer ncia devem quase sempre ser calibrados em laborat rios credenciados na rede metrol gica e utilizados somente para calibrar os padr es de trabalho Nessa linha o Valor Verdadeiro Convencional o obtido pelos padr es de refer ncia Padr o de transfer ncia Padr o utilizado como intermedi rio para comparar padr es Observa o express o dispositivo de transfer ncia deve ser utilizada quando o intermedi rio n o um padr o Padr o internacional Padr o reconhecido por um acordo internacional para
109. ari vel em torno do set point varia o esta que pode ser inadmiss vel frente s exig ncias de qualidade Al m disso dist rbios na press o de vapor devido a manobras bruscas e desgaste da v lvula de controle podem ser problemas display digital barra gr fica do set point Ex barra gr fica da vari vel FI PIFI Loop 2 selecionado SP Local FREI F b barra gr fica da saida i o Fig 8 3 pag 70 Naturalmente em muitos processos industriais poss vel implementar controles tudo ou nada Tudo depender somente do processo sua toler ncia a erros e descontinuidade sele o do display sele o do loop incrementa SP decrementa SP LocalRemoto Incrementa Saida Autom tico Manual Decrementa Saida Instrumenta o e Controle pag 71 v lvula dever ser fechada 10 Se o erro for zero sp pv ent o definimos um valor inicial qualquer para a posi o da v lvula por exemplo 50 chamado Bias Controlador Proporcional P Um controle mais suave o controle proporcional A equa o do comportamento do controlador o pode ent o ser escrita como Nele o controlador pode posicionar a v lvula de controle em posi es intermedi rias S Bias K x erro continuamente
110. as por exemplo pode ser uma boa op o e certamente diversas vari veis de influ ncia ser o utilizadas no modelo Um sistema de tratamento de gua por exemplo pode incentivar a imagina o do projetista na implementa o de uma estrat gia feed forward bastante complexa um processo que tipicamente envolve atrasos razo veis Por exemplo de posse da vaz o do efluente seu PH volume n vel do reservat rio e o PH da sa da da gua tratada pode se determinar um modelo matem tico que calcule o valor te rico da vaz o de reagente a ser introduzida na mistura e seu comportamento no tempo para obten o do resultado final desejado Esse valor te rico deve determinar em primeira inst ncia o set point da vaz o do reagente zet point para vaz o do reagente entrada de efluentes fig 9 10 Implantado esse modelo matem tico um controlador de PH instalado na sa da do efluente medindo resultado final dever ter Instrumenta o e Controle possibilidade de atuar na vaz o do cido cal de forma mais ou menos limitada para obten o do valor desejado Uma perturba o na vaz o de efluente ou no seu PH provocar uma corre o da vaz o de reagentes mesmo antes que isso se reflita na qualidade final da gua tratada pag 95 Instrumenta o e Controle Controle em Split Range faixa dividida Quando se tem problemas de rangeabilidade da medi o ou do controle pode se usar essa t
111. atro ao longo da circunfer ncia do cilindro sendo todos esses pontos interligados ao um anel de tubo chamado anel piezom trico duvidoso e pouco documentado o efeito ou vantagem da utiliza o de tal anel Apesar do tubo de Venturi ter sido desenvolvido para l quidos especificamente para gua h Para o Transmissor Tubo Cilindro fig 5 18 Anel Piezom trico aplica es tamb m em gases O tubo de Venturi deve ser constru do de forma a ser instalado entre flanges da tubula o usado geralmente em tubula es de grandes di metros o que o torna caro e pesado Instrumenta o e Controle Cone em V V cone um medidor de vaz o tipo press o diferencial desenvolvido recentemente inv s de um orif cio introduzido um obst culo em forma de um cone O desvio do fluido sobre o contorno suave do cone produz uma depress o no centro da base onde se encontra a tomada de baixa press o Tomada de Tomada de alta as baixa press o Fig 5 19 O c lculo do cone semelhante aos m todos da placa de orificio e Venturi O B mesmo para placa de orif cio e Venturi a raiz quadrada da rela o entre rea livre e rea obstru da e para Cone valer onde D o di metro interno da tubula o e d o di metro do cone na sua base maior di metro As vantagens do
112. bom senso e o conhecimento do processo certamente dirimir todas as d vidas pag 67 q Or j 3 EBougod SA ASA AOGQ ADA m OSJnO SIALYI YZ TSZ HSZ HSX no ISX HSA TSA da no AA TSV HSV AX sawna AST ASL ASA Asd v ueinbos AOI AOL ADA Ad HSI no 7857 5070350019 gIed 181 no HSL ISA no HSA exreq AL da ojeysossald yi 154 0323058 qo l u a Sun a d OIX no OIA IX no A LX no LA HX no JA OP5PIqIA OIX DIV IX LIX LX LIV LY no Jy aa a a pepisusg S 1oSIA de oi LITNO LT q1 621209151891 joured OULI9 60930019 e4nzes dw LL ered L 1 NO 290 1 wo 9H joured op 1opeorpul JOSSIUISUB esed eiid OEZEA IH LIA NO LH HH e1ouoJojip op 8 no Jld x 20 1opeorpur 0255914 14 1085101800 dd no Ld JOpeoIpu JOSSIWSUBI E 9ABLIBA
113. bre a vari vel de processo e n o sobre o erro Em casos de set point remoto proveniente de sinal externo pode ser admiss vel ou desej vel que a derivada se aplique sobre o erro Por m pouco frequente No gr fico adiante foi definido uma constante derivativa diferente de zero Observe o comportamento do derivativo quando o set point foi alterado de 40 60 E o resultado n o foi sensivelmente melhor que o caso De qualquer forma a sintonia do controlador fundamental para uma boa performance Sintonizar o Controlador determinar lhe as constantes P I de forma a obter o melhor resultado poss vel Vari vel retornando ao valor do set point perante um dist rbio de forma precisa r pida e sem oscila o 10 101 Vari vel SetPoint Saida JOW 50 E H 40 30 0 10 101 Proporcional Integral Derivativo Es Fig 8 15 Instrumenta o e Controle Estrutura de Controladores A implementa o f sica ou l gica de um controlador pode adquirir estruturas diferentes no que se refere ao algoritmo de c lculo por m o resultado final ser sempre o mesmo sendo imposs vel distinguir entre elas apenas com a observa o do seu comportamento e Estrutura PID Paralelo Set Point Vari vel Fig 8 16 PID paralelo RE i Sa da T 5 K erro K errada cem e Estrutura PID ISA Set Point dt Fig 8
114. bserve que a press o estabelecida a partir da leitura do man metro sob teste que tem certamente resolu o pior que o padr o e a leitura feita no man metro padr o que o valor verdadeiro Para avalia o da incerteza tipo A foram repetidas as medidas no valor de 7 00 nas mesmas condi es e obteve se Man metro Verdadeiro Calculando se a m dia do valor verdadeiro x obtemos 7 03 7 03 6 98 7 02 7 01 7 014 5 Essa m dia melhor estimativa para o valor verdadeiro Interessante que a dispers o dos resultados pode eventualmente ser atribu da ao instrumento sob teste n o ao mensurando Total 0 001720 Devemos agora dividir essa soma pelo n mero de amostras menos um e tirar a raiz quadrada 021 Kgf cm Uma segunda possibilidade para o c lculo da incerteza tipo a obtida pela distribui o dos erros ao longo de toda a escala considerando que o erro e n o o valor verdadeiro o objeto da an lise estat stica Considero esta mais adequada para a instrumenta o industrial apesar de n o se adequar aos crit rios do INMETRO para credenciamento de laborat rios da rede que precisam de crit rios padronizados por todos A argumenta o do auditor do INMETRO ser certamente que esses dados n o atendem condi o de repetitividade por n o serem medi es efetuadas num mesmo ponto Entretanto aceit vel e adequada quando dev
115. cela derivativa I S Bias K erro onde S o valor da sa da determinada manualmente pelo operador Da mesma forma autom tico enquanto estiver em controlador for a o valor ajust vel de sa da que seria utilizado se em manual de forma a coincidi lo com valor de sa da em autom tico Com isso a passagem de autom tico para manual ser feita de maneira suave e sem dist rbios Essa caracter stica chamada bumpless Quanto origem do Set Point o controlador pode estar em Local ou Remoto Na condi o de SP local o valor do set pomt determinado pelo operador no frontal do painel Instrumenta o e Controle Quando em Remoto o set point proveniente de um sinal externo o que permitir estrat gias de controle em cascata Da mesma forma o controlador deve garantir aus ncia de dist rbios na passagem local remoto Para 1sso enquanto estiver em Remoto o valor do set point ajust vel pelo operador que seria utilizado se em local reajustado e for ado o mesmo valor do sinal do SP remoto Entretanto quanto est em Local o controlador n o pode for ar o valor de um sinal externo Nesse caso quando da passagem do controlador para Remoto o operador deve tomar o cuidado de observar se haver dist rbio e evit lo Quanto aplica o da derivada o derivativo pode ser aplicado sobre o erro ou sobre a vari vel Como o erro defini
116. cnica de faixa dividida Essa estrat gia caracterizada pelo fato de que um nico controlador atua sobre mais de um elemento final de controle direta ou indiretamente Apesar de utilizada com alguma frequ ncia muitas vezes os resultados n o s o satisfat rios devido forte descontinuidade introduzida no ponto de comuta o I 0 3021 130 100 0100 No exemplo da figura por insuficiente rangeabilidade v lvula de controle dificuldade de controlar eficientemente em valores baixos de vaz o optou se pela utiliza o de um ramal de menor di metro A sa da do controlador poderia por exemplo ser dividida em duas faixas 0 a 30 e 30 100 veja o primeiro gr fico Uma op o suplementar seria compartilhar a faixa de 30 a 40 como no segundo gr fico da figura para minimizar a descontinuidade na transi o Isso pode ser adequado ou n o dependendo da curva caracter stica das v lvulas De qualquer forma na transi o haver uma inflex o uma descontinuidade na curva de vaz o terceiro gr fico onde o controlador costuma ficar indeciso ou oscilante h uma mudan a brusca no comportamento din mico do processo dif cil conciliar ou obter uma estrat gia no sistema que neutralize esses inconvenientes principalmente pelo fato desses valores se alterarem ao longo do tempo em fun o de condi es de processo ou deteriora o das v lvulas pag 96 Aconsel
117. configurar os v rios par metros do transmissor Esses par metros s o a faixa de trabalho a calibra o zero e span a unidade de press o a lineariza o do sinal extrator de raiz quadrada ou outra a forma da indica o local etc Os materiais utilizados na constru o do transmissor especialmente das partes molhadas devem ser objeto de aten o em fun o do fluido e sua agressividade Os flanges e os adaptadores s o comumente em a o carbono niquelado ou cadmiado Podem ser fornecidos opcionalmente em a o inox AISI 316 ou em Hastelloy uma liga resistente corros o A v lvula de dreno vent que permite abrir a c mara para uma purga ou por algum outro motivo fornecida em geral em A o inox AISI 316 podendo tamb m ser solicitada em Hastelloy O diafragma um ponto cr tico pois al m de ser sens vel mecanicamente permanece em contato direto com o fluido Para fluidos convencionais gua ar gases n o corrosivos utilizado o diafragma em a o Inox 316 Pode ser tamb m fornecido em Hastelloy Monel ou T ntalo Os an is O s o especificados preferencialmente em Viton Buna N ou fluorocarbono s o outras op es O fluido de enchimento da c lula em geral o silicone que deve ser incompress vel e de baixo coeficiente de dilata o com a temperatura A necessidade de alguns opcionais deve ser analisada Instrumenta o e Controle A placa de fixa o mounti
118. controle oscilante n o amortecido O m todo deve procurar o ganho tal que o processo oscile chamado ganho cr tico Kpc De posse desse valor de ganho cr tico medimos o per odo da oscila o T e aplicamos nas equa es seguintes para determina o dos par metros do controlador PI PI PID PID paralelo ISA paralelo ISA Ke Ke Ke Ke kn 2 2 29 1 7 O exemplo utiliza o sistema da figura 10 11 abaixo O controlador de n vel foi ajustado para 1 0 0 O ganho foi elevado gradualmente at que o processo come asse a oscilar ver figura 10 12 Com o ganho 10 a oscila o n o converge Com o ganho 8 a oscila o amortece O FT 101 Figura 10 11 Controle de N vel inst vel pag 108 ganho cr tico encontrado foi Kp 9 que produziu uma oscila o de amplitude constante Kpc 9 0 O per odo da oscila o medido no gr fico correspondeu a 16 7 segundos 1 16 7 s o controlador em estrutura PID paralelo os dados resultaram K 9 5 3 K 9 pc 0 857 0 85 16 7 0 63 repeti es por segundo que equivale a 0 63 x 60 38 repeti es por minuto IK _ 16 7 9 _ 11 3 segundos 13 3 13 3 11 3 60 equivale a 0 19 minutos O processo em quest o foi ajustado com esses par metros e sua resposta a um degrau no set point apresentou o resultado do lado esquerdo
119. da da press o Press o figura 5 2 Nesse processo h uma troca de energia de press o e cin tica de velocidade J que a vaz o proporcional velocidade e a diferen a de press o proporcional ao quadrado da velocidade de se esperar que a diferen a de press o gerada seja proporcional ao quadrado da vaz o Colocando se um transmissor de press o diferencial entre um ponto montante e outro jusante temos um sistema de medir vaz o Caso esse transmissor seja capaz de calcular a raiz quadrada do sinal de press o temos um medidor de vaz o linear Esse exemplo simplificado pode ser compreendido pela equa o de Bernoulh No entanto quando tratamos de casos reais uma s rie de fatores devem ser considerados Fator de Compressibilidade atrito com varia es de energia pela varia o de temperatura viscosidade posi o das tomadas de press o etc Na medi o de vaz o de gases que s o fluidos compress veis o peso espec fico varia com a press o temperatura muitas outras considera es devem ser levadas em conta Vamos considerar um g s ideal para o qual podemos afirmar pela combina o da Lei de Charles e da de Boyle que o produto da Press o pelo volume dividido pela temperatura uma constante pag 42 AV Ph H D Ou seja numa condi o isolada sem troca de energia com o ambiente e Se aumentamos a press o de um g s mantendo a temperatura constante
120. da de um fator calculado como a diferen a das press o Processo 7 FT 105 Vaz o de GLP 07 FIC 105 Vaz o de GLP L A vaz o de GLP depende do quadrado da posi o de sua v lvula multiplicado pela raiz quadrada de uma hipot tica diferen a de press o A press o montante foi considerada fixa Bloco de C lculo 1 WY 102 Vaz o de COG 2 M23 M42 900 4500 M42 Esse bloco calcula a vaz o de COG set point ser enviado ao controlador de COG em fun o da vaz o de BFG e do PCI desejado para a mistura Se o PCI da mistura fun o das vaz es e dos PCI s dos componentes 1 900 1 4500 PCI O arc X 900 4500 O sro ent o a vaz o de devera ser pag 143 PCI 900 x PE HE 4500 PCL e o fator de 2 que multiplica o resultado serve para adequar as escalas de 0 100 Vaz o de BFG 0 10000 e COG 0 5000 Bloco de C lculo 2 WK 102 PCI da Mistura 1000 2000 Sa da em M42 Bloco de C lculo 3 Tag FY 104 2000 Descri o SP de COG Fun o M06 lt M41 Bloco de C lculo 4 FY 105 SP da vaz o de GLP M41 M26 0 9 Sa da em Nesse bloco o set point de vaz o de gerado pela subtra o do SP de COG e a vaz o real de COG de forma a complementar com GLP O fator de 0 9 faz a adequa o da escala transformando COG em GLP respeitando os e as diferentes escalas de
121. da fonte de energia Essa defini o se refere a sistema completo porem aplic vel tamb m a instrumentos e equipamentos individuais se estendendo fa sca do campo O conceito gen rico de seguran a intr nseca extremamente simples porem os detalhes de aplica o s o complicados Para a aplica o pr tica do conceito devem ser atendidas tr s quest es 1 qual a energia necess ria para causar a igni o 2 como definida a atmosfera perigosa 3 o que condi o anormal de opera o Atualmente o enfoque mais econ mico e usado para realizar o conceito de seguran a intr nseca atrav s da barreira de energia A barreira de energia um dispositivo el trico geralmente com componentes passivos constitu do de resistores limitadores de corrente diodos Zener limitadores de tens o e opcionalmente fus veis cortadores de corrente usado na interface das reas perigosas seguras A fun o da barreira de energia a de limitar a energia el trica entregue rea perigosa pela rea segura atrav s da limita o da corrente e da tens o O diodo Zener n o conduz corrente pag 162 at que voltagem aplicada nos seus terminais atinja um determinado valor Neste ponto ele conduz divergindo o excesso de corrente para o terra mantendo constante a voltagem e assim limitando o n vel de energia seguro na rea perigosa O n vel de energia deve ser t o baixo de modo a n o poder prov
122. da vari vel de processo SPR Set point remoto se dispon vel e de onde vem o seu sinal GA Ganho adaptativo Fun o para determina o de ganho vari vel Feche por enquanto a janela de configura o do controlador e o controlador no bot o a Agora para acessar o controlador use o bot o correspondente Mm FICA O Tag determinado o controlador ir aparecer sobre o bot o a partir do primeiro acesso Experimento operar o controlador sua sa da e set point Por enquanto ele ainda n o tem uma vari vel de processo Para analisar melhor o seu comportamento selecione na janela de configura o do programa um Processo A an lise do bloco de processo ser feita adiante Clique no bot o correspondente e abra a configura o do processo Posicione o bot o pr ximo do desenho da placa de orif cio Determine uma descri o para o processo por exemplo FT 101 Vaz o de gua Na linha da fun o de transfer ncia interna coloque a letra mai scula X e na fun o de transfer ncia externa coloque tamb m a letra X Feche a Janela do processo Abra novamente a Janela do controlador sua configura o Clique sobre a caixa de sela o da PV e selecione o processo provavelmente 21 FT 101 Vaz o de gua Abra a janela do processo e sua configura o determine sobre a caixa de Entrada como FIC 101 Voc ligou o processo ao controlador e o controlador ao proc
123. de influ ncia x pode ser levantada aproximadamente como S 913Nx Vamos introduzir um novo processo relativo vari vel de influ ncia e um novo controlador para que possamos control la Processo da vari vel de influ ncia 2 02 YIC Variavel de Influencia Fun o X externa Controlador para vari vel de influ ncia ajuste K 1 50 K 0 In cio de Escala 0 1 22 Vari vel de Influ ncia SR o Agora na fun o de transfer ncia do processo principal escreva 9 13 22 0 5 Processo da vari vel principal Descri o Processo L Fa C j Entrada Fun o 9 13 22 0 5 externa Outra op o utilizar a fun o de transfer ncia interna como fun o inversa da anterior 0 012 X X e a fun o de transfer ncia externa como sendo o pr prio M22 Instrumenta o e Controle pag 140 Processo da vari vel principal Processo Eu TT 01 XIC 1 Controlador 0 012 X X Fun o M22 externa Uma terceira possibilidade utilizar somente a fun o interna como 0 012 X X M22 Processo da vari vel principal Descri o Processo L 3 13 Entrada 01 XIC 1 Controlador Fun o interna 0 012 X X M22 Fun o 0 externa E necess rio rever os tempos do processo pois foi introduzida a vari vel de influ ncia o que alterou a fun o de transfer ncia Com L 2 e C 15 obtemos o resultado da figura 11 33 quando a
124. de modo a obter uma corre o mais suave proporcional ao resultado que se deseja obter Para melhor compreens o suponhamos um A constante proporcional K s vezes chamada de ganho relaciona a amplitude da corre o com o erro Por exemplo se o ganho for igual a 1 00 ent o cada 10 de erro significa 10 de controle simples de n vel de um reservat rio de o varia o da posi o da v lvula gua que deve permanecer constante T Se K for igual a 2 00 a v lvula sofrer um altera o de posi o de 20 para cada 10 gua de erro entrada A implementa o f sica eletr nica ou n o gua do controlador proporcional teria o seguinte consumidor diagrama de blocos Fig 8 4 O controlador tem a informa o do n vel atual Vari vel de processo ou vari vel controlada e a partir de um set point determina a posi o sa da do elemento final de controle v lvula de controle instalada na entrada do reservat rio Ao suposto controlador humano foi dada a instru o seguinte Como a v lvula manual permite posi es intermedi rias continuamente entre 0 fechada e 100 aberta que sua posi o seja proporcional ao erro Ou seja para cada valor de erro deveria ser aberta ou fechada a v lvula com magnitude proporcional ao erro Por exemplo se o set point for 60 e o n vel estiver de fato em 50 significa um erro de 10 positivos erro sp pv nesse caso a v lvula deve ser abe
125. dentificar as incertezas propagadas em toda a cadeia Repetitividade de uma medi o Grau de concord ncia entre os resultados de medi es sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condi es de medi o Observa es 1 Estas condi es s o denominadas condi es de repetitividade pag 152 2 Condi es de repetitividade incluem mesmo procedimento de medi o mesmo observador mesmo instrumento de medi o utilizado nas mesmas condi es mesmo local repeti o em curto per odo de tempo 3 Repetitividade pode ser expressa quantitativamente em fun o das caracteristicas da dispers o dos resultados Repetitividade de um instrumento Aptid o de um instrumento de medi o em fornecer indica es muito pr ximas em repetidas aplica es do mesmo mensurando sob as mesmas condi es de medi o Observa es 1 Estas condi es incluem redu o ao m nimo das varia es devidas ao observador mesmo procedimento de medi o mesmo observador mesmo equipamento de medi o utilizado nas mesmas condi es mesmo local repeti es em um curto per odo de tempo 2 Repetitividade pode ser expressa quantitativamente em termos das caracter sticas da dispers o das indica es Na pr tica a repetitividade do instrumento pode ser expressa pela maior diferen a entre dois resultados de um conjunto obtido em sucessivas verif
