instr mod basico instrumentação, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

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INSTRUMENTAÇÃO

INDUSTRIAL

MÓDULO BÁSICO

CURSO DE

APERFEIÇOAMENTO PROFISSIONAL

Instrumentação

IndustrIal

módulo BásIco

curso de

aperfeIçoamento profIssIonal

Rio de Janeiro

2010

Instrumentação

IndustrIal

módulo BásIco

curso de

aperfeIçoamento profIssIonal

© 2010 – Curso de AperfeiçoAmento profissionAl

instrumentAção industriAl

módulo BásiCo

E ducação a distância

SENAI – Rio de Janeiro GPR – GERêNcIA dE PRoJEtoS Em EducAção Rua mariz e Barros, 678 - tijuca 20270-903 - Rio de Janeiro - RJ

FIcHA tÉcNIcA Este material foi elaborado pela Gerência de Projetos em Educação do SESI/RJ e SENAI/RJ.

GERêNcIA dE PRoJEtoS Em EducAção

L uis A rrudA

cooRdENAção PEdAGóGIcA

MAriA serrAte tostes L eite

AutoR dE coNtEúdo

J osé MAnueL G onzALez tubio P erez

coNSultoRIA E REvISão tÉcNIcA

J osé MAnueL G onzALez tubio P erez

MAnoeL CAsiMiro soAres

REdAção PEdAGóGIcA

L eiLA MAriA ribourA de oLiveirA

REvISão PEdAGóGIcA

diAnA A thAyde M onteiro rAMos

MAriA serrAte tostes L eite

REvISão GRAmAtIcAl E EdItoRIAl

rosy de F reitAs LAMAs

PRoJEto GRáFIco, PRoGRAmAção vISuAl E dIAGRAmAção

in -F óLio – P rodução editoriAL, G ráFiCA e P roGrAMAção visuAL

SiStema FiRJaN DiviSão De NoRmaS e DocumeNtação – BiBlioteca

S474c

SeNai-RJ curso de aperfeiçoamento industrial : instrumentação módulo básico. Rio de Janeiro : SeNai-RJ , 2010. 141 p.

1. instrumentação. i. título

cDD 620

Selagem com diafragma

Selagem sem diafragma

Líquido de selagem

Traceamento

Selo remoto

Transmissor DP Cell capacitivo

Temperatura / 43

Medição

Termômetro

Termômetro tipo bulbo

Tipo bimetálico

Termômetro de pressão: fluidos utilizados e compensação

da temperatura ambiente

Termopares

Junção termopar

Cabos de extensão

Cabos de compensação

Termopares convencionais e de isolação mineral

Construção de termopares: convencionais e

de isolação mineral

Tipo de termopares

Termorresistências

Bulbo de resistência com bainha de isolação mineral

Resposta de termorresistência com isolação mineral

Nível / 57

Medição de nível direta

Indicador de nível tipo régua/bóia Visor de Nível (LG)

capítulo 3

capítulo 4

Medidor magnético

Indicador de nível magnético (LG)

Visor de nível (LG)

Medição de nível Indireta

Medidor por empuxo

Medidor de nível por pressão

Medidor por ultrassom ou ultrassônico

Medidor por radar de onda guiada (GWR):

