Processos e Sistemas Industriais

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Processos industriais 
O processo industrial é o conjunto organizado de operações realizadas dentro de uma 
fábrica com o objetivo de transformar matérias primas. 
 Todo processo industrial possui duas condições fundamentais 
. Estado inicial - é a condição do sistema antes que ocorre qualquer transformação. 
. Estado final - é a condição obtida após reaizaçao das operações do processo. 
 Os processos industriais precisam ser controlados e monitorados porque pequenas 
variações podem gerar. 
 . Desperdício de matéria prima. 
 . Perda da qualidade. 
. Risco de acidentes. 
. Aumento de gastos. 
Por isso surge a necessidade de sistemas de controle e automação. 
 Sistema - segundo o IEEE, “ uma combinação de componentes que atuam em conjunto 
para executar uma função. 
 Esse sistema possui elementos interligados que trabalham para atingir um objetivo comum. 
 Todo sistema geralmente apresenta: 
 Entrada (Input) - informações ou materiais que entram no sistema. 
 Processamento - etapa que ocorre transformação. 
 Saída (Output) - resultado final produzido pelo sistema. 
 Um processo industrial é considerado um subsistema, pois faz parte de um sistema 
produtivo maior. 
 Malhas de Controle: 
 . Malha aberta - sistema não verifica se o resultado final foi realmente alcançado. 
 
. Malha Fechada. - sistema mede a saída, compara com a entrada desejada e corrige o erro 
automaticamente para manter estabilidade. 
 
 
 
 
 
 
Sistema de Controle. 
 Um Sistema de Controle é definido como um conjunto de componentes que atuam para 
manter uma variável dentro de um valor desejado, compensando perturbações externas. 
Para que isso ocorra, cinco elementos fundamentais trabalham em um ciclo fechado (Malha 
Fechada). 
1. Variável de Processo (PV) ou de Controle 
É a grandeza física que se deseja monitorar e manter estável. Na instrumentação industrial, 
as mais comuns são: 
 * Temperatura (medida em °C). 
 * Pressão (medida em bar, PSI ou Pa). 
 * Vazão (fluxo de líquidos ou gases). 
 * Nível (quantidade de material em reservatórios). 
2. Setpoint (SP) / Valor de Referência 
É o valor ideal ou desejado para a variável de controle, definido pelo operador ou pelo 
sistema de gestão. 
 * Exemplo: Em uma turbina a vapor, o Setpoint pode ser uma temperatura constante de 
360°C para garantir a eficiência energética. 
3. Sensor (Elemento de Medição) 
É o dispositivo que "sente" o estado atual da variável e a converte em um sinal (geralmente 
elétrico). 
 * Transdutores: Convertem a grandeza física em sinal. 
 * Transmissores: Envia esse sinal para o controlador, muitas vezes padronizado em 4-20 
mA. 
 * Exemplos: Termopares, PT100 (temperatura), sensores ultrassônicos (nível). 
4. Controlador (O Cérebro) 
 Sua função é puramente lógica e matemática. Ele recebe o sinal do sensor, compara-o com 
o Setpoint e calcula o Erro (Erro = SP - PV). 
 * Ação: Com base no erro, ele decide qual comando enviar ao atuador para corrigir o 
processo. 
 * Hardware: O dispositivo mais utilizado na indústria é o CLP (Controlador Lógico 
Programável). 
5. Atuador (O Músculo) 
É o elemento que recebe o sinal do controlador e executa a ação física necessária para 
alterar o processo e eliminar o erro. 
 * Exemplos: Motores, bombas, resistências elétricas. 
 * Elemento Final de Controle: Frequentemente é uma Válvula de Controle ou uma 
Solenoide que abre ou fecha para regular a entrada de matéria-prima ou energia. 
Dinâmica e Estrutura de Controle. 
 Os processos indústrias são na maioria dinâmicos onde as variáveis mudam 
constantemente, por isso os sistemas de controle precisam reagir rapidamente as 
mudanças para manter o processo estável. 
 Enquanto os sistemas estáticos possuem saídas que dependem apenas das entradas 
atuas, os sistemas dinâmicos possuem “memória” ou comportamento variável no 
tempo/eventos, sendo o foco da automação industrial. 
# Sistemas quanto á Medição. 
 Sistemas Contínuos: Variáveis medidas permanentemente ao longo do tempo. 
 Sistemas Amostrados: Variáveis medidas em intervalo de tempos específicos (comum em 
sistemas digitais). 
 
 
. Sinal Analógico vs Digital 
 O sinal Analógico é a representação direta da grandeza, mas sofre com ruídos e 
degradação. O sinal digital, embora sofra com a quantizaçao (precisão limitada pelo número 
de bits) oferece imunidade a ruídos e uma capacidade de processamento e armazenamento 
infinitamente superior. 
# Sistemas quanto á Controle 
 O controle é a aplicações de ações pré-planejadas para que o objeto atinga objetivos 
específicos. 
. Sistema de Variáveis Contínuas - SVC: Controlam Grandezas Físicas. 
 O foco é manter uma variável física cravada em um valor de referência. 
 