126. desvio padr o da distribui o de X denominada desvio padr o experimental da m dia 3 Desvio padr o experimental da m dia algumas vezes denominado incorretamente erro padr o da m dia Aqui o VIM apenas definiu em concord ncia com a estat stica os termos desvio padr o vari ncia e desvio padr o da m dia Erro aleat rio Resultado de uma medi o menos a m dia que resultaria de um infinito n mero de medi es do mesmo mensurando efetuadas sob condi es de repetitividade Observa es 1 Erro aleat rio igual ao erro menos o erro sistem tico 2 Em raz o de que apenas um finito n mero de medi es pode ser feito poss vel apenas determinar uma estimativa do erro aleat rio Os erros aleat rios n o tem comportamento determin stico Erro de zero Erro no ponto de controle de um instrumento de medi o para o valor zero do mensurando Erro fiducial Erro de um instrumento de medi o dividido por um valor especificado para o instrumento Observa o O valor especificado geralmente denominado de valor fiducial e pode ser por exemplo a amplitude da faixa nominal ou o limite superior da faixa nominal do instrumento de medi o O erro fiducial o mais usado para exprimi lo nos instrumentos de aplica o em controle de processo industrial Refere se ao erro em valores percentuais da faixa ou do fim da pag 149 escala se
127. do como a diferen a PV SP a derivada do erro resultaria d erro d PV SP d PV d SP dt dt dt dt A ltima parcela corresponderia a produzir um resultado proporcional taxa de varia o do set point Como o set point muitas vezes definido pelo operador ou sempre poder s lo quando em Local a sa da do controlador produzir rea o pela a o do operador Essa rea o em geral n o desej vel pois dependeria da maneira brusca ou suave com que o operador altera o set point Nesse caso optamos por derivar a vari vel e n o o erro Quanto dire o da a o do Controlador ele poder estar configurado para A o direta ou A o Reversa Quando em a o direta com um acr scimo da vari vel haver um acr scimo na sa da Nesse caso o erro calculado como erro PV SP Ao contr rio quando desejamos que a corre o ocorra na dire o inversa a a o reversa implementada calculando o erro como erro SP PV Essa defini o fundamental para funcionamento do controle Caso esteja incorreta a sa da se mover no sentido contr rio ao necess rio para corrigir o erro O controlador com o tempo levar a sua sa da para valores extremos satura o em 0 ou 100 pag 81 Se a derivada aplicada sobre a vari vel quando em a o reversa devemos inverter o sinal da PV antes de deriv lo pois n o depender do c lculo do erro Uma outra estrat g
128. dor for de 70 e n o mais 50 70 significa n vel est vel n o necessariamente igual ao set point Ent o a equa o do controlador 1 00 S 50 1 00 x erro somente produzir um n vel est vel se houver um erro de 20 S 50 1 00 x 20 70 O n vel se estabiliza com um determinado valor de erro ou seja set point diferente da vari vel Quanto maior o ganho K menor ser esse erro Com um ganho igual a 2 00 o erro necess rio para estabilizar o processo passa a ser de 10 S 50 2 00 x 10 70 pag 73 Conclui se facilmente que um controlador proporcional pode produzir um erro chamado erro de regime ou erro de off set O controlador proporcional produz sempre um erro de regime Esse erro pode ser zero por m numa situa o nica especial Qualquer que seja o processo n vel press o temperatura vaz o ou qualquer tipo de vari vel estar presente o erro de regime Uma solu o aparente seria alterar o valor do Bias No exemplo dado se alter ssemos o bias para 70 ent o eliminariamos o erro de regime Mas n o poss vel ajustar ou configurar o controlador todas as vezes em que o regime do processo alterar Isso precisa ser feito automaticamente Nem poss vel em muitos casos colocar um ganho K t o alto que torne o erro de regime desprez vel um ganho alto pode fazer o controle oscilar Um ganho que tende a infinito nos retor
129. e leo tipo target que um transmissor pneum tico no nosso caso O objetivo do bico palheta transformar uma for a ou um movimento numa varia o de press o proporcional No caso do transdutor eletropneum tico o sinal de 4 20 mA pag 61 encaminhado a um eletroim que atrav s do campo magn tico gerado produz uma for a sobre a palheta de material magn tico O bico um tubo terminado em uma ponta vazada precedida de uma restri o O bico recebe uma press o de alimenta o de 20 PSI Quando a palheta se aproxima do bico a press o no seu interior tende a crescer Se a palheta obstruir a sa da do bico a press o ser igual press o de alimenta o Da mesma forma se a palheta se afasta do bico abre lhe a sa da de ar para a atmosfera e a press o no seu interior tende a zero A press o no bico naturalmente n o tem capacidade de vaz o e levada a um rel amplificador booster que atrav s de diafragmas obturadores e orif cios amplifica o sinal de press o no que se refere sua capacidade de vaz o ou seja repete o sinal de entrada na sua sa da por m utilizando o ar da alimenta o A press o de sa da do booster levada sa da do instrumento e tamb m a um fole que empurra a palheta na dire o contr ria do bico ou seja age em contraposi o ao eletroim perfazendo uma realimenta o negativa o Fig 6 5 sistema se estabiliza gerando uma sa da de 3 1
130. e cortando o campo magn tico recebe uma tens o induzida conforme lei de Faraday Lenz E kBDv Fig 5 22 pag 54 A amplitude da tens o induzida E diretamente proporcional velocidade do comprimento do condutor D e magnitude do campo magn tico B Bobinas para gera o do campo magn tico S o colocadas nos lados opostos da tubula o Consequentemente a tens o gerada e medida sobre os eletrodos proporcional velocidade do fluido e portanto proporcional sua vaz o Algumas restri es podem ser facilmente deduzidas A aplica o se restringe apenas a l quidos condutores de eletricidade A tubula o deve ser de material isolante ou pelo menos revestida internamento com material isolante que n o ocorra um curto circuito entre os eletrodos A tubula o se met lica n o deve ser de material magn tico como o ferro ou a o comum para que n o seja influenciada a orienta o do campo magn tico H que se tomar cuidado com tens es parasitas que podem se formar entre os eletrodos por efeitos eletrol ticos Para solucionar esse problema o campo magn tico aplicado alternado e n o cont nuo Consequentemente a tens o induzida alternada na mesma forma Apesar de ser necess rio que o fluido seja condutor de eletricidade a sua condutividade tem pouca ou nenhuma influ ncia desde seja que respeitado um limite inferior de condutividade e n o seja dre
131. e controle Ou seja s o instrumentos el tricos que se comportam como carga consomem corrente que varia de 4 a 20 mA em fun o do valor da vari vel medida Os transmissores a 4 fios recebem alimenta o externa por exemplo 110 Volts e enviam o sinal da vari vel atrav s de outro par de fios Os transmissores que necessitam de grande pot ncia el trica para funcionar s o sempre a 4 fios Como por exemplo os transmissores de vaz o magn ticos e os transmissores de PH e condutividade Os sinais enviados pelos transmissores n o tem seu valor alterado quando h varia o de tens o de alimenta o dentro de limites pr definidos Em geral os transmissores a 2 fios s o alimentados com tens o que pode variar de 12 a 36 Volts Da tens o da fonte deve ser descontada a queda de tens o nos cabos e na imped ncia de entrada do receptor Atualmente est o em desuso os instrumentos chamados de pamel ou discretos Para executar as fun es dos instrumentos citadas Transmissor a 4 fios 110 Vac Painel Fiq 1 3 pag 6 s o utilizados equipamentos eletr nicos de processamento de dados como Controladores Program veis e computadores de processo onde as fun es s o implementadas como programas software e n o fisicamente Tamb m a comunica o entre os instrumentos e o sistema de controle est evoluindo da forma anal gica para a forma de comunica o digital utilizando um protocolo
132. e oxig nio etc podem ter tempo morto e constante de tempo longos simultaneamente Melhor ter cuidado com o ganho Mesmo porque o processo inst vel nos garante que sempre em condi es normais se atingir valor desejado mais cedo ou mais tarde que um processo integrador Melhor ouvir o operador solicitar provid ncias porque o controlador est t mido do que por estar oscilando freneticamente pag 100 Constante Integral K processo est vel A constante integral est relacionada com o tempo de rea o do processo Um processo lento ter uma constante integral pequena ou tempo integral longo Um processo r pido ao contr rio deve ter alto O controlador deve ser t o r pido ou t o lento quanto o processo Um processo lento e um controlador r pido deve ficar inst vel Um processo r pido e um controlador lento n o atingir o objetivo no tempo Num processo tipicamente exponencial que a maioria dos casos devemos avaliar o tempo necess rio para que a vari vel atinja cerca de 60 do seu valor final na resposta ao degrau Esse tempo mesmo que n o possa ser medido na pr tica perfeitamente avali vel Pelo menos quanto sua ordem de grandeza A temperatura de um forno de grandes dimens es pode demorar dezenas de minutos ou horas para estabilizar Um controle de vaz o levar alguns segundos ou dezenas de segundos para estabilizar A ordem de grandeza da constante int
133. egral deve valer o inverso desse tempo aei ou T AT i Se a estrutura do controlador for ISA misto ent o divida o valor de K pelo ganho K ou multiplique pelo ganho Isso bvio pela simples an lise da diferen a entre as estruturas Devido possibilidade de oscila o do processo recomenda se um ajuste num valor Inferior ao K estimado ou num valor superior Por outro lado se o ganho j determinado elevado maiores s o as chances do processo oscilar Reduzir razo vel Como n o f cil determinar com precis o tempo necess rio para atingir 63 do valor e estamos tratando de ordem de grandeza pode se admitir uma incerteza razo vel nesse procedimento Constante Integral K processo inst vel A avalia o emp rica da ordem de grandeza da constante integral para o processo inst vel deve ser bastante conservadora pois o desempenho do sistema est relacionado tamb m com a magnitude do tempo morto e aqui relacionaremos apenas com a velocidade da resposta do processo Instrumenta o e Controle Se o tempo morto do sistema n o muito relevante podemos avaliar o limite inferior para o K avaliando a velocidade do processo Diante de um est mulo em degrau que pode ser hipot tico avaliar qual seria a velocidade do APV processo A constante integral pode ser avaliada como a rela o entre a velocidade e o valor do degrau APV AS At Tan
134. el de confian a de 68 27 O dobro do desvio padr o que vamos utilizar eleva o n vel de confian a para 95 45 O triplo do desvio padr o eleva esse n vel para 99 73 Esses n meros encontram sua justificativa no estudo da estat stica e probabilidades Todas as influ ncias conhecidas devem ser compensadas tas como a temperatura ambiente a press o atmosf rica a acelera o da gravidade local Por exemplo a influ ncia da temperatura ambiente sobre a massa espec fica da gua de uma coluna utilizada como padr o deve ser compensada e corrigida no valor verdadeiro considerado Da mesma forma a dilata o do tubo da coluna o valor da acelera o da gravidade a dilata o da r gua etc Incerteza tipo A Chamamos de incerteza tipo A aquela que s podem ser conhecida por meios estat sticos S o os erros aleat rios do sistema de medi o A avalia o da incerteza tipo A deve ser feita pelo c lculo do desvio padr o de uma s rie de pag 155 Instrumenta o e Controle medidas feitas nas mesmas condi es condi es de repetitividade Por exemplo na calibra o de um man metro de 0 a 10 Kgf cm obtiveram se os seguintes dados Indica o do Valor Man metro Verdadeiro Os valores verdadeiros da segunda coluna j devem ter sido corrigidos eliminando os erros sistem ticos do padr o evidenciados no seu relat rio de calibra o e demais influ ncias avali veis O
135. em invis veis at organizados conforme tabela 1 mesmo invis veis eles existem s o sempre executados O programa realiza todo o processamento cada um ter o de segundo Portanto o At igual a 0 33 segundos 06 _ Sa da do Controlador n mero 6 Todos os sinais internos tem seus valores entre 08 Sa da do Controlador n mero 8 0 00 e 100 00 exceto aqueles gerados por 09 Sai da do Controladorn mero9 ______ blocos de c lculo que resultam e n meros reais O programa se inicia com uma tela toda em branco Para acessar o menu suspenso acione o s a bot o direito do mouse sobre qualquer regi o da tela A Janela de configura o permite selecionar os do Processo nimero t objetos e determinar uma figura de fundo no formato padr o do Windows bit map apenas para ilustra o Essa figura pode ser selecionada dentre os arquivos existentes pressionando o icone S direita da linha do arquivo de figura fr Ru do r LU U 60 Ru do figura 11 7 Tabela 1 Mem rias do sistema Sempre for selecionado um objeto e for fechada As posi es de mem rias omitidas n o est o a janela de configura o o bot o que acessa sendo utilizada nessa vers o do programa esse objeto se torna vis vel na parte superior da tela Excess o se faz aos objetos de texto que Instrumenta o e Controle O Interpretador de Equa es V rios objetos utilizam uma eq
136. enado pela v lvula de bloqueio instalada na sua sa da Outras v lvulas de bloqueio podem existir na entrada do transmissor para facilitar a manuten o ou retirada do instrumento L quidos A tomada de press o para l quidos ao contr rio deve ser instalada na parte inferior da tubula o para que seja evitado o ac mulo de gases no tubo de sinal que pode provocar instabilidade da medi o O transmissor deve estar abaixo da tomada fin 2 22 Inetalar n nrefarancial nara l niiidas lt O tubo de smal n o deve fazer caminhos tortuosos que permitam o ac mulo de bolhas de g s Da mesma forma pode n o ser poss vel em tubula es baixas rente ao ch o ou instala o em local afastado Nesses casos inclusive em fun o de facilidade de acesso podemos instalar o transmissor acima da tubula o e utilizar potes de dreno ou respiro para retirar eventualmente o ac mulo de gases poss vel Instrumenta o e Controle fig 2 23 Instala o alternativa para l quidos O pote de dreno ou respiro id ntico ao pote de condensa o A denomina o apenas uma quest o de fun o Vapor A instala o em linha de vapor necessita de cuidados especiais pois devemos evitar que o vapor atinja o transmissor devido sua temperatura lt N vel da Pote de selagem fig 2 24 Instala o preferencial para vapor Nesse caso as tomadas devem ser preferencialmente laterais e o transmiss
137. epetido uma vez na sa da muito importante saber que unidade deve ser usada quando entramos com esse par metro no controlador pois um K 0 05 min corresponde a um 20 min A utiliza o do K pode ser mais interessante quando se deseja inibir a a o integral fazemos K 0 Utilizando deveriamos faz lo igual a infinito para obter o mesmo resultado O par metro dado em unidade de tempo minutos comum tamb m encontrar o termo Ta ou tempo derivativo N o h diferen a entre o Ta eo Ka gt E R E 5 19 E z Ajuste de SP Local pag 82 14 K O diagrama em blocos da figura abaixo apresenta o que seria a implementa o completa de um controlador No fluxograma da pr xima p gina apresentada uma forma de implementa o atrav s de um programa de computador ou micro controlador Dentre os v rios registros posi es de mem ria dedicados a vari veis auxiliares PV SP SP remoto Kp Ki Ka Bias etc deve haver um destinado ao Integral 1 um destinado ao valor do erro anterior Erro Ant e outro ao valor da PV anterior PVAnt Cada vez que a rotina for executada o sistema deve ler um rel gio e determinar o AT que corresponde ao intervalo de tempo decorrido desde a ltima vez que foi executada tempo de varredura ou scan No c lculo do integral e do derivativo esse tempo deve ser convertido em minutos caso as constantes Ka estiverem nessa unidade
138. es resultantes dos efeitos sistem ticos como os componentes associados com corre es e padr es de refer ncia contribuem para a dispers o A incerteza da medi o resulta do processo de medi o e n o somente ao instrumento a ser calibrado Inclui as incertezas do padr o das condi es ambientais dos erros aleat rios e tudo o que leva a alguma d vida sobre o valor verdadeiro Como um conceito subjetivo d vida que depende inclusive do conhecimento e da honestidade intelectual das pessoas o mais importante a forma de express la Esta obedece padr es internacionais Explanaremos sobre ela em t pico espec fico adiante Padr o Medida materializada instrumento de medi o material de refer ncia ou sistema de medi o destinado a definir realizar conservar ou reproduzir uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza para servir como refer ncia Exemplos a Massa padr o de 1 kg b Resistor padr o de 1000 Amperimetro padr o d Padr o de frequ ncia de c sio e Eletrodo padr o de hidrog nio f Solu o de refer ncia de cortisol no soro humano tendo uma concentra o certificada Observa es 1 Um conjunto de medidas materializadas similares ou instrumentos de medi o que utilizados em conjunto constituem um padr o coletivo pag 151 2 Um conjunto de padr es de valores escolhidos que individualmente ou combinados formam uma s rie de valores de gr
139. esso Agora podemos testar todas as fun es do controlador Instrumenta o e Controle Quando voc determinou a PV do controlador e a sa da do Processo apareceram na caixa de sele o os tags precedidos de um n mero de dois algarismos Na verdade s vale o n mero para conhecer a origem da vari vel Para facilitar a localiza o todos os blocos que possuem sa da tem na sua janela a anota o do local de mem ria para onde enviado o valor Na determina o da origem da PV no nosso controlador apareceu o texto 21 FT 101 Vaz o de gua O mesmo resultado seria obtido se o usu rio digitasse apenas o n mero 21 como os primeiros dois caracteres do campo Agora abra novamente o controlador e configure seus valores de in cio e fim de escala A unidade de engenharia um texto livre por exemplo m h C etc Experimente v rios valores inclusive negativos e diferentes de zero e observe a escala do controlador se ajustar Todas as modifica es que s o digitadas na configura o do controlador somente s o assumidas quando a sua janela de configura o fechada O ganho adaptativo uma equa o cujo resultado multiplica o ganho do controlador Essa equa o admite a letra X correspondente ao valor absoluto do erro V e S que correspondem vari vel e o Set point do controlador respectivamente As vari veis externas tamb m s o admiss veis Para desativar o ganho adaptati
140. faixa ajustada ou ajuste os valores em que ele deve trabalhar quando instalado Faixa de medi o 0 2 20 Kgf em Ajuste 0 10 Kgf cm Isso significa que o instrumento pode ser ajustado desde 0 a 2 at O a 20 inclusive 3 15 ou 15 a 17 mas n o O a 1 nem mesmo 10 10 5 Kgf em pois 2 a m nima 20 a m xima amplitude da faixa 20 tamb m o limite superior de trabalho ditado pela constru o do instrumento Incerteza da medi o Par metro associado ao resultado de uma medi o que caracteriza a dispers o dos valores que podem ser fundamentadamente atribu dos a um mensurando Observa es 1 O par metro pode ser por exemplo um desvio padr o ou um m ltiplo dele a Instrumenta o e Controle metade de um intervalo correspondente a um n vel de confian a estabelecido 2 A incerteza de medi o compreende em geral muitos componentes Alguns destes componentes podem ser estimados com base na distribui o estatistica dos resultados das s ries de medi es e podem ser caracterizados por desvios padr o experimentais Os outros componentes que tamb m podem ser caracterizados por desvios padr o s o avaliados por meio de distribui o de probabilidades assumidas baseadas na experi ncia ou em outras informa es 3 Entende se que o resultado da medi o a melhor estimativa do valor do mensurando e que todos os componentes da incerteza incluindo aquel
141. figura 11 2 mostra no tempo o comportamento do primeiro e segundo integradores sendo L 5 segundos e 10 segundos A entrada do processo apresentou um degrau instant neo de zero para 60 entrada 70 Taa 50 40 segundo integrador neo z primeiro integrador 2 figura 11 2 O mesmo processo foi repetido por m com o inverso dos tempos L 10 segundos 5 segundos mostrado na figura 11 3 entrada 70 _ EO 40 segundo integrador s 0 primeiro integrador 210 figura 11 3 Podemos observar que a resposta final do processo segundo integrador permanece a mesma independentemente do tempo maior ser aplicado ao primeiro ou ao segundo integrador Mas podemos observar tamb m que o primeiro integrador responde imediatamente com um brusco movimento inicial O segundo integrador sai de zero de forma mais suave Num controle real o primeiro integrador poderia representar o atraso do posicionamento da v lvula de controle por exemplo que n o instant neo claro segundo integrador representaria os demais tempos do processo at mesmo o tempo de resposta do transmissor resposta sem tempo morto 70 60 H 4 resposta com tempo morto 10 figura 11 4 Instrumenta o e Controle Enfim veja na figura 11 4 efeito do tempo morto introduzido pelo primeiro integrador rigor ambos s o integradores e irrelevante chamar o primeiro ou o segundo de gerado
142. forma a estabelecer uma rela o adequada de ar e combust vel para uma queima perfeita Da mesma forma que o controle em cascata o operador tem a flexibilidade de acender a sua fornalha atuando manualmente ou localmente nos controladores de vaz o dos gases Uma boa regra geral deve ser seguida o sistema deve permitir total flexibilidade para a decis o do operador As estrat gias de controle n o devem conter par metros ou intertravamentos que impe am o operador de tomar decis es e manobras manualmente a n o ser quando for uma quest o de seguran a Em resumo a estrat gia de controle n o pode ter como objetivo evitar ou prevenir erros de opera o Se assim for as consequ ncias podem ser desastrosas pag 88 Forno Fig 9 5 Controle em Propor o Instrumenta o e Controle Limites Cruzados Uma evolu o em rela o ao controle de propor o a estrat gia de limites cruzados usada quando a propor o entre duas vari veis deve ser mantida e em caso de dist rbios queremos garantir o privil gio de uma delas E como o caso anterior de controle da mistura de g s e combust vel Numa situa o dessas interessante observar que o desequil brio entre ar e combust vel 1 lt i pag 89 muito mais danoso quando falta ar do que quando falta o combust vel Devemos p