tipos de guias de onda

Sensores de nível por capacitância

Montagem de medidores de nível

Placa de orifício / 87

Medição de vazão

Grupos de medição de vazão

Medição de vazão por placa de orifício

Vantagens

Desvantagens

Rangeabilidade

Tipos de placas quanto ao orifício

Aplicações de cada tipo de placa

Tipos de montagem

Tomadas

Dimensionamento de uma placa de orifício

Princípios de funcionamento da Placa de Orifício

Vazão / 101

Instrumentos de Vazão por Diferencial de Pressão

Tubo Venturi

capítulo 5

capítulo 6

Prezado (a) participante

variedade dos processos industriais, como a fabricação dos de-

rivados do petróleo, produtos alimentícios, fabricação de aço e

outros, exige o controle e a manutenção de algumas variáveis, tais co-

mo pressão, vazão, temperatura, nível etc. São os instrumentos de me-

dição e controle que permitem manter constantes as variáveis do pro-

cesso para a melhoria em qualidade do produto, para o aumento em

quantidade do produto e para a segurança do processo. Portanto, o

estudo da instrumentação utilizada nos mais diversos processos in-

dustriais é importante para que avanços nas ciências, nas tecnologias

e na indústria sejam possíveis. Então, é fundamental que você saiba

que Instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas pa-

ra adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação,

registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos proces-

sos industriais.

A instrumentação industrial é, pois, o conjunto de equipamentos (sen-

sores, transmissores e hardware/software para procedimentos de vali-

dação) que possibilita a medição, a monitoração e o controle de variáveis

de processo, propriedades físicas dentro de um processo industrial.

Nesta apostila iremos distinguir as arquiteturas dos sistemas de con-

trole industriais e a simbologia usada nos documentos que compõem

os projetos de instrumentação, segundo suas normas. E conheceremos

as principais variáveis que perpassam a ação de controle durante o pro-

cesso de produção, como pressão, temperatura, nível, vazão e ainda es-

tudaremos as placas de orifício, sua estrutura e funcionamento.

O objetivo do curso é proporcionar a você o conhecimento necessá-

rio da instrumentação básica, abordando as arquiteturas e variáveis

que interferem no processo de produção industrial.

Esperamos que o programa contribua de modo significativo para o

seu crescimento profissional.

Bom estudo!

apresentação

a

SENAI-RJ

INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL – MÓDULO BÁSICO – APRESENTAÇÃO

arquitetura e simbologia

A instrumentação assume importantes funções em uma planta industrial.

Entre estas, estão a segurança e o controle com menor variabilidade de

processo.

Requisitos mínimos

É necessário que se observem alguns requisitos para que ocorra um bom de-

sempenho operacional, tais como:

 Equipamentos e sistemas dimensionados adequadamente: bombas, com-

pressores, tubulações, vasos, torres, tanques, trocadores de calor, fornos,

reatores.

 Seleção de instrumentos de medição adequados, especialmente os me-

didores de vazão.

 Instrumentos instalados e calibrados de forma adequada.

 Controladores bem sintonizados.

 Válvulas de controle operando dentro das faixas para as quais foram pro-

jetadas.

Controle local

No passado, no início da era industrial, havia muitas pessoas atuando no cam-

po. O projeto era simples, os operários controlavam manualmente as variá-

veis. E como os instrumentos

eram outros, não tão comple-

xos, os processos também eram

simplificados. O controle era to-

talmente distribuído, com cus-

to bem reduzido, as informa-

ções eram transmitidas e não

havia integração com as outras

variáveis de processo. O ajuste

da operação era feito no local.

FIQUE POR DENTRO

Histórico dos

sistemas de controle

Esquema de operação utilizada no passado

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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL – MÓDULO BÁSICO – ARQUITETURA E SIMBOLOgIA

vado dos computadores, uma configuração complexa e controladores com

circuito de memória em caso de falhas do computador.

Controle Digital Direto – CDD

Este sistema mantém as características do DAS e do SPC , elimina os contro-

ladores e os painéis, tendo as seguintes desvantagens:

 Custo elevado dos computadores

 Configuração complexa

 Perda total de controle do processo em caso de falha do computador

Centro de controle integrado

Controle Digital Distribuído

Atualmente, a arquitetura dos Sistemas de I/A adquire uma nova configura-

ção, em que a descentralização é a base de um projeto. Dessa forma, as fun-

ções de controle são distribuídas em estações remotas com comunicação di-

gital entre as estações de controle e monitoração. Há economia nas instala-

ções com fiação e suporte para instalação elétrica e os projetos têm como ba-

se microprocessadores modernos de baixo custo e grande confiabilidade.