. Sistema de Eventos Discretos - SED: Controlam Sequência de Operações. 
 Buscam garantir que etapa ocorram na ordem corretas. 
 
 O controle de processo em SED iniciou-se com a utilização dos relés . contatores e 
temporizados constituem a base dos projetos de controles 
de processos de manufatura. 
Comando: botoeiras , chaves 
Atuação : válvulas, solenoides, contadores 
Destacar: potenciômetros, taco membros 
Monitoração: lâmpadas, buzinas 
Realização: circuitos elétricos. CLP. 
 
 
 
Automação Industrial 
 A automação industrial é a área da engenharia que estuda e aplica tecnologias capazes de 
substituir ou reduzir a intervenção humana em processos produtivos. 
 A automação permite que máquinas executem tarefas de forma automática seguindo 
regras previamente programadas. 
 Além disso ela possibilita coleta de dados precisa, o que permite melhorar continuamente o 
processo produtivo . 
 A automacao surgiu principalmente devido a necessidade de aumentar eficiência e 
competitividade industrial . 
 Arquitetura da automação. 
 A arquitetura industrial é organizada em camadas estruturais que integram desde o chão 
de fábrica até a gestão. 
 . Nível de campo 
é onde estão os dispositivos diretamente conectados ao processo. 
 Sensores/ válvulas/ motores/ atuadores 
 Esses dispositivos interagem diretamente com o processo físico. 
. Nível de controle 
 responsável por tomar decisões automaticas. 
 CLP(controlador logístico programável)/ controladores industriais. 
Eles recebem sinais dos sensores e enviam comando aos atuadores. 
. Nível de supervisão 
 nível onde estão os sistemas responsáveis por monitorar o processo. 
 Eles permitem; 
 Visualizar dados do processo, controlar equipamentos, restaurar histórico. 
. Sistema de Gestão 
 integra o sistema de automação com a gestão da empresa. 
 Planejamento da produção / sistema Erp/ análise de dados indústrias . 
Pirâmide de Automação 
 
 
 
 A pirâmide da automação representa os sistemas de uma indústria, são organizados do 
nível físico das máquinas até o gerenciamento da empresa. 
 Na base da pirâmide estão os dispositivos como sensores ativadores motores e válvulas. 
Eles tem a função de medir variáveis do processo e executar ações físicas nas máquinas. 
 Logo acima está o CLP, que recebe sinal dos sensores, processa essas informações e 
envia comandos para os atuadores. Ele é responsável pelo controle automático do 
processo. 
 No nível seguinte fica a supervisão, onde sistemas surpevisorisis permitem monitorar o 
processo em tempo real, visualizar dados, gerar alarmes e permitir intervenção do operador. 
Depois vem o o gerenciamento da planta que controla a producao da fábrica, organizando a 
fabricação o uso de recursos e a eficiência das máquinas. 
 No topo está a gestão empresarial, onde sistemas de gestão integram informações a 
produção com área como logística, planejamento, venda e finanças. 
Instrumentação Industrial 
 A instrumentação é a área que estuda e aplica instrumentos para medir e controlar 
grandezas físicas ou químicas. 
 Temperatura, pressão, vazão, tensão e corrente. 
 Enquanto a instrumentação foca em "medir", a automação foca em "controlar", visando 
reduzir a mão de obra e tornar o processo o mais automático possível. 
 * Sensores e Detectores: 
 Dispositivos que detectam a variável do processo.Exemplos: Termômetro, pressostato, voltímetro e amperímetro. 
 * Transmissores: 
 Convertem o sinal do sensor em um sinal padrão para transmissão a longas distâncias. 
 * Conversores: 
Alteram a natureza do sinal para que diferentes equipamentos se comuniquem. 
 
 
 Exemplo : Analógico para Digital. 
 * Indicadores e Registradores: 
Permitem a visualização local ou o armazenamento histórico dos dados medidos. 
 * Controlador (Cérebro): 
 Compara o valor medido pelo sensor com o Setpoint (valor de referência desejado) e 
decide a ação necessária. 
 Exemplos: CLP (Controlador Lógico Programável) e computadores industriais. 
 * Atuador: 
 Executa a ação física decidida pelo controlador 
 Exemplo: solenoides que controlam válvulas de gás). 
 * Elemento Final de Controle: 
 O dispositivo que modifica diretamente a variável do processo, como válvulas, resistências 
de aquecimento ou sistemas de resfriamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividades . 
1 - De acordo com a pirâmide de Automação, transcreva os parâmetros dentro do processo 
industrial aplicando todos os parâmetros para automatizar uma melhoria. 
 