143. gar com algum esfor o a resultados muito semelhantes Fun o 24 15 realidade Casas Decim o Texto Animado 6 Vaz o de BFG M23 100 Casas Decim 0 o amp Simulador Exercicio 11 smp 103 lh FIC 103 La lli 102 FiC 102 MISTURADOR T E 513 8088 CONSUMO i GAS MISTO ie i 1993 li ME Press o i FR 103 A GRC Es Texto Animado 1 despoluir a tela 2 GLP am fig 11 35 Instrumenta o e Controle pag 145 caso de 15 segundos o per odo ser 94 segundos Exerc cio 12 Entretanto a amplitude do sinal depende de condi es Iniciais Uma curiosidade interessante um oscilador senoidal Dois processos integradores puros ligados em anel produzem esse efeito Experimente utilizar o registrador X Y com M21 e M22 em X e Y Inicie uma nova aplica o e introduza dois processos Processo 1 Descri o Nenhuma 0 E 2 eee Fun o Ext O Processo 2 oo E M21 50 Fun o Ext O Introduza um registrador para visualizar as vari veis 21 e 22 Verifique que a frequ ncia do sistema ser 1 q T 2r JC C onde 203 C C s o os tempos C dos processos Nesse GERADOR DE ONDA SENUIDAL SEH IDE CO SEH IDE 100 bgl fig 11 36 Instrumenta o e Controle pag 146 12 Metrol
144. ha se buscar outras solu es como por exemplo adquirir v lvulas de controle e ou medidores transmissores de malor rangeabilidade Dentre as varia es poss veis deste exemplo podemos encontrar uma ramifica o que cont m n o apenas a segunda v lvula mas tamb m um segundo conjunto de medi o placa de orif cio e transmissor de vaz o Nesse caso a estrat gia do sistema manipular certamente set points dos controladores 1002 E O v lvula T CL v lvula a 0 0 30 1002 saida do controlador 1002 E a valvula B CL 9 o valvula 0 0 30 40 1002 saida do controlador 10025 Bit mM 0 0 30 100 saida do controlador fig 9 12 Instrumenta o e Controle pag 97 Controle Preferencial Quando mais de um controlador atua sobre um nico elemento final de controle certamente de alguma forma deve ser definida a prefer ncia evitando o conflito em cada situa o especifica I l I I 22 SP remoto da malha I mestre I fig 9 13 No caso da figura certamente h uma press o minima admiss vel montante da medi o de vaz o Isso pode ocorrer se por exemplo a baixa press o de um g s significa sua indisponibilidade podemos consumir uma vaz o de g s necess ria ao sistema desde que a sua press o n o des a abaixo de um valor m nimo que significa a sua falta Nesse exem
145. ia que precisa ser implementada no controlador a limita o do integrador Como a parcela integral inst vel devemos evitar que ela sature com valores al m dos limites do necess rio Para isso sempre que a sa da calculada resulte menor que zero ou maior que 100 o integrador for ado para um valor tal que a fa a igual a zero ou igual a 100 Esse procedimento impede que numa situa o de perda moment nea do controle a parcela integral n o tenha que retornar lentamente a valores dentro da faixa Esse retorno pode demorar tempo desnecess rio Essa t cnica chamada de anti reset windup Na figura uma representa o em blocos da estrutura completa de um controlador paralelo A determina o dos fatores K e fazem parte de um processo chamado sintonia do controlador A dire o da a o direto reverso e a aplica o da derivada erro ou PV s o condi es previamente definidas e n o devem mudar ao longo do tempo a n o ser que haja altera o do processo O Bias uma parcela constante Em geral atribu mos a ela o valor de 50 que o centro da faixa de atua o da sa da Quando existe a a o integral o valor do Bias passa a ter pouca import ncia pois o integral achar a posi o correta da sa da O Bias definido como o valor de sa da do controlador puramente proporcional K Kg 0 quando o erro nulo Portanto ele muito importante quando o controlado
146. ica es em um mesmo ponto Pode ser levantada em diversos pontos de interesse durante o processo de calibra o Reprodutibilidade Grau de concord ncia entre os resultados das medi es de um mesmo mensurando efetuadas sob condi es variadas de medi o Observa es 1 Para que express o da reprodutibilidade seja v lida necess rio que sejam especificadas as condi es alteradas 2 As condi es alteradas podem incluir princ pio de medi o Instrumenta o e Controle m todo de medi o observador instrumento de medi o padr o de refer ncia local condi es de utiliza o tempo 3 Reprodutibilidade pode ser expressa quantitativamente em fun o das caracter sticas da dispers o dos resultados 4 Os resultados aqui mencionados referem se usualmente a resultados corrigidos Reprodutibilidade um par metro raramente utilizado instrumenta o de processos industriais Resolu o Menor diferen a entre indica es de um dispositivo mostrador que pode ser significativamente percebida Observa es 1 Para dispositivo mostrador digital a varia o na indica o quando o d gito menos significativo varia de uma unidade 2 Este conceito tamb m se aplica a um dispositivo registrador Pode ser entendida como a menor divis o da escala anal gica a melhor interpola o aceit vel ou o valor do d gito menos significat
147. id o Corresponde maior diferen a entre os resultados tomados no sentido ascendente e descendente da excurs o do valor verdadeiro convencional A express o linearidade n o citada no VIM mas muito utilizada Corresponde ao maior desvio obtido em rela o a uma reta de regress o sobre os resultados A Rastreabilidade Metrol gica Os instrumentos de medi o cr ticos dentro do processo produtivo devem possuir uma periodicidade e procedimentos definidos para verifica o de acordo com as suas caracter sticas t cnicas recomenda es do fabricante e condi es de trabalho Para selecionar quais s o os instrumentos cr ticos dentro do processo s o utilizados diversos crit rios tais como e garantem a qualidade do produto e garantem a seguran a da opera o e garantem a prote o do meio ambiente Os padr es de trabalho devem ser submetidos a compara es peri dicas contra os padr es de refer ncia Por sua vez os padr es de refer ncia Instrumenta o e Controle devem passar por calibra es peri dicas junto a laborat rios credenciados regionais que por sua vez s o comparados a padr es nacionais ex INMETRO IPT etc Estas Institui es tamb m enviam periodicamente seus padr es para ser calibrados junto a padr es internacionais Finalmente estes rg os internacionais mant m programas de compara o inter laboratorial para garantir a rastreabilidade metrol gica
148. idamente documentada no sistema de qualidade porque n o necessita da repeti o de medi es sobre um mesmo ponto como no exemplo anterior e abrange de forma mais consistente toda a escala do instrumento Lembre se que o objetivo avaliar a dispers o estat stica aleat ria de origem desconhecida presente no processo de medi o Portanto qualquer crit rio ou procedimento consistente com as defini es oficiais estatisticamente coerente e que carregue uma boa argumenta o v lido Nesse caso a primeira tabela de calibra o e calculariamos os erros o seu desvio padr o Indica o do Man metro Valor Erro Verdadeiro Do 00001 05 005 00452 gt 20 05 052 30 00 090021 39 005 0003721 s 492 0008281 6 s oos 003721 70 002 805 05 0052 Ds so 005 oosa 4000 000 0000121 x 0011 0 022171 conforme defini o A equa o do desvio padr o O termo no numerador da equa o diz que devemos somar os quadrados das diferen as entre os valores e a m dia 7 014 Valor Verdadeiro X x x x 0 016 0 000256 Instrumenta o e Controle 0 047 Kef cm Um bom crit rio pode ser adotar esse segundo procedimento para instrumentos de campo man metros transmissores termopares etc que n o ser o utilizados co
149. idos 1 1 donde tirando o valor de de ambas as equa es e igualando obtemos Instrumenta o e Controle Processo Inst vel No processo inst vel o degrau integrado ao longo do tempo resultando numa reta cuja equa o gen rica pode ser do tipo V at b variavel degrau fig 10 16 Como a a inclina o da reta b sua interse o com o eixo das abcissas o valor da vari vel ser do tipo V V V V V t V Lt t t 1 t definido aproximadamente como o valor do degrau dividido pela inclina o da reta Igualando V na primeira equa o a V podemos tirar o valor aproximado de Essas aproxima es s o v lidas para t muito maior que Caso n o o seja melhor escolher um ponto V que esteja localizado a um tempo ti superior a 3 vezes o valor de fazer nova observa o Isso porque estamos nesse caso considerando o segmento entre t V1 e 6 como uma reta pag 111 Em outras palavras esse m todo se aplica quando gt 2 Para rela es menores que isso recomenda se a utiliza o de uma estrat gia mais elaborada como a Feed Forward por exemplo Baseado nessas equa es e na tabela apresentada anteriormente podemos montar uma planilha ou um programa dedicado que nos auxiliar na sintonia ideal do processo PI PID paralelo paralelo O Programa Um exemplo de um programa de computado
150. igados em um nico loop de controle A figura representa uma estrat gia simples em feed back para controle de vaz o O elemento final de controle deve estar posicionado a montante do medidor Apesar da vaz o ser a mesma em qualquer ponto da tubula o a turbul ncia produzida pela v lvula pode influenciar na medi o alterando a press o ou o perfil de velocidade do fluido Fig 9 1 A pr xima figura representa um controle de press o Nesse caso a v lvula de controle colocada antes do sensor pois o resultado final press o ocorre ap s a v lvula de controle A Um controle de n vel onde a atua o se d sobre El dn a vaz o de entrada de um reservat rio representado abaixo De uma forma geral a vari vel controlada medida e a informa o encaminhada ao controlador Esse por sua vez atua sobre a vari vel manipulada Em todos os casos h que se observar o comportamento do processo e da concluir sobre a melhor estrat gia a adotar O sistema de controle deve ser linear ou seja atua o do controlador deve ser capaz de corrigir O erro Fig 9 2 XX Fig 9 3 Instrumenta o e Controle Controle em Cascata Essa estrat gia se caracteriza pelo uso do set point remoto do controlador Nesse caso sempre ser o usados mais de um controlador sendo que um escravo recebe o set point proveniente da sa da do controlador mestre Essa estrat gia permite uma maior
151. igura o do controlador 4 que abre parte direita da janela para acesso aos par metros de configura o FIC 101 Vaz o de gua Descri o Vaz o de gua 300 0 Par metros rIdetifica o fi Tag FIC 101 240 0 _ Ki fio Fame 2100 0 N Reversa 180 0 Bias 50 x NE 150 0 v EAR C Sobre o Erro Sobre a Vari vel pois miso Estrutura M am Final 300 Paralela a Unid LPM ISA mista 30 0 v 0 0 Pv x sp 00 LPM B s Mv 50 00 x sf Saida em MOI figura 11 8 Aproveite que a janela de configura o do controlador est aberta e clique sobre a tela principal fora do controlador para determinar a posi o do bot o de acesso Coloque o pr ximo do desenho do controlador se isso n o funcionar feche e abra novamente o controlador Todos os objetos tem essa mesma forma de configura o Determine uma descri o como Vaz o de Agua por exemplo e o Tag FIC 101 As demais configura es incluem Kp Valor do ganho adimensional pag 119 Valor da constante integral em rep minuto Kd Valor da constante derivativa em minutos Bias Em percentual In cio Fim de Escala e Unida de Engenharia A o Direta ou reversa Derivada sobre o erro ou sobre a vari vel Algoritimo estrutura paralela ou mista ISA PV Sele o
152. indiv duo hipot tico ao perceber que a vari vel est se desviando em velocidade muito alta vai concluir que em pouco tempo o desvio chegar a valores intoler veis A a o derivativa ser uma corre o adicional a ser criada cuja amplitude depender da taxa de varia o do erro Aerro At que no limite assume a conota o da derivada d erro dt Essa parcela derivativa naturalmente ser nula sempre que o erro estiver est vel constante no tempo E ter um valor proporcional inclina o da varia o do desvio ou seja sua derivada S S A nova equa o a ser obedecida pelo controlador ser 5 Bias K erro K erro dt uma nova parcela que tamb m depende do tempo por m ela r pida Naturalmente trata se de um filtro passa alta Ru dos no sinal ou varia es de erro bruscas podem produzir varia es de sa da igualmente bruscas Cabe analisar ent o no controlador em malha aberta o comportamento da a o derivativa quando h uma varia o do erro em rampa N o conv m analisar uma varia o em degrau tal Fig 8 13 d erro dt pag 78 qual o caso do integral porque a derivada de um degrau um pulso de amplitude infinita At 0 Quando ocorre uma rampa no valor do erro o proporcional executa uma rampa proporcional O integral executa uma par bola e o derivativo produz um degrau O resultado da sa da a soma das tr
153. inha de tend ncia e aproxima o n 7 5 A 1 lor mai scula que subsitu da pelo valor de polinomial de segundo grau sa da do primeiro integrador A fun o de transfer ncia interna utilizada principalmente por processos intrinsecamente est veis cuja PV depende fundamentalmente da saida do controlador Mas n o est limitada a ISSO No exemplo implementado no in cio desse cap tulo Exercicio 1 smp colocamos uma fun o de transfer ncia X Isso significa que a vari vel de sa da do primeiro integrador ter o valor final igual sa da do controlador Na fun o de transfer ncia externa coloque tamb m a letra X figura 11 10 Vamos inserir essa equa o para a fun o de transfer ncia do processo v lvulas de controle n o s o lineares 0 0127 X X 0 0343 X 0 1471 uponhamos que seja quadr tica Ent o insira no texto da fun o de transfer ncia interna Experimente com essa nova equa o o X X 100 Isso significa que a vari vel de comportamento do processo processo assumir o valor do quadrado da sa da do controlador A divis o por 100 considera que a informa o de 0 100 e o produto dever Verifique 1sso alterando a sa da do controlador Esses exemplos resultam em processos intrinsecamente est veis estar tamb m no intervalo de 0 100 A Fun o de Transfer ncia Externa Coloque a sa da do controlador em v rios A fun o de transfer ncia externa admite
154. instrumento calibrado n o significa necessariamente confi vel e isento de erros apenas foi verificado e existe um relat rio A sua adequa o ao uso deve obedecer crit rios espec ficos Classe de exatid o Classe de instrumentos de medi o que satisfazem a certas exig ncias metrol gicas destinadas a conservar os erros dentro de limites especificados Observa o Uma classe de exatid o usualmente indicada por um n mero ou simbolo adotado por conven o e denominado ndice de classe Observe que a classe de exatid o um s mbolo definido em alguma conven o ou norma Por exemplo classe 2 se refere a um indice 0 1 2 3 convencionado na norma que descreve os limites das exig ncias relacionadas Desvio Padr o Experimental Para uma s rie de n medi es de um mesmo mensurando a grandeza s que caracteriza a dispers o dos resultados dada pela f rmula gt u x i 2 onde x representa o resultado da i sima medi o e X representa 66 a m dia aritm tica dos n resultados considerados Instrumenta o e Controle Observa es 1 Considerando uma s rie de n valores como uma amostra de uma distribui o X uma estimativa n o tendenciosa da m dia u e 2 r S uma estimativa n o tendenciosa da vari ncia desta distribui o 5 2 express o estimativa do
155. ivo para instrumentos digitais A exatid o e a Incerteza ser o sempre piores que a resolu o Valor Verdadeiro Convencional de uma grandeza Valor atribu do a uma grandeza espec fica e aceito s vezes por conven o como tendo incerteza apropriada para uma dada finalidade Exemplos a Em um determinado local o valor atribuido a uma grandeza por meio de um padr o de refer ncia pode ser tomado como um valor verdadeiro convencional Observa es 1 Valor verdadeiro convencional s vezes denominado valor designado melhor estimativa pag 153 do valor valor convencional ou valor de refer ncia 2 Fregiientemente um grande n mero de resultados de medi es de uma grandeza utilizado para estabelecer um valor verdadeiro convencional Pode ser entendido como a melhor estimativa ou resultado obtido dispon vel no local na empresa ou na organiza o como os padr es prim rios ou de refer ncia por exemplo Zona morta dead band Intervalo m ximo no qual um est mulo pode variar em ambos os sentidos sem produzir varia o na resposta de um instrumento de medi o Observa es 1 4 zona morta pode depender da taxa de varia o 2 4 zona morta algumas vezes pode ser deliberadamente ampliada de modo a prevenir varia es na resposta para pequenas varia es no estimulo mais usado o termo histerese que na pr tica se incorpora exat
156. k 3 i N ESSE Fiaura 1 4 Interliaac o de Instrumentos SENSORES CHAVES BOTOEIRAS ETC Instrumenta o e Controle Controladores L gicos Program veis PLC Um dos equipamentos mais difundidos hoje para realizar as tarefas relacionadas com o controle autom tico s o os PLC Controladores L gicos Program veis Os PLC s o microcomputadores de prop sitos espec ficos dedicados inicialmente controle de sistemas com entradas e sa das bin rias de dois estados apenas ligado desligado alto baixo etc por m hoje devido a seu sucesso em todas as ind strias t m adquirido muita mais for a para tratar de outras fun es com alta confiabilidade como o caso de tratamento de sinais anal gicas controle continuo multi vari veis controle de posi o de alta precis o etc O car ter modular dos PLC permite adequar o controlador para qualquer aplica o j que o projetista especifica s o n mero de m dulos e acess rios que precisa de acordo com o n mero de entradas e sa das e fun es especificas que requer o processo a ser controlado tendo que pagar o pre o justo para cada aplica o Outra caracter stica importante dos PLC consiste na flexibilidade pela programa o que permite ser aplicado em qualquer tipo de processo e mudar rapidamente as fun es atrav s do programa sem mexer na instala o M QUINA OU PROCESSO INDUSTRIAL
157. l para ser enviado ao sistema de controle Fig 4 5 Instrumenta o e Controle pag 40 fig 4 6 Transmissor de press o adequado medi o de n vel com flange e diafragma especial Instrumenta o e Controle pag 41 5 Vaz o A medi o de vaz o extremamente importante no processo industrial por m a vari vel mais dificil de ser medida com precis o devido ao fato que os padr es n o s o simples nem f ceis e muito menos port teis ou transport veis vaz o a taxa de transfer ncia de um fluido tomada em unidades de volume no tempo a velocidade com que se transporta um volume Eventualmente pode se converter o volume em massa quando ent o temos a chamada vaz o m ssica A Unidade de vaz o ser sempre volume por unidade de tempo ou massa por unidade de tempo m h litros minuto Gal es minuto Barris dia etc Uma equa o b sica que relaciona vaz o em m s velocidade em m s rea da tubula o em m Av Os medidores chamados deprimog nitos geradores de press o diferencial s o muito comuns Consistem em introduzir na tubula o uma restri o que diminui o di metro da tubula o A vaz o do fluido provoca uma diferen a de press o entre um ponto a montante e outro a jusante Essa diferen a de press o proporcional ao quadrado da vaz o volum trica Usamos transmissores de press o diferencial para transmitir a vaz o aos outros si
158. l de sa da do controlador mestre ir passar pelos seletores Fig 9 7 Duplo Limite cruzado pag 91 se ele estiver num valor situado entre os limites vaz o k e vaz o k Ou seja numa situa o est vel os dois controladores de vaz o est o em paralelo obedecendo ao controlador de temperatura No caso de dist rbios em que a demanda do controlador de temperatura alterada para mais 4 I SP Instrumenta o e Controle saindo fora desses limites a vaz o de g s ser Qurtk a vaz o de ar ser Qoastki os dois controladores se acompanhar o mutuamente no sentido de subir respeitando a velocidade e a limita o do outro at que seja atingido o limite onde a demanda est entre vaz estk quando assume o controlador de temperatura Nos casos de dist rbios em que a demanda do controlador de temperatura alterada para menos saindo fora desses limites a vaz o de g s ser Qu k a vaz o de ar ser Quas ki OS dois controladores se acompanhar o mutuamente no sentido de descer respeitando a velocidade e a limita o do outro da mesma forma No caso de falha de qualquer um dos gases o outro respeitar o limite do primeiro dentro de k Essa estrat gia garante que tanto numa falta de ar quanto numa falta de g s a propor o seja mantida Quanto ao valor de se muito bai
159. luido que escoa na dire o paralela sua parede Corresponde press o isenta de influ ncias da velocidade se nas mesmas condi es o fluido estivesse em repouso j que n o h vetores de velocidade perpendiculares parede pag 14 Por esse motivo devemos tomar uma amostra do fluido com objetivo de medir lhe a press o perpendicular parede e rente superficie fig 2 6 tomada tomada correta incorreta gt gt Fig 2 6 A velocidade junto parede no seu limite nula j que a parede n o se move e cresce com a aproxima o do centro da tubula o V cuo Press o abaixo do valor da press o atmosf rica A medida de v cuo referenciada press o atmosf rica e inferior a ela Corresponderia a grosso modo a uma press o manom trica negativa Por exemplo se a press o atmosf rica de 100 000 Pa uma press o de 80 000 Pa corresponde a um v vuo de 20 000 Pa N o existe v cuo de magnitude superior press o atmosf rica no local j que n o existe press o absoluta negativa Se a press o atmosf rica local de 720 mmHg ent o o maior v cuo que pode ser obtido de 720 mmHg Instrumenta o e Controle Unidades de Medida de Press o Pascal a unidade fundamental aceita internacionalmente como unidade oficial de press o Como j foi dito corresponde a 1 N m Newton por metro quadrado O Pascal uma unidade muito pequena cos
160. m degrau aplicado na sa da de valor inicial S e valor final S deve produzir uma resposta da vari vel controlada na forma exponencial partindo de um valor V at um valor final V Nessa excurs o podemos escolher dois pontos Baseado nessas equa es e na tabela quaisquer V V2 com seus respectivos tempos apresentada anteriormente podemos montar uma t e t a partir da aplica o do degrau planilha ou um programa dedicado que nos auxiliar na sintonia ideal do processo A rela o entre O determina a dificuldade de controle do processo porque est relacionada com a ordem n mero de integradores envolvidos fun o de transfer ncia do processo gt 2 processo de segunda ordem degrau na saida P mio ISA pomeo nsa oe o o prado fig 10 15 A forma geral que descreve o comportamento e 4 deve ser do tipo 0359 6 2 2 50 V O V V V 1 Para 2 gt 2 processo quarta ordem T onde corresponde constante de tempo o tempo morto do sistema 1 gt 2 0 5 processo oitava ordem Ent o Para valores inferiores a 0 5 bom estudar uma V y E V ne V e estrat gia com modelos ou corretores para uma boa performance do controle A soma dos dois tempos O equivale 5 aproximadamente soma das constantes de V V 1 tempo de todos os integradores envolv
