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Engenharia Mecânica ·
Acionamento de Máquinas Elétricas
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AUTOMAÇÃO INTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Atividade Avaliativa 3 1 Definir a Transformada Inversa de Laplace e dar um exemplo de resolução de equações diferencias utilizando esta técnica 2 Classifique os instrumentos empregados numa malha de controle de acordo com a função desempenhada Mencione dois exemplos de instrumentos em malhas de controle 3 Indique detalhadamente a forma de identificação dos instrumentos de controle especificando a norma aplicada e dando dois exemplos 4 Mencione os principais sensores de pressão existentes e pelos menos três técnicas diferentes de medição dessa variável 5 Detalhe os principais instrumentos de medição de temperatura que existem indicando seu princípio de funcionamento 6 Explique os diferentes instrumentos indicadores de nível que conheça detalhando seu princípio de funcionamento 7 Indique os instrumentos medidores de vazão existentes e explique seu princípio de funcionamento 8 Que são elementos finais de controle De alguns exemplos 9 Explique o funcionamento dos controladores PID Quais as ações básicas dos controladores 10Explique o princípio de funcionamento do controlador multimalhas 11Que são chaves de processo para os sistemas de proteção AUTOMAÇÃO INTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Atividade Avaliativa 3 1 Definir a Transformada Inversa de Laplace e dar um exemplo de resolução de equações diferencias utilizando esta técnica 2 Classifique os instrumentos empregados numa malha de controle de acordo com a função desempenhada Mencione dois exemplos de instrumentos em malhas de controle 3 Indique detalhadamente a forma de identificação dos instrumentos de controle especificando a norma aplicada e dando dois exemplos 4 Mencione os principais sensores de pressão existentes e pelos menos três técnicas diferentes de medição dessa variável 5 Detalhe os principais instrumentos de medição de temperatura que existem indicando seu princípio de funcionamento 6 Explique os diferentes instrumentos indicadores de nível que conheça detalhando seu princípio de funcionamento 7 Indique os instrumentos medidores de vazão existentes e explique seu princípio de funcionamento 8 Que são elementos finais de controle De alguns exemplos 9 Explique o funcionamento dos controladores PID Quais as ações básicas dos controladores 10 Explique o princípio de funcionamento do controlador multimalhas 11 Que são chaves de processo para os sistemas de proteção Resolução 1 A transformada inversa de Laplace de uma função Fs é a função ft que tem a propriedade 𝐿𝑓𝑠 𝐹𝑠 Ou tambem 𝐿𝑡𝑓𝑡 𝑠 𝐹𝑠 Onde L denotase a transformada de laplace Exemplo Obtemos a solução do Problema com Valor Inicial com uma EDO linear de 1a ordem yyety05 aplicando a Transformada de Laplace a esta Equação Diferencial Ordinária Linear obtemos LyyLexptLyyLexpt Logo LyLy1s1LyLy1s1 assim sYsy0Ys1s1sYsy0Ys1s1 de onde segue sYs5Ys1s1sYs5Ys1s1 e isolando YYsYYs obtemos Ys1s1s15Ys1s1s15 e finalmente Ys1s1251s1Ys1s1251s1 Pela tabela obtemos que Ltet1s12Let1s1Ltet1s12Let1s1 assim a solução do PVI é yttet5ett5et 2 a Processo Um exemplo pode ser vazão temperatura ou pressão b Instrumentos de Medição Informam de modo contínuo os valores das variáveis de processo Um exemplo pode ser os transmissores podendo ser eles transmissores de pressão temperatura vazão e etc c Instrumentos de Controle Fazem a tomada de decisão e ação de atuação sobre o processo Exemplos podem ser CLP arduíno ou qualquer outro sistema embarcado d Instrumentos de Atuação Permitem implementar a ação de correção Ex atuadores pneumáticos resistência eletrica bomba e etc 3 Dentro da instrumentação e controle temos duas normas para simbologias ISA 51 e PIP PIC001 que estabelecem símbolos para identificação de instrumentos tubulações e equipamentos Dentro dessa representação o primeitro identificador é a variável de processo e o segundo e a função do isntrumento em baixo fica identificado a ordem numérica do instrumento 4 Os três modos de medição de pressão são Pressão absoluta é medida com relação ao vácuo perfeito ou seja é a diferença da pressão em um determinado ponto de medição pela pressão do vácuo zero absoluto Normalmente quando se indica esta grandeza usase a notação ABS Ex A pressão absoluta que a atmosfera exerce ao nível do mar é de 760mmHg Pressão diferencial é a diferença de pressão medida entre dois pontos Quando qualquer ponto diferente do vácuo ou atmosfera é tomado como referência diz medir pressão diferencial Por exemplo a pressão diferencial encontrada numa placa de orifício Pressão manométrica Gauge é medida em relação à pressão do ambiente ou seja em relação a atmosfera Ou seja é a diferença entre a pressão absoluta medida em um ponto qualquer e a pressão atmosférica É sempre importante registrar na