Automao Mdulo III 1 Introduo histrico objetivos efeitos

Automação Módulo III 1. Introdução (histórico, objetivos, efeitos) 2. Controle de Processos (definições, classificação, realimentação) 3. Medição de Variáveis do Processo (definições, simbologia, medição de temperatura, nível, pressão, vazão) 4. Controlador Lógico-Programável (histórico, características, fabricantes, constituição, funcionamento, programação, aplicações) Ir p/ primeira página

Sistemas Manuais INTRODUÇÃO • Máquinas à Vapor, Eólicas e Hidráulicas; • Comando feito por Operadores (Maquinismo ou Mecanização); Ex. Maquinismo (Torneiro Mecânico) • Cadeia de Produção em massa. Ir p/ primeira página

Sistemas Automáticos INTRODUÇÃO Entende-se por automático todo processo que se desenvolve sem a necessidade de intervenção humana (medição, decisão e ação corretiva). Doméstica Climatização Eletrodomésticos inteligentes (lavadoras, aspiradores, etc. ) Monitoramento de alarmes Prédios inteligentes Aplicações Comercial Caixas automáticos (bancários) Centrais telefônicas Controle de tráfego e estacionamento Sistema de cobrança (etiqueta inteligente) Sistemas de segurança Industrial Controle automático de processos industriais Intertravamento Gerenciamento de energia Sistemas de Transporte Ir p/ primeira página

Sistemas Automáticos INTRODUÇÃO Aplicações no Setor Primário Agricultura Pecuária Agricultura de Precisão: Aplicação de Medicamento Plantio e Colheita Rastreabilidade Aplicação de Defensivos Controle da ordenha Dosagem de Fertilizante Mineração Automação de máquinas Controle da Produção Sistemas de Transporte Irrigação Ir p/ primeira página

INTRODUÇÃO Histórico Tear de Jacquard (1804) Ir p/ primeira página

INTRODUÇÃO Histórico Regulador Centrífugo Watt (1769) Ir p/ primeira página

INTRODUÇÃO Objetivos • Aumentar e controlar a qualidade do produto • Incrementar a produtividade • Aumentar a confiabilidade do processo • Disponibilizar dos dados referentes ao processo para análise • Aumento da segurança em relação às pessoas e ao ambiente Ir p/ primeira página

INTRODUÇÃO Efeitos • Redução no nível de emprego de atividades repetitivas e/ou que requerem pouca qualificação • Desaparecimento de algumas profissões • Aumento da qualidade e padronização de produtos • Redução de custos de produção Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições Variável controlada – propriedade que se deseja controlar, corresponde a saída do processo. Variável manipulada – propriedade que pode ser modificada diretamente pela ação do controlador e cuja variação irá afetar a variável controlada, corresponde a entrada do processo. Valor desejado (setpoint) – valor de referência para a variável controlada. Em geral é determinado por um operador baseado nas necessidades do processo. Elemento primário (sensor) – dispositivo que utiliza a energia do processo para proporcionar uma medida da variável controlada. Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições Transmissor – elemento que transforma a medida do sensor em um sinal padronizado que pode ser transmitido e interpretado pelo controlador. Elemento Final de Controle (atuador) – dispositivo que recebe o sinal do controlador e, desta forma, altera a variável manipulada (ex. válvulas, relés, etc. ). Controlador – dispositivo que compara o valor da variável controlada com o valor desejado, calcula a ação corretiva necessária e emite o sinal de correção para o atuador. Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições Conversor - Dispositivo que recebe uma informação na forma de um sinal, altera a forma da informação e o emite como um sinal de saída. O conversor é referido também como transdutor. Todavia o transdutor é um termo genérico cujo emprego específico para a conversão de sinal não é recomendado. Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições Controle Contínuo Linear Ex. PID Híbrido Não-Linear Discreto Seqüencial Condicional Ex. Fuzzy Booleano Sistemas Especialistas Temporal Ex. Timers Baseados em Eventos Ex. Contadores Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições variável manipulada correção variável controlada desvio Setpoint Controlador + Atuador Processo –- Transmissor Sensor realimentação Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições • Faixa de medida (range) – faixa de valores compreendida entre os limites inferior e superior da capacidade de medição do instrumento. • Alcance (span) – diferença algébrica entre os valores superior e inferior do range. • Erro – diferença entre o valor lido pelo instrumento e o valor real da variável. • Precisão – limite de erro de medição do instrumento. • Sensibilidade – valor mínimo de mudança na variável detectável pelo instrumento. • Zona morta (dead zone) – faixa de valores da variável que não provoca variação da indicação ou sinal de saída do instrumento. Ir p/ primeira página