161. medidor tipo Cone em V a necessidade de pouco trecho reto e a possibilidade de utiliza o em fluidos com s lidos em suspens o ou incrustantes velocidade do fluido em torno do cone promove uma limpeza ou seja impede que haja ac mulo de materiais nessa regi o Como desvantagem o seu alto custo notavelmente para tubula es de grande di metro e o fato de n o haver normas e documenta o oficial aceit vel para o uso desse tipo de medidor As recomenda es para instala o do transmissor de press o diferencial s o as mesmas para os casos anteriores Fig 5 20 pag 53 Instrumenta o e Controle Medidores Magn ticos Para medi o de vaz o especialmente em fluidos abrasivos sujos e com s lidos em suspens o uma boa solu o desenvolvida foi o medidor magn tico 4 Numa tubula o aplicado um campo magn tico no sentido transversal ou seja perpendicular ao sentido do fluxo Campo N Magn tico 1 Eletrodos Dois eletrodos s o introduzidos tamb m perpendicularmente ao campo magn tico e dire o de fluxo fluido se movimenta portanto perpendicularmente ao campo magn tico Sendo condutor de eletricidade e estando se movendo em rela o ao campo magn tico consequentemente gerado um campo el trico perpendicular a ambos que pode ser detectado pelos eletrodos na forma de tens o Ou seja uma por o do fluido se comporta como um condutor qu
162. minuindo at zerar levando novamente a sa da ao valor de 50 Num momento posterior o set point foi levado para 65 e a rea o foi equivalente Como o objetivo do controlador fazer com que o set point se iguale vari vel ele foi atingido No segundo registro gr fico acima a mesma manobra foi repetida com ganho K 2 00 Observe a resposta mais agressiva do controlador Nessa mesma figura na parte direita do gr fico o ganho do controlador foi ajustado para 15 0 Um ganho alto Nesse caso observe que com o retorno do set point o valor inicial a sa da do controlador saturou em zero por algum tempo voltando de forma oscilante amortecida at que a vari vel atingisse o valor do set point O resultado foi mais r pido sem d vida mas a oscila o pode n o ser desej vel pag 72 Um ganho desproporcionalmente grande certamente colocaria o sistema para oscilar de forma n o amortecida ou seja oscilar indefinidamente levando a sa da de O a 100 e novamente para 0 O modelo do controle de n vel que est sendo analisado e mostrado nos gr ficos tem o CONSUMIDOR Fig 8 7 fluxograma abaixo Nesse modelo simples poss vel supor que o n vel do tanque somente se estabiliza se a vaz o de entrada for exatamente igual vaz o de sa da determinada pelo consumidor Pois se n o forem iguais o n vel iria subir ou descer Como os gr ficos mostram o n vel sempre est
163. mo padr es e portanto n o propagar o a incerteza o primeiro procedimento para calibra o de padr es Vamos analisar um outro exemplo com objetivo de aproximarmos de um poss vel procedimento normalizado para instrumentos de processo industrial Suponhamos um transmissor de temperatura na faixa de O a 500 C e sa da de 4 20 mA Os resultados hipot ticos est o na tabela abaixo Valor verdadeiro C Instrumento mA Para padroniza o do m todo referente a transmissores de qualquer grandeza vamos adotar os valores em percentuais da faixa e calcular os erros em percentual da amplitude da faixa erro fiducial pag 156 numa faixa de 16 mA equivalente a 0 0625 Estamos em d vida j na segunda casa decimal do erro essa incerteza ser considerada como tipo B Podemos utilizar na planilha ou no c lculo um n mero t o grande quanto quisermos de casas decimais por m o resultado deve ser apresentado com dois algarismos significativos ou apenas um s 0 058 ou s 0 06 s o apresenta es corretas Como regra geral podemos adotar a incerteza com no m ximo dois algarismos significativos O N mero de amostras menos 1 quatro no primeiro caso e 10 nos demais corresponde nessa etapa ao n mero de graus de liberdade Se n o houvesse mais incertezas tipo B ent o consultariamos a tabela do fator de cobertura multiplicariamos o desvio padr o por ele obtendo a incerteza expandida ou incer
164. montado no frontal de ura local Instrumento mmplementado sisterma supervis rio sem acesso ao operador Nos diagramas de engenharia envolvendo a instrumenta o chamados de P amp I Process and Instruments utilizamos s mbolos identificar cada tipo de instrumento dentro de uma estrat gia de controle Os s mbolos variam conforme normas H normas americanas brasileiras europ ias em particular as alem s Os instrumentos s o identificados pelos seus TAG s O tag formado por algumas letras 2 4 seguidas de um n mero sequencial que a crit rio do projetista poder representar as malhas de controle corresponde vari vel A primeira letra manipulada Vari vel P Pres o F Va o D F Vari vel de an lise PH 02 Chama Eis Sinais aps aa e a linha de sinal el trico linha de sinal pneum tico at asun sinal irradiado figura 7 1 Evidentemente alguns projetistas costumam diferir em alguns casos A segunda e a terceira letra se refere fun o do instrumento podendo haver combina o entre elas D Diferencial Q Totalizador S Chave switch ou Seguran a T Transmissor S N o h um consenso geral uniforme sobre o uso dessa simbologia No entanto pelo menos na primeira letra quase todos concordam Num fluxograma os instrumentos s o represent
165. mpo prescrito e um erro toler vel Tamb m fun o do controle a prote o das m quinas e das pessoas Um controlador um dispositivo que de posse de um set point valor desejado e de um valor lido vari vel de processo processa essas informa es e atua sobre uma vari vel de controle sa da Vari vel Set Point Fig 8 1 Podemos imaginar um controle simples e implement lo como Manual utilizando o homem como tomador de decis es e em paralelo imaginar o mesmo controle por m autom tico atribuindo por analogia com o ser humano capacidade de decis o ao instrumento Controle Tudo ou Nada On Off Nosso pequeno processo pode ser por exemplo um trocador de calor a vapor na forma de um reservat rio onde existe uma entrada de mat ria prima por exemplo gua uma sa da do produto no caso gua quente e uma serpentina interna com vapor energia A vari vel controlada a temperatura da gua desej vel que ela esteja admitamos em 50 Esse o chamado Set Point A vari vel manipulada a vaz o de vapor cujo valor alterado pela a o da v lvula de controle que o elemento final de controle Existe tamb m um term metro na sa da da gua para que o operador saiba o valor da temperatura Essa a vari vel de processo PV term metro gua fria O nosso controlador um indiv duo que fica perto da v lvula a uma dist ncia suficiente para
166. na ao controlador Tudo ou Nada Observe ao lado no gr fico Inicialmente o set point era igual vari vel iguais a 60 in cio do gr fico esquerda e o consumidor estava a consumir 50 Repentinamente o consumidor passa a consumir 70 o que leva a uma necessidade de abrir a v lvula de entrada para 70 O n vel come a a cair O controlador reage mas n o consegue evitar o erro de regime de 20 O n vel se estabiliza em 40 mesmo sendo o set point igual a 60 Aproximadamente na parte central do gr fico o consumidor caiu seu consumo de gua de 70 para 40 Nesse momento o n vel sobe e se estabiliza em 70 erro de regime de 10 agora Instrumenta o e Controle pag 74 LIC 101 Instrumenta o e Controle Controlador Integral Para resolver o problema do erro de regime ou erro de off set resultante do controle puramente proporcional podemos afirmar que se fosse poss vel alterar constantemente o Bias do controlador estaria resolvido o problema Mas isso deve ser feito automaticamente O controlador deveria enquanto persistisse o erro alterar continuamente sua sa da na busca do ponto de equil brio isento de erro qualquer que fosse ele Um indiv duo pensante no seu lugar com certeza iria aprender a faz lo bastaria seguir uma nova Instru o Enquanto o erro for diferente de zero alterar o valor de sa da na dire o de corrigi lo velocidade da varia o da
167. nada nenhuma corrente dos eletrodos alta imped ncia de entrada do circuito eletr nico Por n o impor nenhuma restri o significativa passagem do fluido esse medidor apresenta a vantagem de produzir baixa perda de carga Como desvantagem al m de se aplicar apenas a l quidos condutivos h o seu custo notavelmente para grandes di metros e alto Fig 5 23 Instrumenta o e Controle consumo de energia el trica Os materiais de fabrica o do revestimento do tubo em geral o Teflon o Poliuretano ou Neoprene e deve ser escolhido em fun o da agressividade e temperatura do fluido Os eletrodos podem ser em a o inoxid vel hasteloy t ntalo platina ou outros Um terceiro eletrodo ou anel de aterramento pode ser necess rio principalmente para fluidos de baixa condutividade e feito do mesmo material dos eletrodos sensores O di metro do medidor em geral o mesmo da tubula o Entretanto h que se respeitar os limites de velocidade do l quido normalmente entre 0 6 e 6 m s o que pode resultar em di metro diferente do di metro da tubula o O circuito eletr nico pode ou n o estar solid rio ao tubo medidor A sua fun o produzir e controlar a corrente respons vel pela forma o do campo magn tico e processar o sinal de tens o dos eletrodos convertendo o num sinal padronizado de 4 20 mA No aspecto de manuten o cuidado especial deve ser tomado na limpeza dos eletr
168. ndejas eletrocalhas e eletrodutos para acomodar a fia o No caso da tecnologia de comunica o direta com os dispositivos podemos encontrar v rios dispositivos transmissores conversores v lvulas de controle proporcional inversores de frequ ncia etc ligados atrav s de um nico par de fios tran ado se comunicando atrav s de um protocolo de comunica o digital preparado para esta finalidade entre eles e com a CPU do PLC Neste ltimo caso encontramos cart es de comunica o no rack do PLC no lugar de cart es de entradas e sa das anal gicas Os sinais digitais podem ser ligados atrav s de cart es de entrada e sa da digital instalados no rack do PLC em unidades remotas de comunica o de I O entradas e sa das ou em PLCs instalados em outros pain is pr ximos dos equipamentos de campo Instrumenta o e Controle pag 10 CONTROLADOR DE REDE CONTROLADORES DIGITAIS ou PLCs ONTROLADORES DIGITAIS ou PLCs FIELD BUS fig 1 7 Field bus e tradicional Existem v rios protocolos de comunica o utilizados em aplica es deste tipo Os mais utilizados s o FIELDBUS FUNDATION e o PROFIBUS Cada um deles com as suas particularidades Essas particularidades aliadas dificuldade de padroniza o tem levado muitos usu rios a n o optarem por redes de campo O n mero de dispositivos que pode ser ligado a cada rede dada por um par de fios fica limitado pela dist ncia f sica vel
169. ng brackets que permite a fixa o do instrumento em painel ou em tubo de 2 Parafusos adicionais manifold e selos remotos s o outros acess rios que podem ser necess rios instala o Instala o de Transmissores Alguns cuidados devem ser tomados na instala o dos transmissores em fun o principalmente do fluido cuja press o ser medida Gases Em tubula es de g s a principal preocupa o com a presen a de l quidos condensados que podem preencher o tubo da tomada de press o fig 2 20 Instala o preferencial para gases produzindo efeitos indesej veis na exatid o da medi o Para gases preferencialmente o transmissor deve ser instalado acima do ponto de medi o para que o l quido eventualmente n o se fig 2 21 Instala o alternativa para gases pag 25 acumule na tomada A tomada de press o deve estar na parte superior da tubula o Mas nem sempre poss vel tal configura o em tubula es elevadas ou mesmo quando desejamos instalar o transmissor em um local afastado devido temperatura ambiente por exemplo Nesses casos devemos caminhar com o tubo de sinal evitando sempre curvas que sejam capazes de reter l quido e utilizar potes de condensa o O pote de condensa o um trecho de tubo soldado na forma de um pote selado que pode conter um volume maior de condensado e armazen lo Durante interven es de manuten o preventiva deve ser dr
170. ni la nos procedimentos escritos como sendo o mesmo que exatid o Faixa de indica o Conjunto de valores limitados pelas indica es extremas Observa es 1 Para um mostrador anal gico pode ser chamado de faixa de escala 2 faixa de indica o expressa nas unidades marcadas no mostrador independentemente da unidade do mensurando e normalmente estabelecida em termos dos seus limites inferior e superior por exemplo 100 C a 200 C pag 150 Faixa de medi o faixa de trabalho measuring range Conjunto de valores de um mensurando para o qual se admite que o erro de um instrumento de medi o mant m se dentro dos limites especificados Faixa nominal range Faixa de indica o que se pode obter em uma posi o especifica dos controles de um instrumento de medi o Observa es 1 Faixa nominal normalmente definida em termos de seus limites inferior e superior por exemplo 100 C a 200 C Quando o limite inferior zero a faixa nominal definida unicamente em termos do limite superior por exemplo a faixa nominal de OV 100V expressa como 100V Esses termos faixa range span s o geralmente fonte de alguma confus o Para especificar um transmissor de press o por exemplo o projetista deve determinar como faixa de medi o os limites dentro dos quais o instrumento pode ser ajustado e faixa nominal
171. ntese do teorema de Bernoulli Press o Velocidade figura 5 1 Pelo exemplo da figura temos um ponto 1 onde existe uma vaz o de um l quido incompress vel e uma press o inicial A vaz o constante em todo o trecho da tubula o posto que o volume ou a massa que entra no tubo tem necessariamente que sair na outra extremidade sup e se que n o h vazamento No ponto 2 houve uma diminui o do di metro da tubula o Como a vaz o corresponde ao produto da rea pela velocidade e houve uma redu o na rea deve haver um aumento de velocidade e portanto de energia cin tica A esse aumento de energia cin tica como estamos na mesma altura corresponde portanto uma diminui o da energia de press o na mesma propor o No ponto 3 da tubula o houve uma subida ou seja aumentamos a energia potencial do fluido Como a tubula o manteve o mesmo di metro e a vaz o est Invari vel n o podemos perder velocidade Logo h nesse ponto uma nova Instrumenta o e Controle perda da press o do fluido Essa press o perdida corresponde exatamente ao peso da coluna do l quido Quando colocamos a restri o na tubula o montante h uma pequena perda de velocidade o fluido se comprime se amontoa logo um ligeiro aumento de press o ocorre Para passar num orif cio de di metro notadamente inferior ao da tubula o h um expressivo aumento de velocidade que compensado com uma que
172. nula a vaz o tamb m deveria ser nula Com vaz o nula o controle de press o deve ficar dificil tendendo a subir Vamos fazer a vaz o variar com a raiz quadrada da press o j que a perda de carga na v lvula pode ser com o quadrado da vaz o por exemplo Altere a fun o de transfer ncia interna do processo da vaz o para 0 0127 X X 0 0343 X 1471 0 12 M22 0 5 Nesse caso a equa o original ficou multiplicada pela raiz quadrada da press o Observe como a vaz o ficar dependente da press o Para press o nula n o haver vaz o Mas a press o deve variar com a vaz o tamb m Nesse caso poderemos afirmar que ela deve cair com o quadrado da vaz o No bloco do processo de press o altere a fun o de transfer ncia interna para 66 X 2 M2172 Coloque os dois controladores em autom tico com set point aproximadamente em 50 Altere o set pomt de press o Observe que quando a press o diminui o controlador de vaz o abre mais a sua v lvula Agora aumente gradativamente a vaz o E a vez do controlador de press o abrir a sua v lvula a pag 126 ponto de n o se conseguir mais controlar a press o Evidentemente essas equa es de transfer ncia anda s o bastante arbitr rias e n o est o obedecendo rigorosamente s leis da mec nica dos fluidos Salve o seu exerc cio 2 Instrumenta o e Controle Exerc cio 3 Abra uma nova aplica o utilizando o comando de Novo Arqui
173. nula do valor interpolado entre 7 1 e 7 2 ter valor de 7 3 Uma distribui o triangular mais prov vel ver figura 12 3 O fator mais adequado J6 Instrumenta o e Controle 2 0 020 53 at estimativa 2 Distribui o Normal Probabilidade com o afastamento mas nenhum intervalo fechado cont m 1002 das amostras estimativa Distribui o triangular u a F6 Probabilidade decrescente partir do valor estimativo nula fora dos limites az2 estimativa 2 Distribui o retangular u a P3 probabilidade constante partir do valor estimado e nula fora dos limites figura 12 3 algumas poss veis distribui es No ltimo exemplo calibra o do transmissor de temperatura temos dois instrumentos padr o o gerador de sinal que simula termopar e o miliamperimetro digital O gerador de sinal pode ter indica o anal gica suponhamos onde a menor divis o seria 1 C A interpola o nesse crit rio pressup e ent o a 0 5 C que dividido por raiz de seis gera 0 20 5 x 100 0 04 da faixa No caso do miliamper metro digital que provavelmente utilizamos no ltimo exemplo o ltimo d gito oscilante como uma incerteza observacional E pouco recomend vel a interpola o a partir dos tempos da oscila o mais razo vel admitir 1 d gito como Incerteza 1 d gito na segunda casa decimal equi
174. o igual a zero Se a equa o utilizasse somente o valor de sa da por exemplo ent o Entrada f saida 0 ou a sa da ter o valor final como a fun o inversa da entrada Saida f entrada Por exemplo vamos adotar a fun o de X 2 p o transfer ncia y x Ent o a estabiliza o do integrador ocorrer quando Entrada saida 0 ou o valor final est vel da saida ser Saida entrada Essa equa o chamada de Fun o de transfer ncia Externa Instrumenta o e Controle pag 116 n o tem bot es associados e s o acessados por um duplo clique do mouse sobre eles O Programa Clique o item de configura o do menu e selecione a figura vaz o bmp por exemplo programa ser inicializado disponibiliza os Feche a janela e a apar ncia do programa ser seguintes objetos semelhante figura 11 7 e 10 controladores PID Selecione a op o Salvar Arquivo e salve o seu aplicativo por exemplo com o nome Exerc cio 1 O programa acrescentar a e 10registradores extens o smp nome do arquivo que a extens o padr o para acess los e 15 processos e 1 registrador XY coord polares Os objetos que possuem sa da enviam na para e 15 blocos de c lculo uma tabela de mem ria para que possa ser e 15 objetos de texto animados acessada por outros objetos Essa mem ria possui 60 posi es de n meros reais Todos esses objetos permanec
175. o 0 00 10 21 2 I V Limite Inferior 0 Saida em 41 V Limite Superior 1 00 figura 11 12 Ele tem um Tag e uma Descri o para sua identifica o Uma fun o matem tica e dois valores para limites inferior e superior do sinal de sa da Se n o estiverem marcados os check box que est o esquerda os limites n o s o respeitados A fun o de transfer ncia dos blocos de c lculo admitem o sinal gt e lt Quando um desses sinais est presente na equa o somente uma vez o bloco calcula os valores da parte da equa o esquerda e direita do sinal e os compara selecionando o maior ou menor valor para sua sa da pag 123 Instrumenta o e Controle O Registrador O registrador um objeto gr fico que n o possui sa da Tem apenas o efeito visual FLR 101 VAZ O DE ENTRADA NIVEL VAZ O DE SAIDA Es 90 figura 11 13 O aspecto se assemelha figura 11 13 Quando abrimos a janela de configura o do registrador podemos determinar lhe as vari veis que ser o registradas S o tr s vari veis selecionadas na forma convencional Tr s Descri es correspondentes s o utilizadas identific las inclusive nos textos topo do registrador indicando a cor das penas r EM Tag FRA Descri o JREGTISTRADOR 1 H Tento 1 VAZAD DE ENTRADA 3 22LT70 O Fj Testo 2 NIVEL Wa vel3 23FT1IO P Texto 3 VAZAD DE SAIDA
176. o vaz o Um sensor de proximidade ou magn tico localizado na parte externa e emite um pulso 5 cada vez que p da turbina se move sob seu alcance Fig 5 26 E um medidor extremamente preciso e repetitivo Por m fr gil e sens vel pelas suas pe as m veis sua utiliza o mais adequada a laborat rios Na rea industrial cuidados especiais devem ser tomados principalmente quando h purga ou limpeza da tubula o com vapor ou g s em alta press o Sua aplica o boa em l quidos e gases mas n o em vapor devido sua abrasividade O O sinal de frequ ncia gerado pelo sensor convertido em 4 20 mA para transmiss o dist ncia por circuitos eletr nicos o r Outra desvantagem seu custo e sua inadequa o a fluidos muito viscosos A calibra o da turbina deve ser feita em laborat rio devidamente equipado e consiste na determina o do seu fator K que expressa a rela o entre a frequ ncia e a vaz o ou velocidade Esse fator dado em pulsos por unidade de volume Fig 5 27 pag 57 Instrumenta o e Controle Medidores M ssico ou Coriolis O medidor se baseia no fen meno descrito por Coriolis Um tubo perfaz uma curva em geral na forma de um c rculo Esse tubo colocado para vibrar atrav s dos magnetos Essa vibra o na forma senoidal monitorada por sensores de posi o ou proximidade em posi es opostas Fig