Dentro de um processo industrial real, a pirâmide da automação organiza os elementos de 
forma hierárquica para garantir controle, eficiência e melhoria contínua. 
 Aplicação prática visando melhoria do processo 
Nível de Campo (Base) - Neste nível estão os dispositivos que atuam diretamente no 
processo físico. 
Sensores → medem variáveis como temperatura, pressão, vazão e nível 
Atuadores → executam ações físicas (motores, válvulas, resistências) 
Melhoria aplicada: 
Instalação de sensores mais precisos reduz erros de medição → melhora a qualidade do 
produto e evita desperdício. 
Nível de Controle - Responsável pela tomada de decisão automática. 
. CLP recebe sinais dos sensores 
. Processa os dados 
. Envia comandos aos atuadores 
Melhoria aplicada: 
 
 
Uso de lógica automatizada para corrigir desvios em tempo real → evita falhas humanas e 
aumenta a estabilidade do processo. 
Nível de Supervisão - Permite o acompanhamento do processo. 
. Monitoramento em tempo real 
. Interface com operador 
. Alarmes e históricos 
Melhoria aplicada: 
Identificação rápida de falhas → redução de paradas e aumento da produtividade. 
Nível de Gerenciamento da Produção - Organiza a produção da fábrica. 
. Controle de recursos 
. Planejamento da produção 
. Eficiência operacional 
Melhoria aplicada: 
Otimização do uso de matéria-prima → redução de custos. 
Nível de Gestão Empresarial (Topo) - Integra o processo produtivo com a empresa. 
. ERP 
. Logística 
. Planejamento estratégico 
Melhoria aplicada: 
Tomada de decisão baseada em dados → aumento da competitividade industrial. 
 
2 - Você é engenheiro da área e precisar indicar a integração dos elementos na próxima 
reunião de planejamento, a fim de indicar a produção de insumo X.Monte seu diagrama 
básico de acordo com itens listados para defender na próxima reunião. 
Indicador 
❑ Integrador❑ Registrador❑ Controlador❑ Conversor❑ Atuador❑ Transmissor❑ 
Elemento Final de Controle❑ Detector 
 
Diagrama Básico de Integração dos Elementos 
 
 
Aqui você precisa mostrar como os elementos se conectam dentro de um sistema de 
controle (malha fechada). 
Fluxo lógico do sistema (ordem correta) 
Detector (Sensor) - Responsável por captar a variável do processo 
Ex: temperatura, pressão 
Transmissor - Converte o sinal do sensor para um padrão (ex: 4–20 mA) 
Conversor - Altera o tipo de sinal se necessário 
Ex: analógico → digital 
Controlador (CLP) 
* Recebe o sinal 
* Compara com o Setpoint 
* Calcula o erro 
* Define ação corretiva 
Integrador 
* Integra dados ao longo do tempo 
* Muito usado em controle contínuo (ex: PID) 
Atuador - Executa a ação definida pelo controlador 
Ex: motor, bomba 
Elemento Final de Controle - Dispositivo que altera diretamente o processo 
Ex: válvula de controle 
Indicador - Mostra o valor atual da variável ao operador 
Registrador - Armazena dados históricos do processo 
Resumo do funcionamento: 
O sistema mede → interpreta → decide → age → verifica novamente. 
Isso garante controle automático e estabilidade do processo. 
 
 
 
3 - Defina parâmetros de como e o porque automatizar este processo? 
▪ Analise de processos 
▪ Escolha de tecnologias 
▪ Objetivos 
▪ Implementação 
▪ Infraestrutura 
 A automação não é feita de qualquer forma — ela exige planejamento técnico. 
Análise de Processos 
Antes de automatizar, é necessário entender o processo: 
* Identificar variáveis críticas (temperatura, pressão etc.) 
* Mapear falhas e gargalos 
* Avaliar riscos e desperdícios 
Por quê? 
Evita automatizar um processo ineficiente → primeiro otimiza, depois automatiza. 
Escolha de Tecnologias 
Definir quais dispositivos serão utilizados: 
* Sensores adequados 
* CLPs 
* Sistemas supervisórios (SCADA) 
* Redes industriais 
 
 
Por quê? 
A tecnologia define a precisão, confiabilidade e custo do sistema. 
Objetivos da Automação 
Determinar o que se deseja alcançar: 
* Redução de custos 
* Aumento da produtividade 
* Melhoria da qualidade 
* Segurança operacional 
Por quê? 
Sem objetivo claro, a automação perde eficiência e direção. 
Implementação 
Colocar o sistema em funcionamento: 
* Instalação de equipamentos 
* Programação do CLP 
* Testes e calibração 
Por quê? 
Garante que o sistema funcione corretamente antes da operação real. 
Infraestrutura 
Base necessária para suportar a automação: 
* Energia elétrica estável 
* Redes de comunicação industrial 
* Painéis e cabeamento 
* Segurança do sistema 
Por quê? 
Sem infraestrutura adequada, o sistema falha mesmo sendo bem projetado.