notação que a medição é relativa Exemplo 10Kgfcm2 Pressão Relativa Principais tipos de sensores usados Em geral os sensores são classificados conforme a técnica usada na conversão mecânica da pressão em um sinal eletrônico proporcional Todas as tecnologias têm um só propósito que é transformar a pressão aplicada em um sensor em um sinal eletrônico proporcional a mesma Capacitância Variável Capacitivos Piezoresistivo Strain Gage Potenciométrico Piezoelétrico Relutância Variável Ressonante Ótico 5 Sensores termopares Considerado eficiente e confiável por detectar mesmo as mais ligeiras alterações na temperatura ambiente O sensor de temperatura do tipo termopar tratase de um par de fios metálicos conectados à uma extremidade O par de fios cria entre as suas pontas uma diferença na tensão termoelétrica indicando a diferença de temperatura em suas partes Um software de computador recebe a informação desta variação de temperatura entre as pontas do termopar e faz a análise necessária Sensor de temperatura de resistência RTD O sensor de temperatura de resistência RTD tratase de um rolamento de fios geralmente de platina que ao se aquecerem indicam a variação de temperatura do ambiente A faixa de alcance do sensor de temperatura de resistência pode ser reduzida quando este é feito de materiais como níquel e cobre Geralmente o sensor de temperatura de resistência se parece com um fio alongado com a forma de uma mola Eles são envolvidos por algum tipo de material isolador e alocados em um recipiente de metal Sensor de temperatura termistor Os sensores de temperatura do tipo termistores possuem extrema sensibilidade à alteração de temperaturas Apesar desta característica este sensor só tem a capacidade de trabalhar com um nível de temperatura limitado Ele é um semicondutor com os limites de resistência elétrica equivalentes à temperatura O termistor pode ser encontrado em duas categorias diferentes o termistor de coeficiente de temperatura negativo e o termistor de coeficiente de temperatura positivo 6 Medidor de Nível por Empuxo Este medidor de nível é composto por um detector que utiliza o seguinte princípio de Arquimedes Um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do líquido deslocado A esta força exercida pelo fluido no corpo nele submerso é empregado o nome de empuxo Quanto maior for a densidade do líquido maior será o seu empuxo A água salgada por exemplo é mais densa que a água doce dos rios por isso é mais fácil nadar no mar Medidor de Nível por Pressão Diferencial Como o próprio nome já remete estes instrumentos medem diferenciais de pressão que são provocados pela coluna líquida presente nos equipamentos cujo nível se deseja medir Os instrumentos funcionando segundo este princípio são em geral transmissores por essa razão é que vamos tratar especificamente desta espécie de instrumento O princípio mais comum de funcionamento dos transmissores de pressão diferencial do tipo diafragma é o princípio de equilíbrio de forças Nele as pressões que definem um dado diferencial são aplicadas através das conexões de entrada do instrumento a duas câmaras situadas em lados opostos estanques entre si e separadas por um elemento sensível diafragma As pressões atuando sobre o elemento com uma superfície determinada produzem forças de mesma direção e sentidos opostos fazendo originar uma força resultante A força então resultante no caso de transmissor tipo célula capacitiva provoca uma variação na relação das capacitânciasC1 e C2 A variação provocada é proporcional à pressão diferencial Por fim essa pressão é convertida e amplificada proporcionando um sinal de saída em corrente na saída do transmissor normalmente de 4 20 mA Medidor de Nível por Ultrassom O famoso ultrassom é uma onda sonora mecânica cuja frequência de oscilação que passa de 20 kHz É uma frequência sonora maior do que aquela sensível pelo ouvido humano A geração do ultrassom ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico Esta excitação é transferida de molécula a molécula do meio com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas A propagação do ultrassom depende do meio se este é se apresenta de forma sólida líquida ou gases e sua componente longitudinal da onda propagase à velocidade característica do material isto é é função exclusivamente deste Na água por exemplo a 10ºC a velocidade de propagação do som é de 1440 ms enquanto isso no ar a 20ºC a velocidade de propagação é de 343 ms A velocidade do som é a base para a medição através da técnica de ECO usada nos transmissores de nível ultrassônicos sendo função da temperatura e da pressão isto levando em consideração que os efeitos originados por esta última são desprezíveis Geração do ultrassom As ondas de ultrassom são geradas pela excitação elétrica de materiais piezelétricos A característica marcante desses materiais é a produção de um deslocamento quando aplicamos uma tensão Assim sendo eles podem ser usados como