Trabalho 1 - Automação e Controle

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AUTOMAÇÃO E CONTROLE:
Instrumentação Industrial – Cases para discussão
CASE 01: INSTRUMENTAÇÃO PARA EXTRAÇÃO DE PETRÓLEO
Pressão do óleo no poço:
Local: Sensor a célula de pressão diferencial (Sistema capacitivo) – Não realiza a leitura dentro do poço, somente no tubo de extração do petróleo no nível da plataforma, devido a possibilidade de interferência das ondas e do vento. Pode medir altas pressões. É o sensor que mais se adequa as necessidades do navio – sonda, pois existe uma diferença de pressão na superfície do navio e no fundo do mar, de onde será extraído o petróleo, escolhemos o sistema capacitivo pela necessidade de inovação, visto que os instrumentos de medição da plataforma já estão obsoletos. 
Remoto: Sensores de célula de carga – Possibilidade de efetuar medidas a distância, grande precisão nas medidas, pode ser utilizado por substâncias corrosivas. 
Temperatura do óleo no poço:
Local: Sensor de Enchimento Termal – Não é possível fazer leitura no poço. Só é possível realizar a leitura no tubo de extração no nível da plataforma. Por possuir elemento de pressão montado no interior do instrumento receptor, que pode ser um transmissor pneumático (transmissor de pressão diferencial) é uma opção considerável, visto que é o que se aplica neste caso. Possui uma faixa de temperatura de 15 a 500ºC e 2,5% de precisão. É usado em fluidos não voláteis (glicerina, óleo, silicone).
Remoto: Sensor Óptico – Mede a temperatura sem precisar de contato com o corpo ou meio do qual se pretende medir. Mede altas temperaturas. 
Vazão de petróleo Cru:
Local: Sensores diretos de disco oscilante ou nutante – Por ser utilizado principalmente com fluidos de densidade elevada e viscosos, como óleos pesados, é o sensor mais adequado para este tipo de substancia. 
Remoto: Tubo de Venturi – permite baixa perda de carga, pode ser usado com fluidos em alta velocidade, sem sobre abrasão e necessita de trecho reto maior, como é o caso da tubulação da vazão de petróleo.
Volume de óleo armazenado no tanque do navio:
Local: Sensor por radar – Utiliza ondas magnéticas para medição continua e a nível de líquidos. São muito precisos e funcionam a baixas frequências. Não é nocivo a saúde e ao meio ambiente.
Remoto: Sensor microprocessado - medição indireta em campo, enviada para a central, onde fica o equipamento microprocessado que faz as conversões.
CASE 02: TECELAGEM MODERNA
Temperatura da Água Tanque do Banho:
Local: Enchimento Termal. O sensor deve estar em contato com o tanque de banho.
Remoto: Termopar
Vazão de Água nos Tanques do Banho – Entrada ou Saída:
Local: Rotâmetro ou Hélice (sistema mais simples). Sensor de Tubo Venturi – O sensor deve estar em contato com a entrada ou saída do tanque. Usado com fluidos em alta velocidade e de alta precisão. 
Velocidade do Tecido:
Local: Encoder. São sensores de posição constituído por um ou mais sensores ópticos de barreiras que pode detectar qualquer erro que possa ocorrer no processo de tecelagem. Podem ser absolutos ou incrementais.
Pressão do Tecido:
Remoto: Célula de Carga. Uma das suas vantagens seria o baixo custo e alta precisão de medida, fazendo que a tecelagem gaste pouco e possa obter um padrão de qualidade.
CASE 03: ECONOMIA NO CONSUMO DE ÁGUA NO SISTEMA DE RESFRIAMENTO DE UMA UNIDADE SUCROALCOOLEIRA COM O AUMENTO DO CICLO DE CONCENTRAÇÃO
Vazão da água quente: 
Local: Sensores diretos de Hélices: É um sistema simples e muito usado, onde consiste de um reator e uma câmara. A medição tem ligamento com a velocidade do motor que é influenciada diretamente pela velocidade, densidade e viscosidade do fluido. 
Temperatura da água quente/ de reposição/ resfriada: 
Sensores termoresistores: Utilizaremos com material de níquel onde a faixa de medição é de 0ºC à 100ºC e tem grande precisão +/- 0,15ºC, é ideal para medir a temperatura média do fluído, é estável e não tem grandes custos com calibragem, pois não há a necessidade de fazê-la frequentemente. Este sensor nos atende em todas as fases, pois a sua faixa de medição está dentro de todo o processo, além de ser rentável e de grande precisão. 