177. o Calibra o 0 to 4 bar Conex es de processo flange 1 2 Outras Caracter sticas Conex es el tricas 1 2 NPT Anel O Viton Press o est tica m xima 1500 psi Comunica o Hart Prote o prova de explos o Gr D Div 2 Instrumenta o e Controle 3 Temperatura A temperatura a medida da energia na forma de calor existente nos materiais E a vari vel certamente mais intimamente ligada energia As unidades utilizadas para a medida de temperatura s o o grau Celsius o grau e o Kelvin K Celsius atribuiu o valor de zero grau para ponto de congelamento da gua e 100 graus para o ponto de ebuli o da gua press o atmosf rica padr o C K 27315 5 gt F 32 2 K 273 15 K gt F 459 67 2 32 F 459 67 Kelvin determinou a partir de equa es da termodin mica o valor de zero grau absoluto como sendo aus ncia total de calor 273 15 C e tornou a escala coerente com a quantidade de energia necess ria para passar de uma temperatura a outra tomando como base a divis o da unidade de Celsius Farenheit atribuiu 32 graus para a temperatura do ponto de fus o do gelo e 100 graus para a temperatura do corpo humano E recomendada a utiliza o do Celsius e do Kelvin A escala Farenheit n o recomendada A equival ncia entre essas unidades est apresentada no quadro pag 29 Inst
178. o n o o instrumento utilizada para calibrar est com 95 de confiabilidade dentro dos limites de 3 C e que o desvio padr o foi multiplicado por 2 0 por utilizar um universo estat stico suficiente 12 x N x O 000 000 000264 60 601875 0 1875 0 009330 80 80 1250 0 1250 0 001162 90 90 0625 00625 0 000807 Observe que o maior erro do instrumento cerca de 0 2 em 60 da faixa e a Incerteza foi avaliada em 0 58 Isso sugere que estamos utilizando um padr o inadequado que n o inadmiss vel s ele tem incerteza de 0 50 portanto superior ao erro do instrumento N o podemos afirmar que o Instrumento confi vel em 0 2 da faixa devido a essa Incerteza Express o da Incerteza da Medi o J vimos aproximadamente como deve ser expressa a incerteza da medi o Devemos citar Instrumenta o e Controle pag 161 13 Uso de Instrumentos El tricos em reas Perigosas As ind strias que fabricam manipulam armazenam ou transportam produtos que possuem gases vapores ou fibras inflam veis ou explosivas necessitam de crit rios de seguran a que orientem o uso de equipamentos el tricos Classifica o de rea As reas onde existe possibilidade de ocorrerem inc ndios ou explos es s o as chamadas reas Classificadas Os instrumentos el tricos devem atender s necessidades para aplica o em reas classificadas Para isso eles s
179. o autom vel Evidentemente teremos que supor o hod metro Set Point erro Vari vel do autom vel como um totalizador bi direcional ou seja que diminui o seu valor se a velocidade for negativa marcha r Esse o comportamento que desejamos ao controlador Seu diagrama de blocos seria como o desenho abaixo erro _ Integral Sa da Fig 8 11 O termo proporcional naturalmente instant neo ou seja n o depende do tempo Fig 8 10 Instrumenta o e Controle assim que ocorre o erro estabelece se na sa da uma parcela proporcional ao erro O termo integral lento depende do tempo a partir do momento em que aparece o erro o integrador inicia uma varia o cont nua da sa da O diagrama acima refer se naturalmente a um caso em que o processo n o reage Como se de alguma forma o elemento final de controle n o respondesse Chamamos essa t cnica de an lise em malha aberta Em malha fechada o processo reage varia o de sa da o erro se altera em fun o do valor de sa da O valor do termo integral se estabiliza somente quando o erro igual a zero Observe nos dois primeiros gr fico da primeira figura O processo o mesmo do exemplo anterior n vel do tanque Inicialmente o n vel estava em 60 e o set point tamb m A sa da estava em 30 deduz se ent o que a vaz o de sa da era de 30 pela hip tese an
180. o processo e a medi o tamb m chamados de elementos prim rios Transdutores e Transmissores s o conceitos semelhantes Transdutores s o elementos capazes de transformar uma determinada vari vel em outra de outra natureza Os transmissores 580 casos especiais de transdutores cuja natureza e forma do sinal gerado padronizada Quanto fun o dos instrumentos podemos classific los como Transmissor a 2 fios Painel Fiq 1 2 pag 5 Indicadores s o instrumentos que sentem a vari vel do processo apresentam seu valor instant neo Um man metro um indicador local Temos indicadores de painel anal gicos ou digitais Registradores s o instrumentos que sentem uma ou v rias vari veis de processo e armazenam seus valores em papel ou em mem ria mec nica ou eletr nica ao longo do tempo Os totalizadores s o considerados registradores Transmissores que sentem as vari veis de processo atrav s de elementos prim rios e enviam sinais padronizados para outros instrumentos como controladores e registradores Computadores anal gicos que executam fun es de c lculo com as vari veis tais como extratores de raiz quadrada linearizadores integradores etc Elementos finais de controle que manipulam vari veis tais como v lvulas de controle v lvulas solen ide variadores de velocidade etc Controladores s o instrumentos que baseados num set point valor desejado enviam sinai
181. o que servir ao c lculo das perdas de press o ao longo da linha O M todo de c lculo explicita a norma utilizada para calcular a placa Existem a ISO 5167 a 3 Spink etc Em cada norma existem restri es que podem exigir que seja seguida outra norma O desenho f sico da placa de orif cio uma informa o complementar muito til A presen a do desenho dimensional torna mais til o documento no seu uso futuro O m ximo de informa es devem constar na folha de dados mesmo que sejam redundantes Inconsist ncias ou maus resultados podem exigir que se consultem essas informa es O resultado do c lculo da placa de orif cio um indicador bastante sens vel das condi es de opera o e dimensionamento de tubula o Sempre que encontramos valores extremos podemos questionar o dimensionamento Valores de muito altos sugerem que a velocidade do fluido est muito alta a tubula o tem di metro muito pequeno para aquela vaz o ou o diferencial de press o est inadequado Valores de B muito baixos sugerem o inverso Um pr ximo de 0 65 uma excelente condi o O n mero de Reynolds tamb m nos informa sobre o regime de escoamento do fluido Valores muito altos ou muito baixos sugerem problemas pag 51 As equa es bacos e m todos de c lculo est o dispon veis na literatura especializada para quem quiser se aprofundar no assunto O c lculo complexo e as equa es
182. ocar igni o ou explos o na rea perigosa mesmo que haja falhas espec ficas na rea perigosa ou na rea segura Tipicamente a tend ncia de aumentar a corrente causada por problemas de curto circuito contato com o terra nos aparatos da rea perigosa e a tend ncia de aumentar a voltagem causada por aplica o de maior n vel na alimenta o no lado seguro do sistema As considera es acerca do uso de barreira de energia s o 1 o enfoque simples tanto na id ia te rica como na aplica o pr tica 2 o sistema flex vel pois a nica exig ncia a limita o de 250 V rms do lado seguro o que absolutamente aceit vel e normal 3 exige se o certificado apenas para os aparatos armazenadores de energia ligados depois da barreira montados na rea classificada Os aparatos simples e n o armazenadores de energia n o necessitam de certifica o 4 a barreira deve ser aterrada geralmente no nico terra equipotencial da planta Instrumenta o e Controle pag 163 Bibliografia Aguirre Luis Antonio Introdu o Identifica o de Sistemas Cole o Shaw Mec nica dos Fluidos Delm e G Aferi o de Medidores de Vaz o Artigo t cnico Delm e G Manual de Medi o de Vaz o Fisher Rosemount Pressure Fundamentals and Transmitter Selection Fisher Rosemount Fundamentals of Flow Metering Gomes L C M Silva C A R Silva M S C Sistemas de medi o de temperat
183. ocidade de transmiss o e n mero de blocos de programas necess rios que determinam a frequ ncia de refrescamento dos dados na rede Esse n mero normalmente inferior a 30 dispositivos anal gicos Varias redes podem ser ligadas a cada rack de PLC Alguns cart es possuem mais de um canal de comunica o Dist ncias de at 2 000 m podem ser alcan adas por estas redes sem dificuldades Uma t cnica mais utilizada atualmente nos sistemas de controle baseada na utiliza o de esta es remotas de comunica o para entradas e sa das anal gicas e digitais Utilizam se v rias unidades remotas de comunica o serial muitas vezes conhecidas como cabe as de remotas acopladas com alguns m dulos de entradas e sa das instaladas em pain is pr ximos aos dispositivos de campo Em muitos casos as cabe as de remotas a pesar de inteligentes apenas processam e controlam a comunica o de dados ficando processamento dos mesmos a cargo da CPU do PLC V rias esta es de comunica o remota podem ser ligadas atrav s de um mesmo par de cabos trocando continuamente dados com a CPU do PLC Na figura 1 8 se mostra a arquitetura t pica deste tipo de sistema Muitas CPUs de PLC suportam a instala o de v rios cart es de comunica o no rack de tal forma que poss vel distribuir todas as entradas e sa das no campo Outros cart es de entrada e ou sa da podem ser instalados no rack principal se fo
184. odos e do tubo isolante retirando se incrusta es A calibra o do instrumento deve ser feita em laborat rio devidamente equipado Uma aplica o t pica dos medidores magn ticos em polpa de min rio e efluentes em geral pag 55 Instrumenta o e Controle Medidores Vortex Esse medidor de vaz o se baseia na forma o de v rtices quando o fluido encontra um obst culo O sensor piezoel trico ou magn tico e detecta vibra es na faixa aud vel Obst culo A frequ ncia das vibra es produzidas pela passagem dos v rtices pelo sensor proporcional velocidade do fluido VYY Um circuito eletr nico converte o sinal para 4 20 mA Com grande vantagem tamb m no que se refere baixa perda de carga o medidor de vaz o tipo V rtex se limita a aplica es em altos n meros de Reynolds acima de 30000 ou seja inadequado para baixas velocidades e altas viscosidades Sua aplica o mais comum em tubula es de pequeno di metro em gases pressurizados que atingem altas velocidades A sua limita o al m de altos n meros de Reynolds a necessidade de trechos retos igual ou maior que a placa de orificio Fiq 5 25 Obst culo pag 56 Instrumenta o e Controle Medidores de Turbina O medidor tipo turbina consiste numa h lice inserida na dire o do fluxo que gira em velocidade angular proporcional velocidade do fluido e portant
185. ogia Sistema Internacional Muito longo e tortuoso foi o processo de padroniza o de um sistema internacional de medidas que ainda hoje convive com outros sistemas de medidas regionais O Sistema Internacional de Unidades SI compreende Sete unidades de base mostradas na tabela 1 Unidades derivadas deduzidas direta ou indiretamente das unidades de base e suplementares mostradas nas tabelas 3 a 8 Os m ltiplos e sub m ltiplos decimais das unidades acima cujos nomes s o formados pelo emprego dos prefixos usados no SI e mostrados na tabela 9 Tabela 1 Sete unidades b sicas Grandeza Nome S mbolo Comprimento Metro m Massa Quilograma Tempo Segundo S Corrente el trica Ampere Quantidade de mat ria Mol mol Intensidade luminosa Candela cd Tabela 4 Unidades geom tricas e mec nicas S mbolo segundo Velocidade Radiano por rad s angular segundo Metro por Acelera o segundo por segundo Radiano por segundo por rad s segundo espec fica metro c bico th por segundo segundo eo quadrado KE m in rcia metro quadrado Quilograma metro por Kg m s segundo Quilograma metro quadrado por segundo Momento de uma for a torque Press o pascal Pa Viscosidade ara Pascal segundo Pa s din mica Trabalho energia quantidade de calor de energia Densidade de Watt por metro 2 W m fluxo de energia quadrado E rad Sr S Hz S
186. olador Abra o processo e sua configura o e Determine lhe a descri o PT 101 Press o de gua Determine tamb m a sua entrada 02 PIC 101 Determine tamb m a posi o do bot o clicando sobre a janela principal Coloque o pr ximo do desenho do transmissor de press o Coloque as mesmas fun es de transfer ncia do processo anterior 0 0127 0 0343 X 0 1471 na fun o interna e X fun o externa Abra novamente o controlador e determine lhe PV como 22 PT 101 pag 125 Abra tamb m o controlador de vaz o e determine lhe a faixa de trabalho p ex O a 300 Lpm litros por minuto Vamos introduzir um registrador no exerc cio Abra a janela de configura o geral e marque que voc deseja um registrador Feche a Clique no novo bot o do registrador e abra sua configura o Preencha o tag do registrador FR 101 e a descri o Vaz o e Press o de gua Determine a sua vari vel 1 como 21 101 a descri o Vaz o de gua Determine sua vari vel 2 como 22 PT 101 e sua descri o como Press o de gua Clique sobre a tela e posicione seu bot o numa regi o superior direita Feche a janela do registrador Finalmente vamos introduzir dois textos animados Abra a ajanela de configura o e marque dois textos Feche a janela D um duplo clique sobre o texto na parte superior da tela A janela do texto aparecer e voc deve determinar a descri
187. omento ele pode ter estimado ou interpolado valores Se o padr o um instrumento anal gico digamos um man metro padr o com um ponteiro sobre a escala devemos avaliar a nossa capacidade de interpolar a leitura Um man metro de 0 a 10 Kgf cm do primeiro exemplo se tiver 100 divis es na sua escala cada divis o corresponder a 0 1 Kgf cm Na avalia o do usu rio quando o ponteiro se encontra entre duas divis es subsequentes 7 1 e 7 2 podemos aceitar com seguran a o valor de 7 1683 Certamente n o Mas 7 17 talvez Podemos dizer que meia divis o 0 05 confi vel para interpola o considerando que pode haver um erro de paralaxe Tudo depende da avalia o honesta do usu rio razo vel supor que o valor de 7 17 esteja afetado por uma incerteza de 0 05 meia divis o distribu da para ambos os lados 7 17 0 025 Chamamos essa amplitude de a 0 05 Devemos encontrar o desvio padr o em fun o desse valor de a que equivale a dividi lo por um fator Esse fator depende da distribui o da probabilidade desses resultados ou seja como o prov vel erro de leitura se distribui Se a distribui o normal a probabilidade decresce quando nos afastamos do valor de 7 17 ent o podemos dividir o valor de 0 05 por tr s para obter a o desvio padr o Mas a observa o nos sugere que n o h probabilidade razo vel do valor estar fora desses limites haveria alguma probabilidade n o
188. omo Exercicio 6 O aspecto da tela se assemalha figura 11 21 lt rev A02 figura 11 21 Verifique que podemos Implementar o mesmo processo de Nivel utilizando a fun o de transfer ncia externa Para isso introduza na fun o externa M23 M21 e na fun o interna 0 zero invers o do sinal da fun o de transfer ncia se deve ao fato de que a externa entra subtrando no segundo integrador e a interna somando LT 101 N vel Fun o interna 10 M23 M21 O resultado exatamente o mesmo Instrumenta o e Controle pag 133 Exerc cio 7 Utilize o exerc cio 6 anterior e altere a figura de fundo para TanqueCas bmp Introduza um novo controlador e posicione o pr ximo da figura do controlador de vaz o de entrada Tag In cio de Escala 10 ________ 21 Vaz o de Entrada SPR 01 LIC 101 N vel Agora podemos controlar tamb m a vaz o de entrada V at o processo de vaz o de entrada e detemine a sua entrada como 03 FIC 101 Vaz o de Entrada Uma interessante varia o pode ser introduzir um ru do aleat rio no sinal de vaz o de sa da por exemplo Para 1550 altere a fun o de transfer ncia do processo da vaz o de sa da somando lhe uma parcela aleat ria 0 01 X X 0 12 M22 0 5 0 2 M60 50 A amplitude admiss vel para esse ru do de 20 o fator de 0 2 O valor de 50 subtra do do ru do para posicion lo no centro da faixa
189. omportamento do processo perif rico e vari vel manipulada Sugere se que PID K n o ultrapasse cerca de 2 a 3 vezes o ganho do processo G e que K n o ultrapasse 2 a 3 vezes o inverso de Para as demais estruturas valem os c lculos abaixo Ka 0 0 0 0 016 0 016 Observe que pelo crit rio da avalia o das ordens de grandeza para um controlador PI teriamos partido com K 0 56 K 12min que mesmo com um ganho menor e um integral mais r pido certamente teria tornado vi vel a opera o No registro gr fico da figura 10 6 adiante observamos o comportamento do controle quando passamos para autom tico com os par metros calculados O set point coincidia inicialmente com a vari vel em 40 No primeiro momento o SP foi bruscamente ajustado para 70 e posteriormente foi levado para 50 A vari vel tende a uma leve oscila o fortemente amortecida sendo o seu segundo ciclo em amplitude muito inferior ao primeiro Isso desej vel para esse modelo O controlador deve ser sintonizado para produzir um leve over shoot Em muitos casos pode ocorrer de n o se detectar tempo morto Ou pelo menos ele ser muito pequeno quando comparado constante de tempo Um tempo morto nulo levaria a um ganho muito alto e K muito r pido Nesse caso a malha admite um ganho muito alto sem oscilar Set Point Vari vel 100 20 70 60 50 40 30 figura 10 6 Instrumenta o e Cont
190. or deve ser instalado em um ponto abaixo da tubula o Devem ser usados potes de selagem em dist ncia suficiente para baixar a temperatura do l quido de selagem O l quido de selagem sempre a gua que ser mantida pela condensa o do vapor pag 26 Essa configura o produz um indesej vel fator a coluna de gua desde o n vel do pote at altura do transmissor produz uma press o hidrost tica que se soma press o do fluido Mesmo que o vapor contido na tubula o esteja em press o nula zero o transmissor enxergar uma press o diferente de zero equivalente ao peso da coluna l quida necess rio ajustar o transmissor para um valor de zero elevado Para as press es convencionais de vapor esse valor pode ser desprez vel Entretanto uma coluna de 5 metros de gua produz uma press o falsa de cerca de 0 5 kgf cm um bom procedimento zerar transmissor na condi o de pote de selagem cheio Na instala o ou partida da planta instrumentista deve fechar a v lvula de bloqueio retirar o tamp o no topo do pote de selagem preencher todo o tubo de sinal com gua at o n vel da tomada ou at o limite Durante esse processo utilizando se da v lvula de dreno existente no transmissor escoar alguma quantidade de gua por ele com objetivo de extrair bolhas de ar Em seguida completar o n vel de gua fechar o buj o em geral roscado e s a ent o abrir a
191. orcional K processo est vel Num processo est vel a constante proporcional est relacionada com o ganho do seu processo Se para alterarmos 10 o valor da vari vel for necess rio produzir 20 de varia o da sa da do controlador ent o necessitamos de um ganho com valor pr ximo de 2 dois pois um erro qualquer precisa ser reproduzido em dobro na sa da para uma corre o pr xima do suficiente Num caso inverso se para alterarmos em 20 o valor da vari vel for suficiente produzir 10 de varia o da sa da do controlador ent o necessitamos de um ganho com valor pr ximo de 0 5 Num controle simples de vaz o por exemplo sabemos que com sa da zero a vaz o deve ser pr xima de zero v lvula totalmente fechada Com a sa da m xima v lvula totalmente aberta devemos ter uma vaz o pr xima de 100 se o sistema estiver bem dimensionado Podemos avaliar a ordem de grandeza da constante proporcional como valendo 1 um para esse caso A ordem de grandeza da constante proporcional ser avaliada como a rela o entre a varia o da saida do controlador e a correspondente varia o do valor da vari vel K DS Instrumenta o e Controle E essas varia es consideradas devem ocorrer pr ximo do ponto de trabalho do controlador em condi o normal ou mais frequente Isso devido ao fato de que a vari vel n o tem na maioria dos casos uma rela o linear reta com o valor
192. orto superior constante de tempo temos um problema s rio e devemos buscar outras estrat gias de controle como feed forward corretores e modelos T gt gt utilizar estrat gia mais elaborada Esses crit rios evidentemente s o apenas referenciais e justificam a larga utiliza o de controles PI em detrimento do PID pag 102 Instrumenta o e Controle M todos de Sintonia de Controladores M todos mais sistem ticos de sintonia de controladores s o apresentados adiante Esses m todos partem da identifica o do processo e s podem ser aplicados a partir da interven o no controle com o processo funcionando ou seja on line Na maioria dos casos n o poss vel impunemente provocar dist rbios no processo para observar lhe O comportamento particularmente em processos que envolvam alguma seguran a operacional Por outro lado esses m todos s o baseados em modelos te ricos e n o podem ser tomados como regra r gida deve prevalecer algum bom senso pelos seguintes motivos Os modelos te ricos nem sempre coincidem com a realidade N o podemos acreditar que os processos reagem com uma perfeita resposta exponencial ou como perfeitos integradores Estamos sujeitos a n o linearidade de elementos finais de controle tanto na sua resposta est tica quanto no tempo Outras influ ncias sobre o processo podem n o ser contempladas e podemos deparar com comportamentos estranhos
193. para cada uma das vari veis pode ser determinada independentemente Instrumenta o e Controle Exerc cios Exerc cio 2 Vamos aproveitar o exerc cio 1 que cont m um controle simples de vaz o Abra o processo e retorne a fun o de transfer ncia interna para 0 012 7 X X 0 0343 X 0 1471 como na figura 11 16 Coloque X na fun o externa FT 101 Vaz o de gua ET 101 Vaz o de gua Descri o FT 1 01 Vaz o de gua L 1 segundos Resultado segundos 2383 Entrada 01 FIC 101 Vaz o de gua Fun o de Transfer ncia Interna ffx 97 0 0127 0 0343 0 1471 Fun o de Transfer ncia Externa m Sa da em M21 figura 11 16 Abra a janela de configura o utilizando o bot o direito do mouse sobre a tela op o Configurar Selecione uma nova figura de fundo chamada Exercicio 2 bmp Marque um novo processo e um novo controlador Feche a Abra o controlador acionando seu bot o e preencha as suas identifica es Tag PIC 101 Descri o Press o de gua Aproveite a Janela de configura o do controlador aberta e clique sobre a tela principal para determinar a posi o do bot o Posicione o pr ximo do desenho do controlador Determine tamb m sua faixa por exemplo O a 3 kgf cm Determine tamb m a posi o do bot o clicando sobre a janela principal Coloque o pr ximo do desenho do transmissor de press o Feche a configura o do contr