geradores de ultrassom compondo portanto os transmissores de nível ultrassônicos Inversamente quando se aplica uma força em um material piezelétrico resulta o aparecimento de uma tensão no seu terminal elétrico Nesta modalidade o material piezelétrico é usado como receptor de ultrassom Pela sua estabilidade o quartzo cultivado é um dos materiais mais recomendados para fabricação do sensor transdutor Medidor de Nível por Radiação Os sistemas radiomáticos são utilizados para medição de nível de líquidos polpas ou sólidos granulados em aplicações onde nenhuma outra tecnologia disponível pode ser aplicada Inclusive esta é uma exigência da CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear órgão que regula e garante a segurança do uso de material radioativo em qualquer atividade Os medidores de nível por radiação são compostos por uma fonte de emissão de Raio Gama δ um detector tipo câmara de ionização ou cintilação e uma unidade eletrônica conversora e transmissora de sinal A fonte utilizada no instrumento normalmente de Césio 137 fica alojada em uma cápsula de aço inox blindada por chumbo ou ferro fundido Uma abertura na estrutura blindada é deixada desbloqueada para emissão do raio gama um ângulo de 40º medição contínua ou 7º medição pontual O detector mais utilizado para este tipo de medição de nível é formado por uma câmara contendo gás inerte ex Argônio pressurizado alimentado por uma tensão contínua negativa 15 VDC e um coletor de elétrons A corrente elétrica produzida pela passagem do raio gama é diretamente proporcional a intensidade da radiação e inversamente proporcional ao nível do produto no silo ou tanque Esse sinal é convertido em tensão eou frequência para finalmente pela unidade eletrônica ser transmitida através de sinal de corrente de 4 a 20 mADC 7 Medidor de Vazão Eletromagnético Este equipamento é conhecido também como medidor por tensão induzida ou magnético O seu funcionamento está atrelado a lei de Faraday Esta regra da indução eletromagnética é uma das equações fundamentais para o estudo do eletromagnetismo Através dela entendemos a interação entre campos magnéticos e circuitos elétricos na geração de força eletromotriz Considerase este medidor como sendo do tipo volumétrico Oferecem um ótimo custobenefício e sua precisão varia entre 05 e até mesmo 02 em alguns casos Este instrumento é empregado especialmente para líquidos Porém em certas aplicações há como fazer medição de outras matérias O importante contudo é que os fluidos respeitem uma condição devem ser condutores Nestas circunstâncias é preciso haver aterramento e um padrão mínimo de condutividade de 5 µScm Podemos encontrar o medidor eletromagnético aplicado à medição de águas residuais cervejas ácidos polpa e outros líquidos a base dágua Normalmente é exigido um trecho reto na jusante e montante para instalação do equipamento Há modelos que podem funcionar sem esta exigência mas a precisão ao medir será menor Medidor de Vazão de área variável Rotâmetro A estrutura do rotâmetro é constituída por um tubo cônico transparente onde estão inscritas graduações Este tipo de medidor funciona com base no princípio de flutuação ou seja o fluido irá escoar por este medidor onde há um flutuador mais pesado que o material Deste modo o seu posicionamento dentro da estrutura será determinado pelo valor da vazão Logo quanto mais alta a medida maior a vazão Pode ser utilizado na medição de líquidos gases e ar Sua estrutura é confeccionada em acrílico vidro transparente e aço inox Embora seja uma solução relativamente barata e simples de se aplicar tem entre as desvantagens subordinarse à força da gravidade Em função disso o rotâmetro deve estar sempre disposto no sentido vertical com a passagem de fluido no sentido ascendente Devido aos materiais com que é confeccionado não é recomendável a utilização do item junto de elementos corrosivos Medidor de Vazão Ultrassônico Nestes medidores de vazão há dois princípios que podem ser utilizados tempo de trânsito ou efeito doppler Este último conceito é de especial importância para os sistemas de radar e sonar O seu uso industrial tem como princípio a emissão de um raio ultrassônico em um líquido resultando em espelhamento de parte da energia Será este registro com desvio na frequência a ser mensurado pelo sensor Já na correlação cruzada ou vazão por tempo de trânsito medimos o intervalo de tempo entre emissão e recepção de sinais Ao contrário do medidor eletromagnético este é um instrumento voltado para os líquidos nãocondutivos Uma de suas características é a medição bidirecional sendo possível até mesmo identificar o sentido da vazão Nos equipamentos em linha a precisão varia de 03 ou 05 Para o medidor de vazão ultrassônico clampon a precisão é de 2 Medidor de Vazão mássica Coriolis Esta é a solução mais completa e custosa em termos de medidores de vazão As informações que ele é capaz de coletar incluem categorias volumétricas de