Vazão da Água de Reposição:
Rotâmetro: Área variável (perda de carga constante).
Temperatura da Água de Reposição:
Termoresistores – PT100 ou Termopar: Apropriada para a medição de temperatura média e o termopar é adequado para medição de temperatura em um ponto.
Vazão da água resfriada: 
Local: Sensores diretos de turbina: É constituído por um rotor montado de forma axial na tubulação. O rotor tem aletas que quando passa o fluido (água) o faz girar. O sistema utiliza pulsos eletrônicos, sendo eficaz para nosso processo. 
Temperatura da Água Resfriada:
Termoresistores – PT100 ou Termopar: Apropriada para a medição de temperatura média e o termopar é adequado para medição de temperatura em um ponto.
Pressão da água resfriada: 
Célula de Carga ou Manômetro de Tubo de Bourbon: É próprio para meio líquido de baixo custo e tem uma duração prolongada.
Vazão do Ar da Torre (Obtido por meio da velocidade do exaustor):
Dínamo Taquimétrico: É um sensor analógico de velocidade, utilizado em controle e automação serve como mecanismos de circuitos fechados.
CASE 04: SISTEMA DE CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DE UMA CALDEIRA FLAMOTUBULAR
Pressão
Local: Manômetro de Bourdon – Composto por um tubo em formato de “C”, sendo uma das partes fechada e a outra aberta, sendo essa responsável por receber a pressão e deformar a haste e dessa forma movimentar o ponteiro indicando a pressão exercida na base do ponteiro.
Remoto: Transdutor de pressão Piezoelétrico – utiliza um cristal de quartzo que ao ser submetido a pressão apresenta variação de propriedades elétricas proporcional a pressão que foi submetido, sendo assim, ela gera uma corrente sendo possível ser transmitida a sistemas de controle.
Nível da água:
Local: Sensor de Vidro (Gauge) - Aplica-se o princípio dos vasos comunicantes sendo colocado um tubo transparente da base do reservatório até seu ponto mais alto com graduações, permitido assim a leitura precisa do nível do líquido.
Remoto: Chaves de Nível – Eletrodos – Seu princípio parte da condutividade dos líquidos, ou seja, ao atingir um determinado nível, uma microcorrente é acionada nos eletrodos, sendo amplificada e alterando o estado da saída correspondente.
Temperatura:
Local: Termômetro bimetálico de lâmina helicoidal – Consistem em um tubo com alta condutibilidade térmica onde é fixado em seu interior um eixo com dois tipos me metais e conforme é exposto ao calor um se dilata mais que o outro devido a sua diferença de coeficiente de dilatação térmica, e nesse eixo recebe um ponteiro sobre uma escala.
Remoto: Termopar – Utiliza também dois metais diferentes em contato e é baseada na combinação dos efeitos termoelétricos que produzem dois metais diferentes expostos a temperatura gerando assim uma corrente
Vazão:
Local: Placa de orifício - A sua função é aumentar a velocidade do fluido, diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então ser medida a partir desta queda.
Remoto: Medidor eletromagnético de vazão – Utiliza a lei da indução eletromagnética de Faraday que estabelece que uma tensão é induzida quando se ocorre uma movimentação de um condutor em um campo magnético, dessa forma o medidor possui bobinas localizadas no ponto adequado para formar o campo e dessa forma elas são excitadas informando assim o sinal referente aquela vazão.
CASE 05: SISTEMA DE AR COMPRIMIDO
Vazão de Ar dos Compressores:
Local: Turbina – Uma turbina para cada compressor. - Alta precisão e apropriado para líquidos de baixa viscosidade. 
Remoto: Placa de Orifício (Pressão Diferencial) – Uma placa para cada compressor. Simples e barato, tem um manuseio de fácil entendimento.
Pressão do Ar Comprimido Dentro dos Reservatórios 
Local: Manômetro de Tubo de Bourbon – Um manômetro para cada reservatório. Baixo custo e tem uma duração prolongada.
Remoto: Célula de Carga – Uma célula para cada reservatório. Mensuramoslíquidos e sólidos a densidade é constante.
Presença de Particulado
Remoto: Ultrassom ou Eletromagnético - Tem alta confiabilidade, robusto e eficiente o nível de fluxo e ajustável. Serve para fluidos pulsantes e o efeito de turbulência do fluxo é desprezível.
Pressão do Ar Comprimido Entregue aos Processos
Remoto: Célula de Carga – Uma célula para cada rede. Precisão excelente, um sistema onde e linear, fácil para instalar.