194. para efeito de estudo sintonia ou determina o de estrat gias de controle Isso exige um certo trabalho com uma boa dose de intui o bom senso e principalmente conhecimento do processo A determina o das fun es de transfer ncia relativamente simples observando o processo em diversas situa es podemos levantar algumas infer ncias suficientemente aproximadas para o nosso objetivo A determina o de influ ncias de vari veis externas exigir observa o do processo em diversas situa es Por exemplo a simula o de um forno sider rgico de reaquecimento deve partir de uma situa o est vel ou nominal de produ o Numa segunda etapa observ lo em outras condi es Com certeza o comportamento diferente quando estamos produzindo poucas toneladas por hora e quando estamos numa produ o alta Teremos que alterar as fun es de transfer ncia introduzindo a influ ncia da taxa de produ o em toneladas hora por exemplo A determina o das constantes de tempo do processo pode exigir um pouco mais de observa o Vamos como exerc cio tentar reproduzir um processo s cegas caixa preta ou seja n o temos a m nima id ia do que trata a realidade Instrumenta o e Controle pag 136 r o San Exercicio 9 Vamos considerar a seguinte hip tese 60 Por nossa solicita o o operador enviou alguns c resultados de teste diretamente no processo depois de estabilizado 4
195. para obter a vaz o de g s em k 90 Essa divis o e multiplica o devem ser exatas A aproxima o aritm tica ou exist ncia de off set pode colocar o sistema deriva Observe que a propor o em caso de falha n o priorizada Na falha de ar v lvula de controle emperrada por exemplo o g s ter liberdade de movimento para valores abaixo do exigido pelo ar mas n o para cima se o controlador assim o solicitar Na falha de g s falta de press o por exemplo o ar ter liberdade de movimento para valores acima do exigido pelo g s mas n o para baixo se o assim o controlador solicitar Se o controlador solicitar aumento da demanda e o ar n o responder o g s ter um limite superior no valor solicitado pelo ar Se o controlador solicitar uma diminui o da demanda e o g s n o corresponder o ar ter um limite inferior no valor exigido pelo g s Uma varia o do limite cruzado o chamado s vezes de duplo limite cruzado est representado na pr xima figura e pode resolver esse problema A sua utiliza o pressup e que a propor o da mistura fundamental em detrimento da vari vel mestre Instrumenta o e Controle Aos sinais de vaz o de ar e vaz o de g s somada e diminu da uma parcela e adicionado um seletor inverso de maneira a limitar a a o de um sobre o outro dentro de um limite de k Observe que nesse caso o sina
196. pe a sintonia com valores finais n o ideais Ou pelo menos melhor resultado poderia ser obtido Em geral uma interven o de rotina nos ajustes de controladores feita a quente e sob press o por parte da opera o ou da administra o insatisfeita com o comportamento do processo n o h tempo elementos suficientes nem disponibilidade do equipamento para uma an lise sistem tica Um modelo matem tico de um sistema real um an logo matem tico que representa algumas caracter sticas observadas em tal sistema Evidentemente h outros tipos de modelo al m dos modelos matem ticos Por exemplo a maquete de um edif cio tamb m um modelo ainda que n o seja matem tico importante perceber ue uma maquete possui algumas das caracter sticas da constru o real mas n o todas A mesma observa o v lida para os modelos matem ticos Aguirre Luis Antonio Introdu o Identifica o de Sistemas UFMG 2000 Este trabalho visa introduzir uma ferramenta simples que nos permita simular processos com alguma semelhan a com objetivo de conhec los e sintoniz los Instrumenta o e Controle O Modelo entrada Outras variaveis saida sistema Outras variaveis do sistema fun o de transfer ncia Externa fun o de transfer ncia Interna PROCESSO figura 11 1 Modelo do processo O modelo utilizado prop e dois integradores e duas fun es de transfer ncia com uma
197. pessoas e medir outra vari vel por infer ncia vaz o n vel etc e Determinar a qualidade do produto ar comprimido vapor etc Press o Absoluta Press o medida a partir do v cuo ou zero absoluto Zero absoluto representa a total aus ncia de press o ou total aus ncia de qualquer fluido confinado Como n o h possibilidade de existir quantidade de fluido no meio inferior a zero n o existe portanto press o absoluta negativa ou inferior a zero Press o Atmosf rica E a press o exercida pela atmosfera da terra o resultado do peso da coluna de gases que comp em a atmosfera do planeta na qual estamos mergulhados exercida em todas em todas as dire es 784 5 A press o atmosf rica padr o vale 101 325 Pa absoluto Essa a press o aproximada ao n vel do mar A press o atmosf rica portanto uma medida de press o absoluta O valor da press o atmosf rica diminui com o aumento da altitude Na famosa experi ncia de Torricelli ele encheu totalmente um tubo com merc rio e o embocou num recipiente cheio com merc rio n o permitindo que nenhuma quantidade de ar penetrasse pelo tubo na sua manobra Press o atmosf rica 760 mm Fiq 2 1 Foi observado que o l quido desceu at uma altura de 760 mm Na regi o vazia no topo do tubo foi formado um v cuo absoluto j que nenhum ar penetrou pelo tubo O peso da coluna de merc rio n o desceu porque permaneceu sustent
198. plo dois controladores atuar o sobre a mesma v lvula de controle sendo o de press o de forma direta aumento da press o manda abrir a v lvula e o de vaz o inversa aumento da vaz o manda fechar a v lvula O menor sinal ser encaminhado v lvula O resultado um limite superior para a vaz o de g s Naturalmente um dos controladores estar sendo ignorado tendendo satura o de sua sa da no valor de 100 que pode ser evitada com alguma t cnica adequada Se a press o na fonte suficientemente alta para o consumo desejado de g s o controlador de press o estar saturado com sa da em 100 Esta deve ser a condi o normal ou desej vel In meras varia es podem existir em fun o da necessidade do processo naturalmente Instrumenta o e Controle pag 98 10 Sintonia de Controladores A interven o mais frequente na manuten o de uma planta industrial no que se refere a sistemas de controle a sintonia de controladores Sintonizar um controlador determinar lhe os par metros de modo a obter um controle de processo que corrija rapidamente um erro produzindo o m nimo de dist rbio na vari vel controlada na vari vel manipulada e nos sistemas ou processos correlacionados de forma suave eficaz e sem oscila o ou indecis o Num controlador PID temos tr s par metros K e Kg cujos valores precisamos determinar para atingir o objetivo S o tr s par metros mas n
199. r apenas proporcional P Em algumas situa es como ajustes de sintonia levamos o controlador para essa situa o de s proporcional Nesse caso para n o perturbar o processo antes de zerar e Ka devemos determinar o Bias como sendo o valor de sa da do controlador PID quando em autom tico com SP PV O par metro K tamb m chamado de Ganho um n mero adimensional pois multiplica o erro em resultando num valor de sa da As vezes utilizada a chamada Banda Proporcional que corresponde ao inverso do ganho e dada em percentual PV SP Instrumenta o e Controle _ 100 K Um ganho de 1 00 corresponde a uma banda proporcional de 100 Um ganho de 2 00 BP 50 Um banho de 0 50 corresponde a uma BP 200 A Banda Proporcional corresponde ao valor percentual do erro que provoca uma varia o de 100 na sa da pela a o proporcional O par metro K tamb m chamada de constante integral dada em minuto inverso do minuto ou 1I minuto raro mas pode ser dado tamb m em segundos comum se referir a essa unidade como repeti es por minuto Corresponde a quantas vezes por minuto a amplitude do erro repetida na sa da pela a o do integral comum encontrar o Tempo Integral Esse dado em minutos ou minutos por repeti o e corresponde ao inverso do Seria como quantos minutos devem se passar para que o erro seja r
200. r N o justo propagar o fator de cobertura considerado na cadeia cada elemento da cadeia estaria dobrando a estimativa do desvio padr o 2 Consideramos 125 C Para adequar nossa metodologia do ltimo exemplo sabemos que essa incerteza corresponde a S pes x 100 0 25 da faixa que 0 500 500 no nosso exemplo Se nossos resultados fossem apresentados na forma da unidade do mensurando como exemplo anterior man metro ent o n o fariamos essa opera o importante para evitar c lculos mais complexos envolvendo derivadas parciais utilizarmos todos as incertezas em grandezas coerentes Um segundo padr o utilizado no processo o miliamperimetro que nos forneceu os valores de corrente de sa da do transmissor Esse tamb m deve ter um relat rio de calibra o e da mesma forma corrigidos os seus erros sistem ticos tem tamb m uma Incerteza Digamos que seja coisa do tipo 0 03 mA k 2 0 O mesmo procedimento para dividi lo pag 157 por dois obtendo 0 015 mA Esse valor corresponde numa faixa de 4 20 mA a _ 0 015 x 100 0 094 da faixa 16 52 a amplitude da faixa Se fosse em valores absolutos deveriamos converter esse percentual para ou outra unidade utilizada Incerteza Observacional Aqui consideremos as d vidas relacionadas com a capacidade ou limita o visual do operador por exemplo n o que ele seja m ope por m em algum m
201. r simples para executar rapidamente esses c lculos tem a seguinte apar ncia t Identifica o e Sintonia de Processos Controlado Paralelo P I D Misto P 1 I D Processo w Est vel inst vel Limitar o ganho em fi 0 m rio Cte de Tempo Hj 221 seg Ep 4 17 Tempo Morto 5 94 K 10 47 r min Ganho Sist Gs 1 22 Ed 0 16 E C fig 10 17 O programa permite limitar o ganho do controlador em um valor qualquer Isso se deve ao fato de que muitas vezes o tempo morto igual ou muito pr ximo de zero gerando uma indetermina o O programa por 1sso limita o valor do tempo morto em 1 da constante de tempo em primeira inst ncia Instrumenta o e Controle Limitando o ganho o programa determinar o valor do tempo morto como o m nimo poss vel que permite esse ganho e permanecer o os demais par metros recomendados Como j foi dito esses m todos de sintonia em geral resultam em ajustes timos do ponto de vista da malha Pode ser que o resultado seja agressivo a ponto de afetar processos perif ricos ou estressar o elemento final de controle Esses pag 112 casos justificam tamb m a limita o imposta ao ganho do controlador Instrumenta o e Controle pag 113 11 Simula o de Processos A sintonia de controladores PID consiste em determinar lhes os valores dos par metos de forma a se obter um controle
202. r a 15 O valor de 95 do n vel de confian a significa a grosso modo que a incerteza resultante abrange uma distribui o prov vel de 95 das transmissor de temperatura 0 058 Instrumental do gerador 0 25 Instrumental do miliamperimetro 0 094 medi es Resta nos estimar apenas o n mero de graus de liberdade Observacional do gerador 0 04 Entretanto combinamos v rias incertezas sendo Observacional do miliamper metro 0 07 que somente uma foi obtida por meios Ambiental do gerador 0 05 estat sticos Quais seriam os graus de liberdade A Incerteza combinada valer ent o 0 058 0 25 0 094 0 04 0 07 0 05 0 29 da faixa Observe que dentre as contribui es as incertezas dos padr es instrumental foram preponderantes Isso o mais comum mas n o necessariamente obrigat rio Incerteza Expandida Agora devemos multiplicar esse desvio padr o de 0 29 da amplitude da faixa ou o valor obtido em unidades da grandeza por um fator de cobertura antes de declararmos a incerteza da medi o Abaixo a tabela para o Fator de cobertura para fra o de distribui o ou n vel de confian a igual a 95 45 Esse n mero numa distribui o estat stica reflete fundamentalmente o tamanho da minha amostra Uma nica amostra n o permite o c lculo da incerteza naturalmente Duas amostras significam 1 grau de liberdade e deveremos multiplic lo por 14
203. r de tempo morto a menos de suas fun es de trasfer ncia Nas figuras 11 2 11 3 e 11 4 ambas as fun es de transfer ncia adotadas foi y x a vari vel de processo se estabiliza em valor igual ao est mulo entrada Vamos entender primeiro o que faz o integrador Entrada Saida figura 11 5 A equa o executada de forma anal gica seria 1 Saida Entrada Saida dt Na forma digital programa de computador o algoritmo executa periodicamente a fun o Saida Saida Entrada Saida x 7 Ou seja sa da somada uma fra o do que falta para igualar o valor de entrada O resultado uma tend ncia assint tica para o valor de entrada a sa da se estabiliza quando ela se torna igual entrada depois de decorrido um tempo suficientemente longo L a constante de tempo em segundos e At o valor do intervalo de tempo do sistema Corresponde ao tempo de varredura do programa ou de quanto em quanto tempo a rotina repetida Na indetermina o gerada quando fazemos L 0 o algoritmo simplesmente faz Sa da Entrada A fun o de transfer ncia Interna aplicada a esse resultado pag 115 O segundo integrador possui uma fun o de transfer ncia inserida na sua malha de realimenta o figura 11 6 Entrada Saida figura 11 6 Saida f Entrada f sa da v Isso significa que o valor final est vel do integrador tal que sua entrada depois da subtra
204. r necess rio O n mero de esta es de entradas e sa das I O remotas que podem ser ligadas em cada trecho de rede a velocidade de comunica o digital e as dist ncias m ximas comunica o depende das particularidades do modelo dos cart es utilizados para comunica o I O rack CPU tanto quanto da capacidade dos cart es de I O utilizados Instrumenta o e Controle pag 11 C P PLC U Rede 1 Remota 2 Remota n Remota 1 Dispositivos de Entrada sa da Dispositivos de Entrada sa da Dispositivos de Entrada sa da Figura1 8 Interliga o em rede Instrumenta o e Controle pag 12 2 Press o A press o resultado da energia potencial aplicada em ou contida por um fluido a medida da for a por unidade de rea exercida sobre a superficie em contato com o fluido A press o P de uma for a F distribu da sobre uma rea definida como A unidade elementar de press o oficialmente aceita pelo Sistema Internacional o Newton por metro quadrado N m denominada Pascal Pa Por exemplo uma pessoa de massa 80 kg apoiada sobre uma superf cie de 1 metro quadrado far com que essa superf cie provoque uma press o se a for a estiver igualmente distribu da sobre a rea de mg _ 80 x 9 80665 s A Considerada acelera o da gravidade de 9 80665 m s Precisamos medir a press o para e Proteger o equipamento e Proteger as
205. r o perfil de velocidade do fluido O perfil de velocidade adequado tem o formato de um parabol ide com velocidade m xima no centro do tubo e zero na sua parede Em consequ ncia de um obst culo esse perfil se torna irregular ou aparecem vetores de velocidade n o paralelos parede da tubula o afetando de sobremaneira a incerteza da medi o Fig 5 13 O comprimento m nimo do trecho reto montante principalmente e jusante depende do tipo de obst culo do da placa m nimas montante da placa em di metros da tubula o a serem respeitadas em fun o do beta da placa e do tipo de obst culo ou acidente existente A dist ncia m nima jusante depende fundamentalmente do B da placa e pouco do tipo de acidente conforme tabela adiante onde a dist ncia dada em di metros da tubula o As dist ncias apresentadas nas tabelas referem se a instala es industriais onde n o necess ria precis o acurada da medi o conforme norma ISO A mesma norma apresenta um segundo par de valores para serem usados onde a incerteza da medi o deve ser m nima como nos casos de uso da medi o para venda de produtos por tubula o contabilidade ou transfer ncia de cust dia Nesses casos devido responsabilidade da metrologia legal todos os valores indicados devem ser multiplicados dois aproximadamente Instrumenta o e Controle Quando n o existe a possibilid
206. ransmitido at um mecanismo de relojoaria que registra e ou indica a vaz o Sua desvantagem principal por ter pe as m veis estar sujeito a desgastes Tamb m em caso de travamento das engrenagens o fluxo interrompido Fig 5 23 pag 59 Instrumenta o e Controle pag 60 6 V lvulas de Controle O elemento final mais comum e utilizado nos nossos processos a v lvula de controle com atuador pneum tico Ela respons vel pela manipula o das vari veis de controle autom tico do processo diafragma qi poscionador V lvula Borboleta Fig 6 1 A fun o da v lvula de controle provocar e absorver uma queda de press o ajust vel numa linha de fluido variando a rea de passagem do fluido pela altera o de sua abertura Fig 6 2 Estar v lvula reguladora Existem in meros tipos de v lvulas de controle dependendo do formato do seu obturador As mais conhecidas s o a v lvula Globo e v lvula Borboleta conversor ar de E suprimento V lvula Globo obturador Rea A principal caracter stica da v lvula utilizada para seu dimensionamento chamado CV O CV de uma v lvula a medida da sua capacidade de vaz o e corresponde vaz o em GPM gal es por minuto que lhe provoca uma queda de press o de 1 PSI O CV normalmente medido com a v lvula totalmente aberta Em alguns casos notadamente para v lvulas borboleta podemo
207. rav s de circuitos sens veis a temperatura montados juntos ao sensor Outra caracter stica inerente a montagem a falta de linearidade entre a capacit ncia e a dist ncia das armaduras devido deforma o n o linear sendo necess rio portanto uma Terminais Placas do Capacitor Diafragma Sensor Isola o R gida leo Silicone Diafragma de Isola o Soldado C LULA SENSORA CAPACITIVA Fiq 2 18 Instrumenta o e Controle compensa o lineariza o cargo do circuito eletr nico O sensor formado pelos seguintes componentes e Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido eDiel trico formado pelo leo de enchimento silicone ou fluorube e Armadura m vel Diafragma sensor Uma diferen a de press o entre as c maras de alta High e de baixa Low produz uma for a no diafragma isolador que transmitida pelo l quido de enchimento A for a atinge a armadura flex vel diafragma sensor provocando sua deforma o alterando portanto o valor das capacit ncias formadas pelas armaduras fixas e a armadura m vel Esta altera o medida pelo circuito eletr nico que gera um sinal proporcional varia o de press o aplicada c mara da c psula de press o diferencial capacitiva Tipo Piezoel trico Os elementos piezoel tricos s o cristais como o quartzo a turmalina e o titanato que acumulam cargas el tricas em certas reas da e
208. rivilegiar o excesso de ar nos dist rbios Na estrat gia anterior quando h um aumento de demanda o ar solicitado primeiro e o g s o segue Quando h um decr scimo na demanda o ar diminui primeiro o seu valor e o g s acompanha Essa situa o pode significar falta de ar por algum momento Na estrat gia de limites cruzados o controlador de vaz o de ar recebe como set point a vaz o de g s O controlador de vaz o de g s recebe como set point a vaz o de ar Da o nome da Fig 9 6 Limites Cruzados Instrumenta o e Controle estrat gia Dois seletores de sinal maior e menor s o introduzidos de forma que O set point para vaz o de ar maior sinal escolhido entre a demanda proveniente do controlador de temperatura e a necessidade de ar proveniente da medi o de vaz o de g s O set point para vaz o de g s o menor sinal escolhido entre a demanda proveniente do controlador de temperatura e a necessidade de g s proveniente da medi o de vaz o de ar Na demanda ascendente a vaz o de ar chamada a subir primeiro Na demanda decrescente a vaz o de g s solicitada a descer primeiro garantindo o excesso de ar nas manobras ou dist rbios do sistema Observe que nessa estrat gia o fator de propor o k representa a rela o Ar G s Ela multiplica o sinal proveniente de vaz o de g s para obter a vaz o de ar Em contra partida o fator divide a vaz o de ar
209. ro de Reynolds Nesse caso o comportamento din mico do fluxo deve ser semelhante O regime laminar ocorre em n meros de Reynolds inferiores a cerca de 2 000 O regime chamado turbulento ocorre em n meros de Reynolds acima de 3 000 A medi o de vaz o quase sempre implementado em regime turbulento de prefer ncia em n mero de Reynolds superiores a cerca de 30 000 at alguns milh es Em baixo n mero de Reynolds a energia cin tica contida no fluido insuficiente gerar os fen menos de que necessitamos para medi o da vaz o O perfil dos vetores de velocidade na tubula o tem um formato de um parabol ide com velocidade m xima no centro e zero no limite da parede da tubula o No regime turbulento o parabol ide achatado variando pouco a velocidade medida que se aproxima do centro No regime laminar a velocidade no centro notavelmente maior que pr ximo da parede da tubula o formando uma par bola oblonga Fig 5 3 Instrumenta o e Controle Placas de Orif cio A maneira mais simples e econ mica de se medir vaz o a placa de orif cio p ON E figura 5 4 Al m da simplicidade da robustez e da aus ncia de pe as m veis a placa de orif cio tem a vantagem de ser normalizada Isto significa que n o necess rio calibrar ou testar medi o com a Basta calcularmos constru rmos instalarmos em conformidade com as normas que a pl
210. role Processo Inst vel Analisaremos a resposta ao degrau de um processo inst vel O modelo o controle de n vel exemplificado na figura 20 7 FT 101 pag 106 No registro gr fico da figura 10 8 foi provocado um degrau na sa da de 40 para 60 AS 20 O tempo morto foi avaliado em 10 segundos uma divis o equivale a 10 segundos 10 segundos Para determina o da constante de tempo medimos APV 14 AT 15 segundos Ent o a constante de tempo vale I gt x APV 14 segundos Note que pelo crit rio estabelecido antes a ES i rela o 2a Ea 0 7 21 4 E Figura 10 7 Controle de N vel inst vel caracteriza um processo bastante dif cil de ser Consumidor controlado Nesse caso aplicamos um degrau na sa da do controlador de n vel e observamos o movimento da vari vel Determinamos o tempo morto T como sendo o tempo necess rio para in cio da rea o do processo Deve ser avaliado atrav s da extens o da reta de resposta no tempo Determinamos o tempo do processo que o inverso da velocidade do processo ver obs AS AT APV Obs A rigor a constante de tempo do processo inst vel n o definida assim Usam se modelos matem ticos como o modelo de Broida e utiliza se a letra para esse valor No entanto para melhor adequa o analogia utilizaremos aqui a letra greta teta De posse desses dados calculamos o