densidade massa concentração e temperatura Em alguns modelos também consta a viscosidade dos fluidos Ao contrário de outros medidores no Coriolis não é obrigatório o trecho reto para correta instalação No geral ele pode ser empregado em sistemas que lidam com diversos tipos de líquidos gases e vapores Quando bem dimensionado a sua precisão para medir a vazão não tem comparativos O princípio por trás desta tecnologia é a mecânica de movimento Um sistema onde o fluido tem de passar por um tubo vibrante Serão as variações ocorridas na estrutura interna que permitirão determinar a vazão mássica O que isto implica é que cada vez que um líquido ou gás passar pelos tubos a força de Coriolis será gerada Assim como a força centrífuga falamos aqui de um efeito não inercial Consequentemente a aceleração introduz a força de inércia sendo proporcional à massa do fluido que está escoando Os formatos comuns são a lira o trombone e o U ainda que existam outros Medidor de Vazão Vórtex Por fim este é um equipamento que faz medições volumétricas e de vazão de massa quando lidamos com gases e vapor É por isso que ele muitas vezes comporta um sensor de temperatura em seu interior São equipamentos que não fazem aferição a partir do zero sendo preciso recorrer ao coeficiente de Reynolds O número resultante estará ligado à criação de vórtices que permitem a medição Há uma variedade considerável de precisão aqui e a obrigatoriedade de seção reta no montante e jusante está presente Também é comum a necessidade de redução no diâmetro da tubulação Uma solução alternativa é que próprio medidor possua as suas proporções reduzidas Como vimos existe uma boa variedade de medidores de vazão cada qual com a sua aplicação ideal Mas também não há como esquecer que por trás de cada ferramenta deve haver uma mente disposta profissional e preparada para cada situação 8 Os elementos finais de controle são partes essenciais de um sistema de controle de processo e podem ser definidos como dispositivos mecânicos que alteram fisicamente um processo em resposta a uma alteração no set point do sistema de controle omo exemplo desses elementos finais podemos citar damper ou abafador bombas resistências elétricas variadores de velocidade inversores de frequência e válvulas Tais elementos finais podem ser operados por meios elétricos mecânicos ou pneumáticos 9 Controlador proporcional integral derivativo controlador PID ou simplesmente PID é uma técnica de controle de processos que une as ações derivativa integral e proporcional fazendo assim com que o sinal de erro seja minimizado pela ação proporcional zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa 10 Cada variável manipulada depende apenas uma única variável controlada isto é um conjunto de controladores de realimentação convencionais Para a configuração de controle de múltiplas malhas a função de transferência entre uma variável controlada e uma manipulada depende se as outras malhas de controle realimentadas estão abertas ou fechadas 11 A Chave de segurança Safety é um dispositivo de segurança para controle de processos operacionais na indústria que vão desde a linha de produção de embalagens farmacêuticos e cosméticos até manipulação de celulose papel e execução de processos da indústria automobilística entre outros Quando ativa nos setores operacionais da indústria a chave Safety age como uma medida de proteção e controle no andamento de máquinas ferramentas e dispositivos Caso eles apresentem algum problema em seu funcionamento a chave de segurança bloqueia seu funcionamento e evita a ocorrência de acidentes no ambiente de trabalho O dispositivo é acoplado aos equipamentos usados na linha de operação das indústrias Portanto ele entra em ação quando reconhece alguma anormalidade no funcionamento dos equipamentos como aumento de velocidade acima do normal identificação de peças soltas ou objetos que não deveriam estar na linha de produção e erros de programação Por meio desse controle contínuo a Chave de segurança Safety evita o comprometimento dos equipamentos na linha operacional e impede a ocorrência de acidentes por falha técnica ou erro humano seja de maneira eventual ou premeditada A Chave de segurança Safety é programada para reconhecer o momento exato em que um procedimento começa e termina evitando interrupções não programadas além de bloquear as operações caso identifique que um profissional não autorizado entre em um local de risco As chaves de segurança também são usadas para controlar a linha operacional e interromper o funcionamento de máquinas quando um equipamento é aberto para manutenção ou algum profissional retira os equipamentos de proteção paralisando os movimentos da máquina ou ferramenta e impedindo seu religamento Outro vantagem envolvendo a instalação da chave Safety é a possibilidade de monitorar os processos operacionais que possam causar risco aos profissionais em seu ambiente de trabalho impedindo o acesso não autorizado à áreas de risco dentro da empresa