Temperatura do Ar Comprimido Entregue aos Processos
Remoto: Termopar ou Termoresistores – PT100 - Apropriado para medição de temperatura média enquanto o termopar é adequado para medição de temperatura em um ponto.
CASE 06: CIMENTO PORTLAND: O QUE É? E COMO SE FABRICA?
Volume de material britado enviado à pré-homogeneização (esteira de saída do britado):
Nível: Sensores pás rotativas – instrumento eletromecânico que controla o nível de materiais sólidos. Evita o transbordamento de silos, mantendo o nível em um ponto pré-determinado, além de indicar entupimento de dutos pneumáticos. 
Volume de material cru armazenado (dentro dos silos primários):
Remoto: Sensores por célula de carga. 
Temperatura do ar (dentro das torres ciclones):
Níquel: Sensor termoresistor.
Velocidade do ar (dentro das torres ciclones):
Sensor alternador taquimétrico – bobina pick-up; a medida consiste na divisão do número de pulsos por unidade de tempo (dado na frequência rpm).
Velocidade angular do tambor de clinquerização (forno rotativo):
Sensor alternador taquimétrico – bobina pick-up. 
Temperatura de arrefecimento do clìquer (estufa de resfriamento):
Níquel: Sensor termoresistor. Baseiam-se na resistência elétrica dos metais variar com a temperatura. Possui boa estabilidade termal e disponibilidade comercial.
Velocidade do moinho do cimento (moagem de clínquer): 
Sensor Dínamo Taquimétrico (Taco-gerador) – Reversibilidade, ou seja, constância na velocidade, independente do sentido de rotação) e distorções mínimas relativas à temperatura e às causas mecânicas.
Volume de cimento armazenado nos silos (silos verticais):
Local: Encoder - São sensores de posição constituído por um ou mais sensores ópticos de barreiras que pode detectar qualquer erro que possa ocorrer no processo de tecelagem. Podem ser absolutos ou incrementais. 
Peso do produto ensacado (setor de ensacagem):
Remoto: Sensores de célula de carga – Possibilidade de efetuar medidas à distância, ou seja, grande precisão nas medidas.
CASE 07: CERVEJA: COMO SE PRODUZ?
Temperatura da mistura água e malte (dentro da tina de mistura):
Remoto: sensor termoresistor com altíssima precisão, sendo capaz de medir largura de faixa estreita. Entretanto, são de alto custo e necessitam de um tempo de resposta maior (platina, níquel e cobre).
Vazão de mosto (filtragem para cozinhador): 
Local: Sensor de Tubo Venturi, por ser menos sujeito a obstrução nos fluidos que contêm materiais sólidos em suspensão. 
Volume de mosto (dentro do tanque de fermentação):
Remoto: Sensor de Pressão Diferencial, que está disponível a grandes variedades de materiais de cápsulas. 
Temperatura do mosto (dentro do tanque de maturação):
Remoto: Sensor termoresistor, devido sua altíssima precisão. 
Local: Sensor Bimetálico - possui facilidade de instalação e manutenção e é adequado para instalações industriais. 
Pressão do CO2 (sistema de filtragem):
Remoto: Sensor de célula de carga - possui alta precisão de medida, baixo custo, excelente resposta dinâmica e linearidade, fácil de instalar, funciona bem em líquidos.
CASE 8: PNEUMÁTICO: O QUE É? COMO FUNCIONA O PROCESSO?
Temperatura do material triturado (entrada da misturação):
Sensor bimetálico – Por ser um ambiente industrial, exige um sensor específico para este tipo de ambiente. O bimetálico é robusto, possui baixo custo, simples de funcionamento, fácil manutenção e instalação, hastes podem ser longas, fácil leitura facilitando a vida do operador. 
Volume de material triturado – matérias-primas (entrada da misturação):
Transmissores microprocessados – Medição do volume triturado em um recipiente, o microprocessador é ideal pois mede nível, converte nível em quantidade, determina densidade, informa o quanto falta para completar o tanque. Como a unidade industrial será automatizada, este transmissor envia as informações para a central. 
Temperatura do material misturado (entrada da extrusora):
Sensor bimetálico – Este sensor é resistente a altas temperaturas, local onde o sensor fará as medições. Possui baixo coeficiente de dilatação, algo importante quando se trata de altas temperaturas. Fácil leitura, manutenção e funcionamento melhorando a vida do operador. Baixo custo se tornando atrativo para a empresa.