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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL – MÓDULO BÁSICO – ARQUITETURA E SIMBOLOgIA

elementos de um sistema de

Instrumentação/automação – I/a

Conheça os elementos de um sistema de I/A:

Sensores

São os elementos primários que recebem os sinais das variáveis com pro-

priedades físicas e propriedades químicas.

Arquitetura de uma rede industrial

São exemplos de propriedades

Propriedades físicas

temperatura

Termopares, RTD, bimetálicos...

pressão

Tubo de Bourdon, capacitivo...

Vazão

Placa de orifício, vortex, coriólis...

nível

Displacer, radar, ultrassônico...

Propriedades químicas

Analisadores

servidor

outros níveis banco de dados

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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL – MÓDULO BÁSICO – ARQUITETURA E SIMBOLOgIA

CONHECENDO MAIS

DICA Redes industriais

existem diversos padrões para as redes industriais,

conforme sua aplicação.

para cada classe de redes industriais, há várias

organizações que padronizam, regulamentam,

controlam e certifi cam equipamentos para aquele padrão.

a norma iec-61158 está tentando padronizar

internacionalmente as redes de campo Fieldbus.

Arquitetura Fieldbus

Nesta arquitetura:

 As funções centralizadas são transferidas para

o instrumento de campo (ex: blocos de cálculo,

controlador) e a função do transmissor deixa de

existir.

 Há alteração da interligação ponto a ponto por

rede digital de comunicação.

 A função de diagnóstico é disponibilizada para

todos os instrumentos.

 Ocorre mudança nas práticas de projeto de de-

talhamento (diagramas de malha, lista de ca-

bos, plantas de encaminhamento, painéis de

rearranjo etc.).

 Há mudança nas práticas de configuração.

 Há eliminação de conversores A/D e D/A.

 Quanto ao protocolo de mestres ativos: se o mes-

tre ativo falhar, sua função é passada para outro

integrante da rede e assim sucessivamente.

 A Foundation FieldBus é a organização que su-

porta o protocolo FieldBus (associação com

mais de 150 empresas).

 Verificam-se duas redes de comunicação:

Rede H1 – Baixa velocidade (31,25 kbits/seg)

Rede HSE – Alta velocidade (Ethernet)

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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL – MÓDULO BÁSICO – ARQUITETURA E SIMBOLOgIA

As arquiteturas dos sistemas podem ser abertas ou dedicadas :

Arquiteturas abertas

Requerem serviço de integração entre os sistemas de aquisição de da-

dos e controle com os sistemas de supervisão que realizam a interface

com a operação (IHM – Interface homem/máquina).

Arquiteturas dedicadas

São características dos SDCDs, utilizados principalmente nas plantas

do refino devido à complexidade das funções de controle regulatório.

Padrão Fieldbus Foundation

 Existe uma tendência a se utilizar o padrão Fieldbus Foundation pa-

ra as redes de campo na indústria de processamento.

 Serviços da área de segurança (intertravamento) mantêm a arquite-

tura de ligação ponto a ponto para um PES (Sistema Eletrônico Pro-

gramável) ou PLC (Controlador Lógico Programável) dedicado para

funções de segurança.

O que são os Sistemas SCADA?

São sistemas de monitoração cobrindo longas distâncias e são imple-

mentados por meio de arquiteturas utilizando enlaces de rádio, linhas

privativas de telefonia, ou satélites. Estes sistemas são conhecidos co-

mo Sistemas SCADA.

RESUMINDO

DICA arquiteturas baseadas em rede são uma tendência para serviços de monitoração e malhas mais simples de controle regulatório.

ATENÇÃO

! as fi losofi as de comunicação entre equipamentos,

incluindo aspectos de redundância, variam de acordo

com as culturas dos segmentos de e&p (exploração e

produção), transporte e refino, sendo estas definidas em

conjunto com o projetista e o cliente fi nal, mediadas

eventualmente por especialistas da área corporativa.

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