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AUTOMAÇÃO INTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Atividade Avaliativa 3 1 Definir a Transformada Inversa de Laplace e dar um exemplo de resolução de equações diferencias utilizando esta técnica 2 Classifique os instrumentos empregados numa malha de controle de acordo com a função desempenhada Mencione dois exemplos de instrumentos em malhas de controle 3 Indique detalhadamente a forma de identificação dos instrumentos de controle especificando a norma aplicada e dando dois exemplos 4 Mencione os principais sensores de pressão existentes e pelos menos três técnicas diferentes de medição dessa variável 5 Detalhe os principais instrumentos de medição de temperatura que existem indicando seu princípio de funcionamento 6 Explique os diferentes instrumentos indicadores de nível que conheça detalhando seu princípio de funcionamento 7 Indique os instrumentos medidores de vazão existentes e explique seu princípio de funcionamento 8 Que são elementos finais de controle De alguns exemplos 9 Explique o funcionamento dos controladores PID Quais as ações básicas dos controladores 10Explique o princípio de funcionamento do controlador multimalhas 11Que são chaves de processo para os sistemas de proteção AUTOMAÇÃO INTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Atividade Avaliativa 3 1 Definir a Transformada Inversa de Laplace e dar um exemplo de resolução de equações diferencias utilizando esta técnica 2 Classifique os instrumentos empregados numa malha de controle de acordo com a função desempenhada Mencione dois exemplos de instrumentos em malhas de controle 3 Indique detalhadamente a forma de identificação dos instrumentos de controle especificando a norma aplicada e dando dois exemplos 4 Mencione os principais sensores de pressão existentes e pelos menos três técnicas diferentes de medição dessa variável 5 Detalhe os principais instrumentos de medição de temperatura que existem indicando seu princípio de funcionamento 6 Explique os diferentes instrumentos indicadores de nível que conheça detalhando seu princípio de funcionamento 7 Indique os instrumentos medidores de vazão existentes e explique seu princípio de funcionamento 8 Que são elementos finais de controle De alguns exemplos 9 Explique o funcionamento dos controladores PID Quais as ações básicas dos controladores 10 Explique o princípio de funcionamento do controlador multimalhas 11 Que são chaves de processo para os sistemas de proteção Resolução 1 A transformada inversa de Laplace de uma função Fs é a função ft que tem a propriedade 𝐿𝑓𝑠 𝐹𝑠 Ou tambem 𝐿𝑡𝑓𝑡 𝑠 𝐹𝑠 Onde L denotase a transformada de laplace Exemplo Obtemos a solução do Problema com Valor Inicial com uma EDO linear de 1a ordem yyety05 aplicando a Transformada de Laplace a esta Equação Diferencial Ordinária Linear obtemos LyyLexptLyyLexpt Logo LyLy1s1LyLy1s1 assim sYsy0Ys1s1sYsy0Ys1s1 de onde segue sYs5Ys1s1sYs5Ys1s1 e isolando YYsYYs obtemos Ys1s1s15Ys1s1s15 e finalmente Ys1s1251s1Ys1s1251s1 Pela tabela obtemos que Ltet1s12Let1s1Ltet1s12Let1s1 assim a solução do PVI é yttet5ett5et 2 a Processo Um exemplo pode ser vazão temperatura ou pressão b Instrumentos de Medição Informam de modo contínuo os valores das variáveis de processo Um exemplo pode ser os transmissores podendo ser eles transmissores de pressão temperatura vazão e etc c Instrumentos de Controle Fazem a tomada de decisão e ação de atuação sobre o processo Exemplos podem ser CLP arduíno ou qualquer outro sistema embarcado d Instrumentos de Atuação Permitem implementar a ação de correção Ex atuadores pneumáticos resistência eletrica bomba e etc 3 Dentro da instrumentação e controle temos duas normas para simbologias ISA 51 e PIP PIC001 que estabelecem símbolos para identificação de instrumentos tubulações e equipamentos Dentro dessa representação o primeitro identificador é a variável de processo e o segundo e a função do isntrumento em baixo fica identificado a ordem numérica do instrumento 4 Os três modos de medição de pressão são Pressão absoluta é medida com relação ao vácuo perfeito ou seja é a diferença da pressão em um determinado ponto de medição pela pressão do vácuo zero absoluto Normalmente quando se indica esta grandeza usase a notação ABS Ex A pressão absoluta que a atmosfera exerce ao nível do mar é de 760mmHg Pressão diferencial é a diferença de pressão medida entre dois pontos Quando qualquer ponto diferente do vácuo ou atmosfera é tomado como referência diz medir pressão diferencial Por exemplo a pressão diferencial encontrada numa placa de orifício Pressão manométrica Gauge é medida em relação à pressão do ambiente ou seja em relação a atmosfera Ou seja é a diferença entre a pressão absoluta medida em um ponto qualquer e a pressão atmosférica É sempre importante registrar na notação que a medição é relativa Exemplo 10Kgfcm2 Pressão