211. rta digamos mais 10 em rela o sua posi o original Se o n vel for de 70 o erro ser de 10 e a Set Point CY Vari vel Ganho Fig 8 5 Esse controlador tem uma boa performance e pode ser aplicado em muitos processos cont nuos O valor do ganho K ajust vel permite adaptar o controlador aos mais diversos processos Um ganho alto significa um controlador que responde fortemente adequados a controlar vari veis de resposta r pida por exemplo Por m um ganho excessivo pode produzir uma oscila o do processo o controlador corrige excessivamente e em consequ ncia de um LIC 101 Vari vel SetPoint Saida 100 SH 20 60 50 40 Fig 8 6 Instrumenta o e Controle atraso ou tempo morto a vari vel pode oscilar em torno do set point No gr fico da figura o comportamento do controle no tempo Inicialmente o n vel vari vel o set point estavam em 60 com erro zero a sa da permanecia em 50 pois assim est definido o Bias O ganho K do controlador foi ajustado para ser igual unidade 1 00 Repentinamente o Set pomt foi mudado 30 O erro resultante se tornou imediatamente igual a 30 A sa da instantaneamente se posicionou em 20 segundo a equa o erro sp 30 60 30 Saida 50 1 00 x erro 50 30 20 O n vel foi ent o reagindo e subindo Como o processo cont nuo o erro foi di
212. rumenta o e Controle Term metros Os term metros s o instrumentos dedicados medi o e indica o da temperatura O tipo mais comum o term metro de merc rio Esse term metro possui um bulbo que o sensor ligado a um tubo capilar transparente colocado sobre uma escala graduada A dilata o provoca o aumento do volume do l quido que ocupa o espa o dentro do tubo capilar Esse tipo de term metro apresenta muito boa exatid o por m a sua fragilidade restringe seu uso principalmente aos laborat rios e oficinas O term metro bimet lico um instrumento mais adequado s nossas condi es de processo Baseia se na uni o r gida de dois metais de diferentes coeficientes de dilata o que quando submetida ao calor deforma se produzindo um movimento mec nico capaz de acionar um ponteiro ou um Fiq 3 1 contato el trico O term metro bimet lico helicoidal consiste em executar uma mola desse material que pela constru o mec nica tende a produzir um movimento de tor o que transmitido atrav s de um fio at o eixo de um ponteiro que se move sobre uma escala graduada circular Fiq 3 2 Fiq 3 3 pag 30 Instrumenta o e Controle Termopares Para transmitir as informa es de processo at os sistemas de controle ou supervis o muito comum o uso de termopares O termopar constitu do por dois condutores de natureza termo el trica diferente que s o unido
213. s EMEA PI PID PID ft EM paralelo ISA 0 19 019 E TE 75 T Para o PID ISA obtemos n eoo T 10 0 19 0419 T 10 Ki 0 019 repeti es por segundo que equivale a 0 019 x 60 1 14 rep minuto Kd 0 4 0 4x10 4 segundos que equivale 4 a 0 07 minutos Para os demais casos os c lculos resultam em PI PI PID PID paralelo ISA paralelo ISA FIRE 0 _0 012 0 07 O gr fico da figura 10 9 apresenta esse mesmo processo ajustado com esses par metros O set point inicial em 30 foi modificado bruscamente para 60 Podemos observar a leve oscila o do n vel ao retornar ao valor do set point O valor final da sa da determinada pela vaz o de sa da consumidor que n o fol alterada Instrumenta o e Controle Na figura 10 10 o comportamento das parcelas Proporcional Integral e Derivativa A satura o do proporcional se deve ao fato de que a escala de 50 50 _ NM IN TITITO figura 10 10 P le D TEN pag 107 Instrumenta o e Controle M todo de Ziegler e Nichols Consiste em fazer com que o processo oscile de forma n o amortecida e medir lhe o per odo da oscila o Aplica se tanto a processos est veis quanto inst veis Com o controlador em autom tico sem parcela integral K 0 ou T co e sem parcela derivativa Ka 0 elevamos o ganho do controlador at obter um
214. s na sua extremidade onde se situa o ponto de sensoramento lt ___ Junta quente Junta fria ou de refer ncia Fiq 3 4 A extremidade unida dos condutores chamada de junta quente e a outra extremidade dos condutores ligada ao instrumento receptor indicador controlador registrador ou cart o de entrada do PLC chamada junta fria ou junta de refer ncia Quando a jun o dos dois metais entra em contato com o calor produzida uma diferen a de potencial de alguns milivolts cuja magnitude proporcional diferen a de temperatura entre a junta quente e a junta fria pag 31 bornes um sensor local de temperatura ambiente e ao sinal de tens o proveniente do termopar deve ser somada a tens o milivoltagem correspondente temperatura ambiente daquele termopar Esse processo chama se compensa o da junta fria ou compensa o da temperatura ambiente e se deve ao fato de que a tens o gerada proporcional diferen a de temperatura entre as juntas e n o temperatura do processo Os tipos mais comuns de termopares s o Tipo J Ferro Constant Tipo K Cromel Alumel Tipo T Cobre Constant Tipo E N quel Cromo Cobre Ni quel Tipo S Platina R dio10 Platina Tipo R Platina R dio13 Platina Tipo Platina R dio30 Platina R dio6 As tabelas de tens o versus temperatura dos diversos termopares apresentadas a seguir referem se temperatura de junta fria de 0
215. s ter o CV definido para a abertura de 70 Uma v lvula com um grande CV tem uma grande rea de passagem e uma grande capacidade de vaz o O atuador pneum tico o elemento mec nico capaz de converter uma press o normalmente na faixa de 15 a 30 psi numa for a que age em contraposi o da mola de forma a atuar sobre a haste que atua sobre o obturador da v lvula O posicionador um equipamento de controle capaz de receber um sinal pneum tico Instrumenta o e Controle de 3 a 15 PSI essa a padroniza o dos sinais pneum ticos e enviar press o de ar ao atuador de forma a posicionar a v lvula num valor desejado Para tal o posicionador recebe mecanicamente a informa o da posi o atual da v lvula atrav s de uma barra presa haste do obturador O posicionador atua como um controlador de posi o O conversor IP ou transdutor eletropneum tico converte os sinais el tricos de corrente 4 20mA provenientes do controlador em um sinal pneum tico padronizado e proporcional de 3 a 15 PSI Os posicionadores figura 6 3 chamados de eletro pneum ticos j cont m incorporado o conversor I P figura 6 4 O transdutor eletropneum tico assim como os posicionadores eletro pneum ticos utilizam o mais antigo e eficiente sistema de manipular press o existente o bico palheta Esse mesmo sistema o elemento b sico da maioria dos instrumentos pneum ticos inclusive o transmissor de vaz o d
216. s a elementos finais de controle com objetivo de fazer com que a vari vel se iguale ou aproxime dele N o necessariamente de forma autom tica esta es manuais s o tamb m controladores Comparadores s o um grupo de instrumentos que emitem sinais digitais tudo ou nada quando suas vari veis medidas estiverem acima ou abaixo de valores pr determinados Como exemplo os pressostatos as chaves de n vel as chaves de fluxo e os termostatos Os sinais el tricos enviados pelos elementos de campo obedecem uma determinada padroniza o que tem as suas vantagens Instrumento Receptor Fonte 24V 4 20 mA Instrumenta o e Controle Os sinais anal gicos press o vaz o n vel etc s o transmitidos do campo sob a forma de corrente O padr o dos sinais de corrente 4 20 mA isto quando a vari vel est no seu limite inferior a corrente vale 4 mA e quando est no seu limite superior 20 mA O da corrente ao inv s da tens o proporciona maior imunidade a ru dos O valor inferior n o zero por alguns motivos e informa o de zero de sinal n o pode ser confundida com a condi o de condutores partidos ou aus ncia de energia el trica no transmissor e Os transmissores a 2 fios necessitam de uma corrente m nima para aliment los mesmo com a vari vel igual a zero Transmissores a 2 fios utilizam os mesmos condutores que os alimentam para enviar o sinal ao painel ou sistema d
217. s e conex es Quando a rea n o classificada n o se enquadra em nenhuma das divis es ela considerada rea segura A classifica o de uma rea responsabilidade exclusiva do usu rio e se refere somente ao uso de instrumentos el tricos nessa rea N o se aplica presen a de extintores ou proibi es de chama ou fumantes Se a presen a do instrumento el trico na rea n o a torna mais perigosa n o precisamos classific la exemplo pr ximo queimador de uma caldeira onde a chama est presente mesmo que haja probabilidade de vazamento de gases o instrumento el trico n o aumenta o perigo Podemos desclassificar a rea Por isso as cozinhas dom sticas n o s o reas classificadas mesmo com presen a prov vel de g s de cozinha Afortunadamente pois eletrodom sticos prova de explos o seriam extremamente caros Os instrumentos mais comuns no nosso meio s o de Classe 1 Grupo Divis o 2 Prova de Explos o O mais comum utilizar instrumentos prova de explos o prova de explos o n o significa que o instrumento sobrevive a uma explos o o que certamente n o seria muito til prova de explos o significa que admiss vel a explos o dentro do instrumento por m ela n o se propaga para o exterior e ele deve continuar funcionando Podemos reconhecer um instrumentos a prova de explos o atrav s de algumas apar ncias Ele n o e n o pode ser
218. s nos far conhecer as d vidas de forma consistente Vamos montar um processo de uma esta o de mistura de 3 gases BFG g s de alto forno vaz o 0 10000 Nm h Poder calor fico 900 Kcal Nm Press o dispon vel 1200 mmca g s de coqueria vaz o 0 5000 Nm h Poder calor fico 4500 Kcal Nm Press o dispon vel 1200 mmca vari vel GLP g s liquefeito de petr leo vaz o 0 600 Nm h Poder calor fico 25000 Kcal Nm Press o dispon vel 1500 mmca A mistura dos tr s gases deve resultar em um g s misto vaz o 0 12000 Nm h Poder calor fico 1000 a 2000 Kcal Nm Press o controlada 600 mmca Um detalhe importante que o COG pode faltar Quando isso ocorre sua press o cai Um controlador de press o numa estrat gia de controle preferencial deve limitar sua vaz o de pag 141 forma a manter sua press o num determinado valor A vaz o de GLP deve complementar a falta de COG de forma a manter constante o valor do PCI da mistura determinado pelo operador num bloco de c lculo Abra uma nova aplica o e selecione a figura Exercicio 11 bmp tela ter uma apar ncia semelhante figura 11 34 w d o TT A is LI E AL FT GLP T o lo po figura 11 34 Observe a estrat gia montada para controle de vaz o de Um bloco WK 102 permitir determinar o PCI da mistura entre 1000 e 2000 Kcal Nm
219. scarmos uma v lvula de di metro nominal id ntico ao di metro da tubula o pois pode n o ser muito confort vel ou adequado fazermos redu o da tubula o quando o seu di metro j pequeno isso os fabricantes oferecem muitas op es de v lvulas com di metros nominais padr o por m com interno reduzido ou seja a sede tem um anel que lhe reduz a rea de passagem Vapor Para o vapor d gua temos dois casos vapor saturado e vapor super aquecido O vapor saturado tem uma rela o bem definida entre a temperatura e a press o Ou seja s precisamos citar uma dessas duas vari veis para definir a condi o f sica massa espec fica do vapor Isso ocorre porque se abaixarmos a temperatura do vapor saturado parte dele se condensa a press o cai proporcionalmente O vapor super aquecido passou por um processo de aquecimento depois de evaporada a gua Nesse caso precisamos saber a sua press o e temperatura para determinarmos a sua massa espec fica Para vapor saturado vale a f rmula 72xW JAPx P P onde W Vaz o de vapor em toneladas hora AP Perda de press o em bar Press o montante em bar absoluto P Press o jusante em bar absoluto corresponde a P4 AP Para vapor superaquecido vale a f rmula 72xW mm gt x I JAPx P P 790 O fator que multiplica o resultado o fator de super aquecimento Tn corresponde ao aumento
220. se estabilizam em resposta ao um degrau de sa da ao contr rio a vari vel tende para infinito fim de escala ou para zero N o poss vel estabelecer uma correla o est tica entre o valor da sa da e a vari vel Instrumenta o e Controle Podemos estabelecer uma correla o entre o valor de sa da e a velocidade com que a vari vel altera o seu valor no tempo Um controle de n vel de um reservat rio atuando sobre a vaz o de entrada sendo a vaz o de sa da independente do n vel inst vel Se um degrau na sa da estabeleceremos uma vaz o de entrada diferente da vaz o de sa da Ent o o n vel ir subir ou descer em rampa at atingir o seu limite f sico n vel zero ou transbordamento valor inicial degrau na sa da Fig 10 2 Resposta em degrau de um processo inst vel Por outro lado esse mesmo processo de n vel quando a vaz o de sa da depende do valor do n vel tubula o de saida aberta ou com restri o fixa por exemplo se tornar est vel Um controle de press o de g s em uma tubula o que confina um volume significativo no seu interior e onde a vaz o n o depende da press o por estar controlada frente um controle inst vel Por m se o controlador de vaz o for colocado em manual sa da fixa a vaz o depender da press o e o processo se torna est vel O controle de press o de vapor numa caldeira em condi es normais inst vel
221. spessura da placa di metro do furo de dreno ou de respiro e o di metro externo da placa s o caracter sticas que o projetista precisa definir conforme crit rios j mencionados O di metro do de dreno deve preferencialmente ser o que se obt m com uma broca padr o O di metro interno tubula o naturalmente um dado imprescind vel Deve ser o mais preciso poss vel Entretanto se a tubula o for padronizada suficiente informar o di metro nominal e espessura de parede p ex 14 sch 80 O flange a ser utilizado para fixar a placa deve ser informado se dispon vel Caso seja especificado conforme normas padr o torna se Instrumenta o e Controle desnecess rio informar o di metro externo da placa e outras dimens es Dentre os dados calculados est o O B que relaciona o di metro do orif cio e o di metro interno da tubula o ambos na temperatura de opera o O di metro interno da tubula o na temperatura de opera o considera o coeficiente de dilata o do material O di metro do orif cio a 20 calculado para que a placa seja constru da e inspecionada nessa temperatura O di metro do orif cio na temperatura de opera o calculado diretamente por d BD O N mero de Reynolds apresentado na vaz o nominal Esse n mero informa as condi es do processo e a adequa o quanto ao m todo de c lculo A perda de carga permanente uma informa
222. ssores de press o utilizam c lulas capacitivas onde a press o altera a capacit ncia de uma c psula inserida entre duas c maras preenchidas de l quido de selagem Outro tipo de sensor o strain gauge que um elemento mec nico que varia o valor de sua resist ncia el trica em fun o da press o exercida sobre sua rea Sensores piezoel tricos tamb m s o utilizados A sa da desses sensores s o tratadas e amplificadas por circuitos eletr nicos para gerar o sinal padronizado Os transmissores de press o diferencial possuem duas tomadas de processo e o seu sinal proporcional diferen a das press es aplicadas S o muito usado em medi o de vaz o e n vel Tipos Capacitivos A principal caracter stica dos sensores capacitivos a completa elimina o dos sistemas de alavancas na transfer ncia da for a deslocamento entre o processo e o sensor pag 23 Terminais Sensora Flange cego para press o absoluta e manom trica Flange de processo Fig 2 17 Este tipo de sensor resume se na deforma o diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor Tal deforma o altera o valor da capacit ncia total que medida por um circuito eletr nico Esta montagem se por um lado elimina os problemas mec nicos das partes m veis exp e a c lula capacitiva s rudes condi es do processo principalmente a temperatura do processo Este inconveniente pode ser superado at
223. stantaneamente vaz o de gua prevenindo se contra uma futura e prov vel altera o do n vel do tubul o O controlador de n vel pode estabilizar a sua saida eventualmente em um valor n o igual mas pr ximo de 50 para corrigir erros da medi o de vaz o Por outro lado o controlador de n vel pode ser sintonizado fortemente proporcional K muito pequeno integral muito lento pois a parcela integral vai atuar como um ajuste fino da vaz o de entrada Isso favorece a estabilidade do controle Poderia mesmo ser um controlador apenas proporcional com um ganho adequado em geral alto e um Bias obrigatoriamente igual a 50 Essa estrat gia quase obrigat ria em caso de caldeiras devido a um fen meno que ocorre quando h brusca varia o de press o de vapor em consequ ncia de um brusco aumento de consumo n vel ao inv s de cair momentaneamente se eleva devido forma o de bolhas na fase l quida A queda do n vel ocorre em um momento posterior Essa eleva o moment nea do n vel de fato falsa do ponto de vista do volume de gua contido dentro do tubul o e essa estranha rea o pode provocar na estrat gia simples em feed back uma rea o do controlador de n vel na dire o indesej vel A estrat gia de feed forward pode ser utilizada em processos cujos modelos matem ticos sejam muito mais complexos do que esse caso simples apresentado Num processo que envolve rea es qu mic
224. stemas de controle Podemos equacionar o relacionamento de tr s formas de energia contidas num fluido A energia de press o a energia cin tica e a energia potencial Dr 2 28 A soma dessas tr s energias constante num sistema incompress vel de viscosidade nula e sem atrito pelo princ pio da conserva o da energia desde que n o haja fontes bombas ou compressores ou sorvedouros perda de carga gera o de trabalho ou vazamentos de energia O primeiro termo a energia de press o Ele deriva express o ou seja o produto da press o pelo volume do fluido resulta num valor de energia O segundo a energia cin tica prov m da r 1 2 r conhecida f rmula E m a massa e v a velocidade O terceiro a energia potencial derivada da tamb m conhecida equa o E mgh m a massa do fluido g a acelera o da gravidade e h a altura em que se encontra Todos os termos est o tratados para terem a forma da unidade de comprimento Isso pode ser compreendido como a energia na forma de altura manom trica do fluido Como a soma dos termos constante de se esperar que havendo aumento de um dos termos h necessariamente diminui o correspondente em um dos outros P a press o est tica y o peso espec fico do fluido v a velocidade do fluido g a acelera o da gravidade H a altura em que se encontra a massa do fluido e a equa o uma s
225. strutura cristalina quando sofrem uma deforma o f sica por a o de uma press o S o elementos pequenos e de constru o robusta Seu sinal de resposta linear com a varia o de press o e implementado como parte de um circuito oscilador em alta frequ ncia Especifica o do Transmissor Primeiramente devemos determinar a natureza da press o a ser transmitida Press o absoluta Fig 2 19 press o manom trica ou diferencial A faixa de opera o do transmissor o segundo passo S o dispon veis ranges desde cerca de 7 kPa at 40 MPa A rangeabilidade regi o pag 24 dentro da qual ele pode ser calibrado em geral de 5 a 15 vezes enor que o range Por exemplo um transmissor de 37 Kpa pode ser calibrado num range de 2 5 at 37 kPa Nesse caso o valor do range corresponde diferen a entre o valor inferior e o valor superior podemos calibrar no exemplo O a 2 5 kPa O a 37 KPa 10 25 kPa ou 2 2 kPa A natureza do sinal de sa da uma informa o que depender do sistema de controle S o dispon veis em geral 4 20 mA 10 50 mA ou 1 5 A primeira 4 20 mA a mais comum Uma capacidade de comunica o serial por protocolo chamado hart normalmente desej vel Essa caracter stica permite que sejam usados configuradores que s o pequenos computadores de m o que quando conectados ao instrumento permite atrav s de uma interface amig vel
226. t o Geral piloto Geral n o classificada n o classificada Classifica o da rea n o classificada 4 2 5 1 2 NPT 2 NPT 1 2 NPT 2 NPT ES E diafragma nv lucro ema 4 Material do Flange Material do Corpo Conex es de Entrada Conex o El trica 2 NPT 2 NPT anom trica Press o difer manom manom trica afragma Material do sensor nox Inox 5 kgf cm 2 20 kPa Atua o kgf cm 20 kgf cm 50 mmca 100 mmca SPDT 50V 10 SPDT 50V 10A SPDT Capacidade do contato 50 V 10 Dispositivo de Selagem r de Combust o E O Ed 1 3 Kg Nm oa Ei E S l Modelo Fabricante Dresser Aschroft Krom Schroder ou similar gt 515 Aa N U O O 0 C 00 mmca 0 C 50 kPa Temperatura Press o Nominal Di metro tubula o Peso Espec fico 99 kg Nm 99 kg Nm gt 125 g 5 5 5 21518 51 7 2 o lt O lt O O o T gt lt 2 T D NIN U O O Q 3 Obs Instrumenta o e Controle Transmissores de Press o Transmissores de Press o s o elementos que sentem a press o e geram um sinal padronizado a ser transmitido aos sistemas de controle r E Pa Q ma Lyr Fiq 2 16 registro e indica o Em geral os transmi
227. terar sua identifica o 101 lt Vamos abrir bloco SP de G s sa da em M42 e alterar sua identifica o para FY 101B lt Vamos criar um novo bloco com Tag 101 gt e descri o SP de Ar e posicion lo sob o bloco FY 101A Sua sa da em M43 Vamos criar um novo bloco com Tag FY 101D gt e descri o SP de Gas e posicion lo sob o bloco FY 101B Sua sa da em M44 Na figura 11 20 foram anotados os endere os de mem ria apenas para facilitar a orienta o Vamos modificar a estrat gia ent o de forma a implementar duplo limite cruzado por seguran a salve a aplica o no arquivo Exercicio 5 Abra o bloco FY 101A lt e escreva na sua fun o M01 lt M23 5 adotamos um valor de k 5 Abra o bloco FY 101C gt e escreva na sua fun o 41 gt 23 5 Abra bloco FY 101B lt escreva sua fun o MO I lt M22 5 pag 130 Abra o bloco 101 gt e escreva na sua fun o 42 gt 22 5 O SP remoto do controlador de vaz o de Ar FIC 102 ser M43 O SP remoto do controlador de vaz o de G s FIC 103 ser M44 Teste e observe o comportamento do processo Altere o fator k nos quatro blocos de c lculo para 2 0 ao inv s de 5 0 Observe o resultado Salve o seu exerc cio antes de passar para o pr ximo Instrumenta o e Controle Exerc cio 6 Um processo intrinsecamente inst vel