Pressão da rosca sobre o material (dentro da extrusora):
Tubo de Bourbon – Possui formato similar à máquina que realizará o trabalho. Suporta pressão e é um dos sensores mais utilizados.
Velocidade dos cilindros de fios (entrada da lonagem):
Sensor alternativo – taquimétrico – Por ser um material ferromagnético e uma máquina que tem o objetivo daquela etapa em transportar os fios. 
Pressão dos cilindros de laminação (lonagem):
Sensor célula de carga – Como é uma fase onde ocorre compressão, este sensor é capaz de medir tensão de compressão gerada pela carga além de, possuir alta precisão, baixo custo, excelente resposta dinâmica, excelente linearidade, fácil de instalar. 
Velocidade do bobinamento das camadas (construção):
Sensor alternativo – taquimétrico – Por serem bobinas, que possuem material ferromagnético, são bobinas de transporte.
Temperatura do ar (dentro da câmara de vulcanização):
Sensor de enchimento termal – É capaz de suportar altas temperaturas e pressões por trabalhar dentro da câmara de vulcanização. É robusto e insensível a choques e vibrações mecânicas, simples e seguro em atmosfera perigosa.
Pressão do ar (dentro da câmara de vulcanização):
Tubo de Bourbon – Possui formato similar à máquina que realizará o trabalho. Suporta pressão e é um dos sensores mais utilizados.
Segurança das pessoas e produtos (em torno da vulcanizadora):
Local: Sensor bimetálico para mostrar a temperatura ao operador e sensor capacitivo para mostrar se existe algum pneu dentro da vulcanizadora evitando possíveis acidentes. São importantes para controle do processo produtivo e da segurança do trabalho.
CASE 9: VIDRO INDUSTRIAL PLANO FLOAT: O QUE É E COMO SE PRODUZ?
Velocidade da entrada de matéria-prima (sobre as esteiras):
Sensor alternador taquimétrico - bobina de pick-up: é o indicado para transportadores (esteiras). 
Volume de material depositado (dentro da forma de modelagem):
Sensores de pás rotativas - é um sistema eletromecânico que controla nível de materiais sólidos. Quando o material entra em contato com as pás impedindo-as de girar, o motor gira acionando dois contatos elétricos. Um deles é utilizado no circuito do alarme e outro desliga o motor. 
Temperatura do material fundente (dentro do forno de fundição):
Termopar b (platina/ródio) = suporta temperaturas que variam entre 600° a 1700°, sendo que a temperatura do material fundente é de aproximadamente 1250°. Além de ter baixo tempo de atraso. 
Temperatura do banho de estanho:
Termoresistores pt100 - usado para medições de temperaturas na faixa de 0° a 650°. A característica resistência x temperatura é linear nesta faixa e apresenta grande coeficiente de temperatura. 
Velocidade de deslocamento do vidro bruto (setor de qualidade e inspeção):
Sensor alternador taquimétrico - bobina de pick-up: é o indicado para transportadores (esteiras).
Pressão das facas de corte (setor de corte):
Sensor Célula Diferencial de Pressão - Sistema de medição de pressão mais utilizado para construção de transdutores de pressão. Geralmente, é utilizado para medir outras variáveis através da pressão diferencial, tais como, vazão ou nível.
Velocidade das facas de corte (setor de corte):
Sensor taco gerador (dínamo taquimétrico) – destinado a processos nos quais é necessário medir a velocidade proveniente do movimento de um corpo (peça, máquina, ferramenta,pessoa, etc.) em um determinado ambiente.
Temperatura do forno de tempera (dentro da estufa de tempera):
Sensores Termopares - são sensores de temperatura simples, robustos e de baixo custo, sendo amplamente utilizados nos mais variados processos de medição de temperatura. Quando há uma diferença de temperatura entre a extremidade unida e as extremidades livres, verifica-se o surgimento de uma diferença de potencial que pode ser medida por um voltímetro.
Pressão dos cilindros (dentro da estufa de laminação):
Sensor Célula de Carga - Possuem alta precisão de medidas, baixo custo, excelente resposta dinâmica, excelente linearidade, fácil de instalar, funciona bem em água ou ambiente corrosivo.
Alerta de presença do caminhão para carregamento (plataforma de expedição):
Sensor de Feixe Contínuo ou Barreira - Medição de Presença por Meio Óptico. Baseado na interrupção do feixe luminoso pela obstrução provocada pela presença do objeto. Principal vantagem é a possibilidade de utilização com grandes distância em emissor e receptor, permitindo identificar a presença de objetos de grandes dimensões, como por exemplo, os caminhões de transporte.