Relativa Principais tipos de sensores usados Em geral os sensores são classificados conforme a técnica usada na conversão mecânica da pressão em um sinal eletrônico proporcional Todas as tecnologias têm um só propósito que é transformar a pressão aplicada em um sensor em um sinal eletrônico proporcional a mesma Capacitância Variável Capacitivos Piezoresistivo Strain Gage Potenciométrico Piezoelétrico Relutância Variável Ressonante Ótico 5 Sensores termopares Considerado eficiente e confiável por detectar mesmo as mais ligeiras alterações na temperatura ambiente O sensor de temperatura do tipo termopar tratase de um par de fios metálicos conectados à uma extremidade O par de fios cria entre as suas pontas uma diferença na tensão termoelétrica indicando a diferença de temperatura em suas partes Um software de computador recebe a informação desta variação de temperatura entre as pontas do termopar e faz a análise necessária Sensor de temperatura de resistência RTD O sensor de temperatura de resistência RTD tratase de um rolamento de fios geralmente de platina que ao se aquecerem indicam a variação de temperatura do ambiente A faixa de alcance do sensor de temperatura de resistência pode ser reduzida quando este é feito de materiais como níquel e cobre Geralmente o sensor de temperatura de resistência se parece com um fio alongado com a forma de uma mola Eles são envolvidos por algum tipo de material isolador e alocados em um recipiente de metal Sensor de temperatura termistor Os sensores de temperatura do tipo termistores possuem extrema sensibilidade à alteração de temperaturas Apesar desta característica este sensor só tem a capacidade de trabalhar com um nível de temperatura limitado Ele é um semicondutor com os limites de resistência elétrica equivalentes à temperatura O termistor pode ser encontrado em duas categorias diferentes o termistor de coeficiente de temperatura negativo e o termistor de coeficiente de temperatura positivo 6 Medidor de Nível por Empuxo Este medidor de nível é composto por um detector que utiliza o seguinte princípio de Arquimedes Um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do líquido deslocado A esta força exercida pelo fluido no corpo nele submerso é empregado o nome de empuxo Quanto maior for a densidade do líquido maior será o seu empuxo A água salgada por exemplo é mais densa que a água doce dos rios por isso é mais fácil nadar no mar Medidor de Nível por Pressão Diferencial Como o próprio nome já remete estes instrumentos medem diferenciais de pressão que são provocados pela coluna líquida presente nos equipamentos cujo nível se deseja medir Os instrumentos funcionando segundo este princípio são em geral transmissores por essa razão é que vamos tratar especificamente desta espécie de instrumento O princípio mais comum de funcionamento dos transmissores de pressão diferencial do tipo diafragma é o princípio de equilíbrio de forças Nele as pressões que definem um dado diferencial são aplicadas através das conexões de entrada do instrumento a duas câmaras situadas em lados opostos estanques entre si e separadas por um elemento sensível diafragma As pressões atuando sobre o elemento com uma superfície determinada produzem forças de mesma direção e sentidos opostos fazendo originar uma força resultante A força então resultante no caso de transmissor tipo célula capacitiva provoca uma variação na relação das capacitânciasC1 e C2 A variação provocada é proporcional à pressão diferencial Por fim essa pressão é convertida e amplificada proporcionando um sinal de saída em corrente na saída do transmissor normalmente de 4 20 mA Medidor de Nível por Ultrassom O famoso ultrassom é uma onda sonora mecânica cuja frequência de oscilação que passa de 20 kHz É uma frequência sonora maior do que aquela sensível pelo ouvido humano A geração do ultrassom ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico Esta excitação é transferida de molécula a molécula do meio com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas A propagação do ultrassom depende do meio se este é se apresenta de forma sólida líquida ou gases e sua componente longitudinal da onda propagase à velocidade característica do material isto é é função exclusivamente deste Na água por exemplo a 10ºC a velocidade de propagação do som é de 1440 ms enquanto isso no ar a 20ºC a velocidade de propagação é de 343 ms A velocidade do som é a base para a medição através da técnica de ECO usada nos transmissores de nível ultrassônicos sendo função da temperatura e da pressão isto levando em consideração que os efeitos originados por esta última são desprezíveis Geração do ultrassom As ondas de ultrassom são geradas pela excitação elétrica de materiais piezelétricos A característica marcante desses materiais é a produção de um deslocamento quando aplicamos uma tensão Assim sendo eles podem ser usados como geradores de ultrassom compondo portanto os transmissores