CONTROLE DE PROCESSOS Definições • Repetibilidade – capacidade de reprodução da indicação, ao se medir, repetidamente, valores idênticos de uma variável. • Histerese – diferença observada entre a medição de uma variável quando esta percorre a escala no sentido crescente e no decrescente. • Elevação de zero – quantidade com que o zero da variável supera o valor inferior do range. • Tempo morto (dead time) – atraso verificado entre a ocorrência de uma alteração na variável e a sua percepção pelo instrumento, também chamado de atraso de transporte. • Supressão de zero – quantidade com que o valor inferior do range supera o zero da variável. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Simbologia Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível unidade de comprimento linear (cm, m), unidade de volume (L, galão), unidade de massa (kg, ton, lb). 3. 4. 1 Sonda Normalmente é feita de uma vara, haste ou fita métrica metálica graduadas. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível 3. 4. 2 Visor de Nível a) Visor de vidro tubular: recomendados para pressões de até 2 bar e temperaturas de até 100ºC. b) Visor de vidro plano: Mais empregado atualmente por questões de segurança. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível 3. 4. 3 Flutuador Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível 3. 4. 4 Baseado na Pressão a) Medidor de Diafragma b) Medidor por Pressão Diferencial Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível Borbulhamento Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível 3. 4. 5 Propriedades Elétricas Condutividade Capacitância Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível 3. 4. 6 Outras Propriedades Ultrassom (>20 k. Hz) Radioativo Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Nível Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 1 Conceitos Temperatura – É o grau de agitação molecular de um corpo; Energia Térmica – É o somatório de energia cinética das moléculas do corpo; Calor – Energia térmica em trânsito, desloca-se, normalmente, do corpo mais quente ao corpo mais frio. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 2 Escalas Termométricas Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 3 Termômetro de Bulbo de Vidro • Compartimentos cobertos ou fechados e nos quais a leitura é local; • Apresenta erros de até 1% de escala; • Possui tempo de resposta elevado; • Aplicados na faixa de -150ºC a 350ºC. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 4 Termômetro Bimetálico • Baixo custo; • Leitura apenas local; • Construção robusta; • Possui tempo de resposta elevado; • Aplicados na faixa de -50ºC a 500ºC Material do par bimetálico Invar (64%Fe + 36%Ni) Latão Faixa de Medição -50 a 800ºC Coef. Dilatação linear [10 -6 1/K] 0, 7 19 Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 5 Termômetro Bulbo Capilar • Classe I: cheio de líquido volátil (-100ºC a +300ºC); (xileno, tolueno, álcool) • Classe II: cheio de vapor (-200ºC a +300ºC); (cloreto de metila, butano, éter etílico, tolueno, dióxido de enxofre, propano) • Classe III: cheio de gás (-260ºC a +760ºC); (hélio, nitrogênio, hidrogênio, dióxido de carbono) • Classe V: cheio de mercúrio (-40ºC a 600ºC). Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 5 Termômetro Bulbo Capilar Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 6 Termômetros de Resistência a) Resistência de Fio Metálico Pt 100 R = 100Ω a 0°C Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura a) Resistência de Fio Metálico Cobre: Faixa de medição de -80ºC a 260ºC. Possui linearidade de 0, 1ºC em um intervalo de 200ºC, entretanto sua resistência a oxidação é muito baixa e limita sua faixa de aplicação Níquel: Faixa de medição de -60ºC a 180ºC. Os principais atrativos na sua utilização seu baixo custo e a alta sensibilidade. Sua principal desvantagem é a baixa linearidade. Platina: Faixa de medição de -250ºC a 950ºC. É o metal mais utilizados na construção de termômetros de resistência, pela sua ampla faixa de utilização, boa linearidade e melhor resistência a oxidação. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura a) Resistência de Fio Metálico Esquemas de ligação: 2, 3 e 4 fios Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura a) Resistência de Fio Metálico - Tempo de resposta Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura b) Termistores (resistores termicamente sensíveis) são dispositivos semicondutores fabricados a partir de óxido de Níquel, Manganês, Cobalto, Ferro e Titânio apresentando grandes variações da resistência com a temperatura. Esta variação poderá ser negativa: NTC (Negative Thermal Coefficient), ou positiva: PTC (Positive Thermal Coefficient) com aplicação entre -100°C e +300°C Podem ser encontrados no mercado modelos de baixa precisão (5 a 10%) para uso como proteção ou de alta precisão (± 0, 05°C) para uso em medição. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 7 Termopar Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 8 Pirômetros Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura 3. 3. 8 Pirômetros Vantagens: • Resposta rápida (na faixa de ms) • Uso em objetos perigosos ou fisicamente inacessíveis • Facilidade de medição do alvo em movimento • Medições de altas temperaturas • Não há risco de contaminação e efeito mecânico na superfície dos objetos. Aplicações: • Verificações de conexões elétricas, motores, disjuntores, fusíveis, transformadores, etc. • Verificação de rolamentos, detectando falta de lubrificação • Uso em ambientes perigosos como: Refinarias, Exploração de petróleo, siderúrgicas, etc. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura Pirômetro Ótico Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura Pirômetro de Radiação Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Temperatura Calibração Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Tipos Pressão absoluta - É a pressão positiva a partir do vácuo perfeito, ou seja, a soma da pressão atmosférica do local e a pressão manométrica. Pressão manométrica - É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, podendo ser positiva ou negativa. Quando se fala em uma pressão negativa, em relação a pressão atmosférica é chamada de vácuo. Pressão diferencial - É o resultado da diferença de duas pressões medidas. Pressão Estática - É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso. Pressão Dinâmica - É a pressão exercida por um fluído em movimento paralelo à sua corrente. Pressão total - É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Unidades Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Coluna de Líquido É um instrumento de medição e indicação local de pressão baseado na equação manométrica. Sua construção é simples e de baixo custo. Basicamente é constituído por tubo de vidro com área seccional uniforme, uma escala graduada, um líquido de enchimento e suportados por uma estrutura de sustentação. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seção oval, que poderá estar disposto em forma de “C”, espiral ou helicoidal. Apresenta uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá indicar uma medida de pressão em uma escala graduada. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Diafragma É constituído pôr um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Fole O fole é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado. Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada à parte interna Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Piezoresistivo - Strain Gage O strain gage consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base é de medir a variação da resistência de um sensor que sofre uma elongação. O elemento sensor é colado num elemento, chamado célula de carga, que uma vez submetido a uma pressão sofre uma deformação, observada pela variação de seu comprimento. A célula pode ser acoplada a um diafragma ou a elementos elásticos. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Piezoelétrico A pressão é diretamente transmitida ao diafragma sensor através do fluido de enchimento provocando a sua deflexão. O diafragma sensor é um eletrodo móvel. As duas superfícies metalizadas são eletrodos fixos. A deflexão do diafragma sensor é percebida através da variação da capacitância entre os dois eletrodos fixos e o móvel. Capacititvo O Sensor Piezoelétrico é considerado um sensor ativo porque a pressão que atua sobre o elemento sensor, um cristal, gera uma f. e. m. proporcional. Pode ser empregado para captar pressão sonora, como em microfones, para perturbações aerodinâmicas, entre outros. Os elementos piezoelétricos são cristais, como o quartzo , a turmalina e o titanato que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando sofrem uma deformação física, por ação de uma pressão. Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Pressão Calibração Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão volumétrica, em termos de volume - m 3/h, L/min, GPM vazão mássica (gravimétrica), em termos de massa - kg/h, lb/min. 1 m 3 = 1000 litros → 1 galão (americano) = 3, 785 litros 1 pé cúbico = 0, 0283168 m 3 → 1 libra = 0, 4536 kg Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão 3. 6. 1 Baseada em Pressão Diferencial a) Placa de Orifício Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão b) Pitot c) Bocal Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão d) Venturi Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão 3. 6. 2 Dispositivos de Área Variável a) Rotâmetro Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão b) Cilindro e Pistão Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão 3. 6. 3 Medidores Volumétricos a) Disco Nutante b) Turbina Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão 3. 6. 3 Medidores Volumétricos c) Rotor Ir p/ primeira página