228. terior Repentinamente o set point mudou 50 A parcela proporcional repetiu esse valor instantaneamente 1 A parcela integral come ou a agir e conseguiu retornar com a vari vel ao valor do set point Entretanto podemos dizer que o sistema est muito lento para controlar a vari vel O valor da constante integral determina fundamentalmente a velocidade da resposta do controlador O valor do ganho K determina por outro lado a agressividade do controlador para responder a um erro Aumentanto em 5 vezes o ganho K e a constante integral K apenas para uma observa o do novo comportamento obtemos a figura do terceiro e quarto gr ficos No quinto e ltimo gr fico a constante proporcional K foi ajustada novamente para 1 00 por m integral foi ajustado excessivamente para um valor muito alto Nesse caso foi provocada uma brusca altera o da vaz o de sa da de 30 para 40 como dist rbio O resultado foi que a corre o se tornou excessiva o processo come ou a oscilar pag 76 Instrumenta o e Controle 10 101 Fig 8 12 pag 77 Set Point Vari vel Instrumenta o e Controle Controlador Proporcional Integral e Derivativo PID Uma terceira a o do controlador a chamada Derivativa D Se baseia no fato de que uma varia o da vari vel que ocorre de forma muito r pida exige uma corre o adicional preventiva natural que o nosso
229. teza da medi o Como h outras incertezas a serem combinadas n o faremos 1sso por enquanto e o n mero de graus de liberdade ser redefinido adiante Incertezas tipo B As incertezas do tipo B s o avaliadas por m todos determin sticos Seus valores s o conhecidos ou s o avali veis n o estatisticamente A avalia o da incerteza tipo B cont m alguns ingredientes subjetivos Devemos considerar sempre uma boa dose de bom senso e honestidade intelectual Uma medi o com incerteza mal avaliada um resultado pouco confi vel Devemos resistir 0 0000 0 0000 008264 10 0625 0 0625 0 000807 tenta o de subestimar a incerteza por um falso sentimento de que pequenas incertezas significam um trabalho mais competente ou criterioso Padr o Instrumento erro 2 0 0 0909 2 0 034091 1 2 4 5 Incerteza Instrumental 7 0 0 0 0 0 0 Vamos chamar assim as d vidas relativas performance dos instrumentos que utilizamos ou seja no caso os nossos padr es NEE 10 EO __ 40 40 1250 0 1250 0 001162 __50_ 00 1 70 8 90 Todo padr o deve ter sido calibrado e seu relat rio de calibra o deve estar dispon vel s PES Se houver padr es prim rios que n o tenham sido oficialmente calibrados e ou sejam aceitos como adequados ao uso dentro da organiza o observamos que o resultado da primeira tabela algu m precisa est
230. to o APV quanto o AS devem ser tomados em percentual e o At em minutos Se o par metro for basta tomarmos o inverso T AS At APV Essa avalia o faz com que a velocidade do termo integral do controlador seja semelhante velocidade de resposta do processo Essa avalia o vale para a estrutura PID paralelo Para a estrutura ISA dividir o valor de pelo ganho ou multiplicar o valor de pelo ganho K Constante Derivativa Ka N o recomend vel trabalhar com um valor de derivativo enquanto n o puder ser analisado o processo em tempo real Isso porque a a o derivativa tem respostas muito r pidas tempo Ou seja num procedimento preliminar de avalia o de ordens de grandeza recomenda se ajust lo como zero Quando for poss vel obter um controle est vel em opera o real ent o aplic lo Para processos de resposta r pida vaz o press o ou n vel em reservat rio de pequenas dimens es prefer vel utilizar o controlador PI e n o PID A a o derivativa s vai ser til ou inofensiva quando houver um tempo morto ou atraso do processo mensur vel valor final vari vel valor inicial degrau na sa da Fig 10 3 Resposta em degrau de um processo est vel pag 101 degrau na sa da Fig 10 4 Resposta em degrau de um processo inst vel Se poss vel avaliar o valor desse tempo morto podemos fazer a constante derivativa igual metade ou um ter o do v
231. tume utilizar o KPa quilopascal 1 000 Pa ou o MPa megapascal 1 000 000 Pa Bar Um bar corresponde a 100 000 Pa ou 100 kPa aceita tolerada pelo SI mas n o recomendada muito comum o uso do milibar mbar que corresponde a um mil simo de bar Psi Corresponde a uma libra for a por polegada quadrada Muito utilizada em pa ses de l ngua inglesa N o sequer tolerada pelo SI Corresponde a 6 894 757 Pa Kef em Corresponde for a de 1 kgf distribu da sobre uma rea de 1 cm Corresponde a 98 066 50 Pa Observe a rela o com a acelera o da gravidade normal de 9 80665 m s o que n o por acaso mmHg Mil metro de merc rio Apesar de ser uma unidade de comprimento podemos dizer que a press o necess ria para sustentar a coluna de merc rio correspondente 1 mmHg corresponde a 133 3222 Pa A massa espec fica do merc rio considerada a 0 C e press o atmosf rica de 101 325 Pa como sendo igual a 13 595 08 kg m Como est se referindo ao peso da coluna considera se a acelera o da gravidade padr o de 9 80665 m s mmH O Milimetro de coluna de gua Corresponde press o necess ria para sustentar a coluna de gua correspondente 1 mmH O ou mmca equivale a 9 806650 Pa A massa espec fica da gua considerada a 4 e press o atmosf rica de 101 325 Pa como sendo igual a 1 000 000 kg m poss vel encontrar o metro de coluna de gu
232. ua o ou fun o que digitada pelo usu rio Uma fun o do programa se encarrega de interpretar esses textos Evidentemente algumas regras r gidas de sintaxe tem que ser obedecidas principalmente pelo fato de o programa executar uma simula o em tempo real utilizando o rel gio interno do computador Isso importante porque erros nas equa es inconsist ncias divis o por zero argumentos negativos da exponencia o e caracteres estranhos tem que ser administrados pelo interpretador sem que haja parada total do programa para sinalizar o erro Esses casos insol veis s o tratados como excess o pelo interpretador e s o atribu dos valores arbitr tios como zero por exemplo Portanto diante de resultados inesperados procure por falhas nas equa es S o permitidos os seguintes s mbolos adi o subtra o T multiplica o divis o A Exponencia o Abre par ntese Fecha Par ntese E e E Para nota o cient fica p ex 3 000 0003 3000 ponto decimal ou v rgula 0 9 N meros M 2 letra mai scula M seguida de dois digitos significando buscar o valor na mem ria p ex M01 M21 etc sempre entre 01 e 60 Os caracteres espec ficos a seguir s o utilizados pelos objetos em particular por m sua tradu o feita pelo pr prio objeto antes de enviar o texto ao interpretador da equa o X Letra X mai scula Esse formato utilizado somente pelos blocos de
233. ua podemos ler a press o em mmH O diretamente medindo o comprimento da diferen a entre as duas superf cies Se for merc rio a press o ser dada em mmHg Qualquer l quido pode ser usado sendo o resultado calculado com a equa o P pgh A rigor deveremos corrigir a massa espec fica do l quido em fun o da temperatura ambiente e da acelera o da gravidade local figura 2 8 Uma varia o para medirmos baixas press es a coluna inclinada fig 2 8 que nos permite pag 17 melhor resolu o na gradua o gravada na r gua graduada Uma outra configura o da coluna l quida a coluna vertical com po o fig 2 9 Nesse caso um reservat rio contendo o l quido tem volume muito superior ao volume que a coluna pode conter A press o aplicada no reservat rio e o l quido empurrado no sentido de subir na coluna Podemos medir o comprimento da coluna e obter a press o da mesma forma em mmH O ou mmHg dependendo do l quido utilizado Por m se a medida de comprimento feita metricamente devemos corrigir o valor lido em fun o da rela o entre di metros do tubo e do reservat rio O volume de l quido que abandonou o reservat rio o mesmo que ocupou a coluna ent o o n vel no reservat rio deve descer ligeiramente Como O comprimento a ser medido deve ser tomado como a diferen a entre Press o as duas M superf cies 6 sendo O m reservat rio Fia 2 9 0
234. ud los e avaliar de forma oferecia o valor de corrente at a segunda casa fundamentada e por escrito as suas Incertezas decimal ou cent simos de miliamp re Esse estudo substituir ou constituir o relat rio Quanto ao n mero de algarismos significativos Considerando que esse ltimo algarismo est afetado de erro ele corresponderia a 0 01 mA Instrumenta o e Controle Suponhamos que o padr o seja uma ponte geradora de sinais de termopar utilizada no ltimo exemplo Analisando o relat rio de calibra o do padr o devemos encontrar os dados resultantes da sua calibra o uma tabela Os erros sistem ticos desse padr o j dever o ter sido eliminados por fatores obtidos por interpola o sobre essa tabela Eles foram considerados na elabora o dos dados da calibra o e n o nos interessam nesta etapa Deve constar do relat rio uma declara o da incerteza da medi o do tipo Incerteza da medi o 2 5 C para um fator de cobertura k 2 0 com um n vel de confian a de 95 45 Ou coisa semelhante Nesse caso devemos incorporar nossa incerteza esse valor certamente propagado ao longo de toda a cadeia metrol gica Como as Incertezas s o expressas na forma de um desvio padr o e o laborat rio executante multiplicou o pelo fator 2 0 devemos expurgar esse fator para que ele n o se propague obtendo apenas o desvio padr o No final multiplicaremos novamente por um fato
235. umento de medi o menos um valor verdadeiro da grandeza de entrada correspondente Observa es Instrumenta o e Controle 1 Uma vez que um valor verdadeiro n o pode ser determinado na pr tica e utilizado um verdadeiro convencional 2 Este conceito aplica se principalmente quando o instrumento comparado a um padr o de refer ncia Exatid o de uma medi o Grau de concord ncia entre o resultado de uma medi o e um valor verdadeiro do mensurando Observa es 1 Exatid o um conceito qualitativo 2 O termo precis o n o deve ser utilizado como exatid o Exatid o de um instrumento Aptid o de um instrumento de medi o para dar respostas pr ximas a um valor verdadeiro Observa o Exatid o e um conceito qualitativo Nos procedimentos instrumenta o industrial a exatid o apesar de qualitativa pode ser entendida como o maior erro fiducial encontrado no processo de calibra o declarando se tamb m a incerteza da medi o O VIM abomina o uso do termo precis o mas n o o define Logo argumentos do tipo o instrumento pode ser preciso e n o ser exato carecem de defini o Em geral argumenta se que um instrumento preciso pode apresentar erros evidenciados no relat rio de calibra o por m mantendo boa repetitividade e demais qualidades Ao inv s de abolir o termo precis o do vocabul rio t cnico consuetudin rio mais razo vel defi
236. ura Artigo t cnico Kobold Flow Pressure Level Temperature Cat logos McCrometer Inc Advanced Differential Pressure Flowmeter Technology Ribeiro M A Instrumenta o e Controle Ribeiro M A Medi o de vaz o Ribeiro M A Instala es El tricas em reas Classificadas SENAI CETEL CENATEC Introdu o aos PLC s SENAI CETEL CENATEC Controladores PID SENAI CETEL CENATEC Controles Multimalhas SENAI CETEL CENATEC Identifica o de Processos Industriais SENAI CETEL CENATEC T cnicas de Sintonia de Controladores PID SENAI CETEL CENATEC Introdu o An lise e Controle de Sistemas Lineares SENAI CETEL CENATEC Conceitos B sicos de Instrumenta o e Controle Sense Apostila de Sensores Sense Apostila de Seguran a Intrinseca Smar Equipamentos Industriais Ltda Como Implementar Projetos com Foundation Fieldbus Spink L K Principles and Practice of Flow Meter Engineering Universal Flow Monitors Inc Cat logos Zuzarte G Man metros Industriais Artigo t cnico
237. vale a 0 01 mA que uma amplitude de 0 02mA pag 158 Essa uma distribui o retangular dividiremos por raiz de 3 obtendo 0 012 mA _ 0 012 x 100 0 072 da faixa 53 Se a oscila o envolve mais do que 0 01 oscilando entre 0 01 e 0 03 p ex podemos considerar essa faixa e dividir por 1 73 raiz de tr s Incertezas Ambientais Essas s o incertezas com rela o ao n o conhecimento ou dom nio das condi es ambientais Se houver alguma rela o conhecida entre a temperatura ambiente press o atmosf rica acelera o da gravidade local e a nossa medi o ela deve ser compensada ou considerada na avalia o do valor verdadeiro Vejamos alguns exemplos 1 No cat logo ou manual do fabricante do padr o de temperatura h uma evid ncia de varia o de 10 ppm por C por influ ncia da temperatura ambiente Mas ele n o determina a forma da varia o portanto uma Incerteza Se a calibra o desse padr o foi executada na temperatura de 20 e estamos com 25 no nosso laborat rio ent o temos uma incerteza 10 5 1000000 da faixa a amplitude 0 10 Essa deve ser uma distribui o retangular Pode haver controv rsias x 500 0 25 C ou 0 05 2 Se temos uma acelera o da gravidade local declarada de 9 7964 0 0005 m s e estamos utilizando uma balan a de peso morto ou coluna l quida a influ ncia direta estamos 0 0005 duvidando de PER x 100
238. vaz o Bloco de C lculo 5 C lculo do PCI Fun o M23 900 M26 2250 M27 1500 23 26 0 5 27 0 06 40 Esse bloco de c lculo refaz o c lculo do PCI da mistura agora considerando os tr s gases componentes 6 OD F Oro i BND Org Os fatores que aparecem na equa o do bloco s o resultantes das simplifica es e adequa es das escalas de vaz o de cada componente PCI Bloco de C lculo 6 de COG m xima na fonte 2000 Instrumenta o e Controle pag 144 Bloco de C lculo 7 Texto Animado 7 102 Descri o Vaz o de G s Misto Descri o Somador a Casas Decim 0 oo Texto Animado 8 Casas Decim O o medida em que for configurando posicione os Texto Animado 2 elementos nos locats pr ximos dos elementos Vaz o de GLP suali Introduza registradores para visualizar as M27 6 vei gt vari veis Esconda os bot es dos processos Casas Decim Texto Animado 3 Vaz o de A tela final se parecer com a figura 11 35 26 50 passo seguinte seria observar as fun es de Casas Decim transfer ncia das v lvulas e os tempos Texto Animado 4 envolvidos em cada um dos sub processos para Descri o Press o de COG aproximar do real ao m ximo Fun o M25 20 l Com dados reais levantados no campo isolando Casas Decim 0 o Texto Animado 5 cada um dos processos que foram Press o de implementados poderemos che
239. vedado Ele possui paredes resistentes Ele tem meios de extinguir a chama interior atrav s de roscas longas e de formato especial ou aberturas calculadas e distanciadas n o podemos pintar os instrumentos prova de explos o pois estaremos prejudicando essa caracter stica Ele Instrumenta o e Controle possui uma inscri o parecida com N o abrir quando energizado em rea perigosa Seguran a Intr nseca Os instrumentos intrinsecamente seguros est o sujeitos e manipulam n veis de energia insuficientes para iniciar uma combust o Portanto o conceito de intrinsecamente seguro se refere a uma instala o e n o a um instrumento em particular A seguran a intr nseca uma t cnica alternativa de prote o aplicada a instrumentos de controle e de comunica o que manipulam baixo n vel de energia el trica e t rmica que evita a explos o ou inc ndio pelo cuidado especial da fonte de igni o um conceito intimamente associado limita o da energia fornecida e armazenada na rea perigosa Por defini o um sistema intrinsecamente seguro quando seu equipamento e incapaz de liberar energia el trica ou t rmica e sua respectiva fa sca incapaz de provocar a igni o de uma mistura espec fica de g s inflam vel em condi es normais e duas condi es anormais espec ficas seguran a intr nseca evita explos es causadas por fa scas el tricas e superf cies quentes cuidando
240. versos setores de gest o enla ando se com as reas de projetos compras vendas etc no novo conceito de Sistemas de Gest o Empresarial Integrados Na atualidade est sendo muito aplicado o conceito de fieldbus que consiste na utiliza o de dispositivos inteligentes enla ados atrav s de um meio f sico fios fibra tica ou r dio comunica o conduzem a informa o digitalizada formando uma verdadeira rede de campo A utiliza o da tecnologia Fieldbus permite diminuir os custos de fia o instala o e manuten o Existem duas variantes de sistemas na implanta o de redes de campo que podem ser distinguidas como comunica o entre unidades remotas e de comunica o direta entre dispositivos Na figura 1 7 aparecem representadas as diferencias entre a fia o paralela tradicional 4 a 20 mA onde precisa de um par de fios para unir cada dispositivo de campo com o controlador a e a comunica o atrav s de uma rede de campo com comunica o direta entre dispositivos b Observe que no caso da tecnologia tradicional preciso a utiliza o de um par de fios para ligar cada dispositivo de campo v lvulas conversores transmissor etc com o painel de controle sendo o pamel de controle centralizado instalado normalmente pr ximo da sala de controle pode se encontrar a algumas centenas de metros de muitos dispositivos de campo o que implica em um emaranhado sistema de galerias ba
241. viscosidade o mesmo caso da massa espec fica Ela ser utilizada para c lculo do N mero de Reynolds que um dado importante no c lculo e na avalia o das condi es de opera o A rela o dos calores espec ficos ou constante isentr pica c c um n mero que se relaciona com a capacidade do fluido de trocar energia com o meio Esse n mero est em geral entre 1 1 e 1 4 e depende natureza ou composi o do fluido A umidade relativa no caso de gases informa a influ ncia da presen a de vapor de gua no fluido que influi na sua massa espec fica A posi o das tomadas uma informa o construtiva fundamental que depende do projetista Os algoritmos de c lculo para diversos tipos de tomadas s o diferentes press o atmosf rica local se relaciona com a press o do fluido que manom trica portanto a condi o f sica do fluido depende dela A temperatura de refer ncia a press o de refer ncia s o importantes para o caso de gases Ela informa que o volume normal considerado nessa temperatura e press o Alguns utilizam o Standard ao inv s do normal que n o se referencia a 0 e sim a 15 O material da placa deve ser definido em fun o do fluido Em geral feita em a o inoxid vel Essa informa o permitir determinar o coeficiente de dilata o da placa a temperatura O AISI 316 por exemplo tem o coeficiente de dilata o 0 0000173 A e
242. vo do menu suspenso Abra a janela de configura o e selecione a figura forno bmp do diret rio A apar ncia da tela deve ser semelhante figura 11 18 fit II a figura 11 18 Configure novamente escolhendo controlador e um processo Vamos chamar o processo de TE 101 Temperatura do Forno Posicione o dentro da figura do forno pr ximo ao termopar Vamos chamar o controlador de TIC 101 e sua descri o Temperatura Posicione o pr ximo do desenho do controlador de temperatura Determine a sua PV como sendo 21 TE 101 Selecione um novo controlador e um novo processo O controlador ser o FIC 102 Vaz o de Ar e o Processo ser FT 102 Vaz o de Ar Determine a PV do controlador como FT 102 e a entrada do processo como sendo FIC 102 Determine um Set pomt remoto o controlador de vaz o de ar como sendo 01 TIC 101 Determine tamb m sua escala como 0 a 10000 Nm h Determine o tempo do processo como sendo L 1 e C 3 segundos Determine a fun o de transfer ncia interna do processo como sendo 0 01 X X por exemplo A fun o externa deve ser X Selecione um novo controlador e um novo processo Controlador pag 127 Tag FIC 103 Descri o Vaz o de G s Entrada 23 103 Set Point Remoto 01 101 Escala 0 a 1000 Nm h Processo Descri o FT 103 Vaz o de G s Entrada 03 FIC 103 Fun o de transf int 0
243. vo basta n o marcar a caixa correspondente ou se marcada colocarmos na equa o o n mero 1 simplesmente pag 120 Instrumenta o e Controle pag 121 O Processo O bloco de processo quando aberta a sua configura o tem a apar ncia da figura 11 9 FT01 Vaz o de gua Desci o F1101 Vaz o de gua b segundos A vari vel de po ua ao quadrado da 0 00 Vaio E sa da o quadrado de 50 25 Ea Vamos fazer o inverso coloque na fun o de Fun o de Transfer ncia Extena transfer ncia interna 0 5 0 e obtenha Said M21 m er r ai tabela a vari vel de processo a raiz quadrada da sa da RE A Descri o um campo livre de texto para identifica o importante digitar um texto inconfund vel para facilitar a configura o de uma simula o mais complexa com v rios processos A defini o da entrada do processo pode ser Uma terceira hip tese foram levantados dados selecionada como a sa da de qualquer de um processo com os seguintes resultados controlador qualquer processo e qualquer bloco Saida Controlador Nariiveldo Processo Al m disso pode ser definida como nula nenhuma com valor constante igual a 0 100 Fun o de Transfer ncia interna Levando essas informa es ao Excel por A func o d fer ncia i dmi exemplo obtemos o gr fico da figura 11 10 un o de transfer ncia interna admite a letra com sua l
244. xo significa um processo lento demais nas suas varia es Se for igual a zero os controladores de vaz o estacionam e n o respeitam a demanda da temperatura Um muito grande significa muita liberdade o que elimina a vantagem da garantia da propor o Em geral se usa um valor entre 3 e 5 recomend vel estabelecer um limite m nimo de vaz o de ar Esse limite n o deve se refletir na vaz o de g s Fa a como exerc cio a implementa o desse batente inferior para o set point do controlador de vaz o de ar Essa estrat gia como j foi dito adequada quando a prioridade a rela o Nos casos de mistura de dois gases por exemplo numa esta o de mistura onde o controlador mestre um controlador de press o se a press o priorit ria n o devemos utilizar essa estrat gia Pode ser prefer vel perder o controle da propor o da mistura em caso de dist rbio ou falta de um dos gases do que perder o controle da press o Esses aspectos devem ser analisados sempre que se decide por uma estrat gia de controle pag 92 Instrumenta o e Controle Feed Forward A estrat gia chamada feed forward consiste em utilizar um modelo matem tico aplicado sobre vari veis de influ ncia de forma a determinar um valor de sa da que concorda com esse modelo deixando para o controlador principal a liberdade de influir com algum grau de liberdade sobre a malha A defini o gen rica por

Apostila de Fundamentos de Instrumentação e Controle

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Apostila de Fundamentos de Instrumenta&ccedil;&atilde;o e Controle

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Apostila de Fundamentos de Instrumentação e Controle