de nível ultrassônicos Inversamente quando se aplica uma força em um material piezelétrico resulta o aparecimento de uma tensão no seu terminal elétrico Nesta modalidade o material piezelétrico é usado como receptor de ultrassom Pela sua estabilidade o quartzo cultivado é um dos materiais mais recomendados para fabricação do sensor transdutor Medidor de Nível por Radiação Os sistemas radiomáticos são utilizados para medição de nível de líquidos polpas ou sólidos granulados em aplicações onde nenhuma outra tecnologia disponível pode ser aplicada Inclusive esta é uma exigência da CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear órgão que regula e garante a segurança do uso de material radioativo em qualquer atividade Os medidores de nível por radiação são compostos por uma fonte de emissão de Raio Gama δ um detector tipo câmara de ionização ou cintilação e uma unidade eletrônica conversora e transmissora de sinal A fonte utilizada no instrumento normalmente de Césio 137 fica alojada em uma cápsula de aço inox blindada por chumbo ou ferro fundido Uma abertura na estrutura blindada é deixada desbloqueada para emissão do raio gama um ângulo de 40º medição contínua ou 7º medição pontual O detector mais utilizado para este tipo de medição de nível é formado por uma câmara contendo gás inerte ex Argônio pressurizado alimentado por uma tensão contínua negativa 15 VDC e um coletor de elétrons A corrente elétrica produzida pela passagem do raio gama é diretamente proporcional a intensidade da radiação e inversamente proporcional ao nível do produto no silo ou tanque Esse sinal é convertido em tensão eou frequência para finalmente pela unidade eletrônica ser transmitida através de sinal de corrente de 4 a 20 mADC 7 Medidor de Vazão Eletromagnético Este equipamento é conhecido também como medidor por tensão induzida ou magnético O seu funcionamento está atrelado a lei de Faraday Esta regra da indução eletromagnética é uma das equações fundamentais para o estudo do eletromagnetismo Através dela entendemos a interação entre campos magnéticos e circuitos elétricos na geração de força eletromotriz Considerase este medidor como sendo do tipo volumétrico Oferecem um ótimo custobenefício e sua precisão varia entre 05 e até mesmo 02 em alguns casos Este instrumento é empregado especialmente para líquidos Porém em certas aplicações há como fazer medição de outras matérias O importante contudo é que os fluidos respeitem uma condição devem ser condutores Nestas circunstâncias é preciso haver aterramento e um padrão mínimo de condutividade de 5 µScm Podemos encontrar o medidor eletromagnético aplicado à medição de águas residuais cervejas ácidos polpa e outros líquidos a base dágua Normalmente é exigido um trecho reto na jusante e montante para instalação do equipamento Há modelos que podem funcionar sem esta exigência mas a precisão ao medir será menor Medidor de Vazão de área variável Rotâmetro A estrutura do rotâmetro é constituída por um tubo cônico transparente onde estão inscritas graduações Este tipo de medidor funciona com base no princípio de flutuação ou seja o fluido irá escoar por este medidor onde há um flutuador mais pesado que o material Deste modo o seu posicionamento dentro da estrutura será determinado pelo valor da vazão Logo quanto mais alta a medida maior a vazão Pode ser utilizado na medição de líquidos gases e ar Sua estrutura é confeccionada em acrílico vidro transparente e aço inox Embora seja uma solução relativamente barata e simples de se aplicar tem entre as desvantagens subordinarse à força da gravidade Em função disso o rotâmetro deve estar sempre disposto no sentido vertical com a passagem de fluido no sentido ascendente Devido aos materiais com que é confeccionado não é recomendável a utilização do item junto de elementos corrosivos Medidor de Vazão Ultrassônico Nestes medidores de vazão há dois princípios que podem ser utilizados tempo de trânsito ou efeito doppler Este último conceito é de especial importância para os sistemas de radar e sonar O seu uso industrial tem como princípio a emissão de um raio ultrassônico em um líquido resultando em espelhamento de parte da energia Será este registro com desvio na frequência a ser mensurado pelo sensor Já na correlação cruzada ou vazão por tempo de trânsito medimos o intervalo de tempo entre emissão e recepção de sinais Ao contrário do medidor eletromagnético este é um instrumento voltado para os líquidos nãocondutivos Uma de suas características é a medição bidirecional sendo possível até mesmo identificar o sentido da vazão Nos equipamentos em linha a precisão varia de 03 ou 05 Para o medidor de vazão ultrassônico clampon a precisão é de 2 Medidor de Vazão mássica Coriolis Esta é a solução mais completa e custosa em termos de medidores de vazão As informações que ele é capaz de coletar incluem categorias volumétricas de densidade massa concentração e temperatura Em alguns