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS DO PROCESSO Vazão 3. 6. 4 Medidor Eletromagnético 3. 6. 5 Instrumento Radioativo Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Indutivos • São equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas; Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Indutivos • Princípio de Funcionamento: • Com a aproximação de peças metálicas, ocorre uma variação na tensão gerada por um oscilador; • Um comparador monitora esta tensão e envia um sinal para o transistor caso ocorra variação. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Indutivos Aplicações: Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Capacitivos • Equipamentos eletrônicos capazes de detectar aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, Iíquidos, madeiras, papéis, metais, etc. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Capacitivos Princípio de Funcionamento: • Baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Capacitivos Tabela de Constantes dielétricas: Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Capacitivos • Exemplo de distância de detecção (10 mm): Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Capacitivos • Aplicações Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Fotoelétricos Também conhecidos por sensores ópticos, manipulam a luz de forma a detectar a presença de objetos. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Fotoelétricos Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Fotoelétricos • Principais Tipos: Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Fotoelétricos • Aplicações: Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Ultrassônicos Utilizam ondas sonoras de alta frequência para detectar objetos. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Ultrassônicos Princípio de Funcionamento. O emissor envia impulsos ultrassônicos sobre o objeto analisado. As ondas sonoras voltam ao detetor depois de um certo tempo, proporcional a distância. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Ultrassônicos Aplicações: Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Sensor de Fumaça Óptico Iônico Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Sensor de Gás Quando a mistura de gás ou vapor inflamável e ar entra em contato com o filamento ativo, reage com o oxigênio, aumentando da temperatura e aumentando a resistência. Isso provoca o desequilíbrio da ponte de Wheatstone, gerando um sinal elétrico proporcional à concentração de gás ou vapor inflamável no ar. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Umidade Relativa Umidade do Solo Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Sensor Magnético (reed switch) Quando um ímã aproxima-se do sensor, o campo magnético atrai as chapas de metal, fazendo com que o contato elétrico se feche. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Mecânicos são interruptores ou mesmo chaves comutadoras que atuam sobre um circuito no modo liga / desliga quando uma ação mecânica acontece no seu elemento atuador. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores O efeito Hall descoberto em 1879 por E. H. Hall, Sensor defoi Efeito Hall que submeteu um condutor elétrico a um campo Quando um campo magnético atua sobre placa deda material condutor magnético perpendicular a uma direção corrente através da qual passa uma corrente elétrica, os elétrons são desviados elétrica. um. Hall verificou quee, uma diferença de potencial causando acúmulo de elétrons portanto uma diferença de potencial elétrico laterais deste condutor na numa direçãoaparecia transversal ànas passagem da corrente. presença do campo magnético. Este efeito ocorre devido a cargas elétricas tenderem a desviar-se de sua trajetória por causa da força de Lorentz. Desta forma cria-se um acúmulo de cargas nas superfícies laterais do condutor produzindo uma diferença de potencial. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Sensor de Efeito Hall Os sensores Hall apresentam: linearidade, boa sensibilidade e tempo de resposta reduzido. Suas aplicações mais comuns são na detecção de movimento ou medição de velocidade de máquinas mas, podem ser encontrados, também, na medição de campo magnético. Ir p/ primeira página

SENSORES E TRANSDUTORES Sensores Encoder Um encoder é um dispositivo eletromecânico que pode monitorar movimento ou posição. Um típico encoder usa sensores ópticos para fornecer uma série de pulsos que podem ser traduzidos em movimento, posição ou direção. Ir p/ primeira página

ATUADORES Relés Ir p/ primeira página

ATUADORES Válvulas Solenoides Ir p/ primeira página

ATUADORES Conversores de Frequência Ir p/ primeira página

ATUADORES Válvulas Proporcionais Ir p/ primeira página