modelos também consta a viscosidade dos fluidos Ao contrário de outros medidores no Coriolis não é obrigatório o trecho reto para correta instalação No geral ele pode ser empregado em sistemas que lidam com diversos tipos de líquidos gases e vapores Quando bem dimensionado a sua precisão para medir a vazão não tem comparativos O princípio por trás desta tecnologia é a mecânica de movimento Um sistema onde o fluido tem de passar por um tubo vibrante Serão as variações ocorridas na estrutura interna que permitirão determinar a vazão mássica O que isto implica é que cada vez que um líquido ou gás passar pelos tubos a força de Coriolis será gerada Assim como a força centrífuga falamos aqui de um efeito não inercial Consequentemente a aceleração introduz a força de inércia sendo proporcional à massa do fluido que está escoando Os formatos comuns são a lira o trombone e o U ainda que existam outros Medidor de Vazão Vórtex Por fim este é um equipamento que faz medições volumétricas e de vazão de massa quando lidamos com gases e vapor É por isso que ele muitas vezes comporta um sensor de temperatura em seu interior São equipamentos que não fazem aferição a partir do zero sendo preciso recorrer ao coeficiente de Reynolds O número resultante estará ligado à criação de vórtices que permitem a medição Há uma variedade considerável de precisão aqui e a obrigatoriedade de seção reta no montante e jusante está presente Também é comum a necessidade de redução no diâmetro da tubulação Uma solução alternativa é que próprio medidor possua as suas proporções reduzidas Como vimos existe uma boa variedade de medidores de vazão cada qual com a sua aplicação ideal Mas também não há como esquecer que por trás de cada ferramenta deve haver uma mente disposta profissional e preparada para cada situação 8 Os elementos finais de controle são partes essenciais de um sistema de controle de processo e podem ser definidos como dispositivos mecânicos que alteram fisicamente um processo em resposta a uma alteração no set point do sistema de controle omo exemplo desses elementos finais podemos citar damper ou abafador bombas resistências elétricas variadores de velocidade inversores de frequência e válvulas Tais elementos finais podem ser operados por meios elétricos mecânicos ou pneumáticos 9 Controlador proporcional integral derivativo controlador PID ou simplesmente PID é uma técnica de controle de processos que une as ações derivativa integral e proporcional fazendo assim com que o sinal de erro seja minimizado pela ação proporcional zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa 10 Cada variável manipulada depende apenas uma única variável controlada isto é um conjunto de controladores de realimentação convencionais Para a configuração de controle de múltiplas malhas a função de transferência entre uma variável controlada e uma manipulada depende se as outras malhas de controle realimentadas estão abertas ou fechadas 11 A Chave de segurança Safety é um dispositivo de segurança para controle de processos operacionais na indústria que vão desde a linha de produção de embalagens farmacêuticos e cosméticos até manipulação de celulose papel e execução de processos da indústria automobilística entre outros Quando ativa nos setores operacionais da indústria a chave Safety age como uma medida de proteção e controle no andamento de máquinas ferramentas e dispositivos Caso eles apresentem algum problema em seu funcionamento a chave de segurança bloqueia seu funcionamento e evita a ocorrência de acidentes no ambiente de trabalho O dispositivo é acoplado aos equipamentos usados na linha de operação das indústrias Portanto ele entra em ação quando reconhece alguma anormalidade no funcionamento dos equipamentos como aumento de velocidade acima do normal identificação de peças soltas ou objetos que não deveriam estar na linha de produção e erros de programação Por meio desse controle contínuo a Chave de segurança Safety evita o comprometimento dos equipamentos na linha operacional e impede a ocorrência de acidentes por falha técnica ou erro humano seja de maneira eventual ou premeditada A Chave de segurança Safety é programada para reconhecer o momento exato em que um procedimento começa e termina evitando interrupções não programadas além de bloquear as operações caso identifique que um profissional não autorizado entre em um local de risco As chaves de segurança também são usadas para controlar a linha operacional e interromper o funcionamento de máquinas quando um equipamento é aberto para manutenção ou algum profissional retira os equipamentos de proteção paralisando os movimentos da máquina ou ferramenta e impedindo seu religamento Outro vantagem envolvendo a instalação da chave Safety é a possibilidade de monitorar os processos operacionais que possam causar risco aos profissionais em seu ambiente de trabalho impedindo o acesso não autorizado à áreas de risco dentro da empresa