Aula 1 Teorica

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FUNDAÇÃO EDSON QUEIROZ
UNIVERSIDADE DE FORTALEZA
Centro Ciências Tecnológicas - CCT
Curso Graduação em Engenharia Mecânica
DISCIPLINA: ELEMENTOS DE AUTOMAÇÃO
 
Prof. César 
Fortaleza – 2017
Disciplina
James Watt e a Máquina a Vapor
História da automação e algumas definições
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Estrutura da Apresentação
Objetivos Gerais: Apresentação da Disciplina e do Conteúdo Prévio;
Objetivos específicos: Entender o processo histórico da Automação. Entender e executar Leitura de Projetos com base na norma ISA
Elementos de Automação
Formas de trabalho:
Utilização de slides;
Utilização do quadro (conteúdo e exercícios);
Avaliação (1ª NP):
2 provas e uma 2ª chamada;
A 2ª chamada será para quem não fez uma das 2 primeiras.
Elementos de Automação
2ª NP;
2 Provas e uma 2ª Chamada;
Prova Prática: Apresentação do Dia T + Relatório com Questões Dirigidas (Regras Publicadas na Aula Prática)
As listas de exercícios serão publicadas regularmente
Questões dentro e fora da lista serão feitas em sala;
O gabarito são os arquivos das aulas
Elementos de Automação
No caso do estudante faltar algumas das aulas com exercícios fora da lista, o mesmo deverá procurar algum colega para obter o gabarito;
Caso o estudante saia mais cedo da aula terá apenas uma presença;
Outras atividades poderão ser acrescentadas devidamente após contrato didático complementar;
O gabarito das questões estarão nos slides.
Elementos de Automação
Frequência
Justificativa de faltas são apenas atestados (se trouxer atestado, detalhe os dias que você faltou);
Usar 25% das faltas para imprevistos;
Falta faz parte da avaliação. Mesmo que se tenha nota relevante para ir para final, por exemplo, o estudante será reprovado.
Elementos de Automação
A média das duas é a nota da NP;
Comunicação: Unifor on-line;
Celular (Proibido em sala de aula);
Metodologia: Objetivos de Ensino, Objetivos de Aprendizagem, Explicação do Conteúdo, Análise de Situações Contextualizadas e Exercícios.
Elementos de Automação
Algumas Referências 
ALVES, José Luiz Loureiro. Instrumentação, controle e automação de processos. 2ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010;
MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de automação industrial. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010;
PRUDENTE, Francesco. Automação industrial PLC: teoria e aplicações: curso básico. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011;
THOMAZINE, Daniel;	 BRAGA DE ALBUQUERQUE, P. U. Sensores industriais: Fundamentos e Aplicações. 4ª Ed. Editora Érica.
Elementos de Automação
Algumas Referências 
AGUIRRE, Luís Antônio. Fundamentos de Instrumentação (BIBLIOTECA VIRTUAL)
ROSÁRIO, João Maurício. Princípios de Mecatrônica (BIBLIOTECA VIRTUAL)
Outras Fontes: No Plano de Ensino.
Elementos de Automação
CONTEÚDO
UNIDADE I: Sensores
OBJETIVOS
Analisar os fundamentos físicos de funcionamento dos sensores, desenvolvendo circuitos básicos.
Tópicos a serem estudados:
Resistivos;
Indutivos;
Capacitivos;
Ópticos;
Piezoelétricos e Extensiométricos;
Atividades Práticas de Laboratório (Laboratório em Reforma)
 
Elementos de Automação
CONTEÚDO
UNIDADE II: Transdutores e atuadores
OBJETIVOS
Aplicar os fundamentos físicos de funcionamento dos transdutores e atuadores, desenvolvendo circuitos básicos utilizando os diversos tipos destes elementos de circuito.
Tópicos a serem estudados:
Transdutores de posição, velocidade, inércia, pressão e temperatura;
Atuadores eletromecânicos;
Solenóides;
Relés;
Motores AC e DC;
Motores de passo;
Atividade prática de laboratório.
Elementos de Automação
CONTEÚDO
UNIDADE III - Sistemas analógicos e digitais 
Conhecer os sistemas analógicos e digitais, com auxílio das ferramentas da lógica booleana, utilizando as portas lógicas básicas e as operações lógicas correspondentes. 
03.01 - Sistemas analógicos; 
03.02 - Sistemas digitais; 
03.03 - Sistemas de numeração e conversões; 
03.04 - Operações lógicas; 
03.05 - Funções booleanas; 
03.06 - Portas lógicas; 
03.07 - Circuitos lógicos básicos; 
03.08 - Atividade prática de laboratório. 
Elementos de Automação
CONTEÚDO
UNIDADE IV - Controladores lógico-programáveis (CLPs) 
Conhecer e aplicar as linguagens de programação aplicadas aos CLPs. 
04.01 - Definição; 
04.02 - Introdução à linguagem; 
04.03 - Comandos básicos; 
04.04 - Lógica de programação; 
04.05 - Programas simples; 
04.06 - Atividade prática de laboratório. 
Elementos de Automação
CONTEÚDO
Unidade V – Noções Básicas de Controle de Processos.
OBJETIVOS
Conhecer a área de robótica industrial e suas aplicações.
Tópicos a serem estudados:
Controle em malha fechada;
Tipos de controladores;
Noções sobre controle analógico e digital;
Simulação de processos.
Elementos de Automação
CONTEÚDO
UNIDADE VI - Robótica industrial 
Conhecer a área de robótica industrial e suas aplicações. 
06.01 - Aplicações de robôs; 
06.02 - Movimentação de robôs; 
06.03 - Programação básica de robôs industriais; 
06.04 - Integração de células robotizadas. 
Elementos de Automação
Objetivos de Ensino: Conhecer sobre o histórico da automação, aplicações e simbologia em processos de automação nos dias atuais;
Objetivos de Aprendizagem: Ao final da apresentação do conteúdo, além dos esclarecimentos prévios, o estudante terá a capacidade de compreender a visão histórica e a evolução da automação até os dias atuais. Também será capaz de ler projetos em processos de automação através da norma ISA ou ABNT.
Iniciando o Conteúdo
Situação Problema/Estudo de Caso
Em que contexto se Iniciou a Automação? Resp: Na Engenharia Mecânica
Quais os padrões atuais nos processos em que se utilizam automação em Processos? Normas ISA, ABNT entre outros
Elementos de Automação
Máquina a Vapor
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Vapor faz pressão sobre cilindro.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Vapor força o pistão do cilindro.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Vapor de água fria é injetado no sistema e pistão desce.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
James Watt e a máquina a vapor
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Primeiro o vapor vai para a parte de cima forçando o pistão para baixo;
A ideia de Watt é de que, quando o pistão está na parte inferior do seu curso, a pressão deve ser utilizada para forçá-la de volta para cima;
Para tanto, o vapor é liberado para a parte debaixo do pistão. Na parte de baixo do cilindro, o pistão é movido para cima. E para evitar que o vapor no topo impeça o movimento para cima o fluxo de vapor na parte de cima é cortado e a conexão com o condensador é aberta.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Quando pistão está na parte do superior do seu curso o processo reinicia. A fonte de vapor é aberta acima do cilindro e fechada abaixo. Ao mesmo tempo a conexão para o condensador do vapor já utilizado é aberta.
Com esta técnica, Watt pôde utilizar os movimentos para cima e para baixo do pistão.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
James Watt e a máquina a vapor
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Por que Automatizar? (Evolução da automação industrial após máquina a vapor)
Após Watt surgiram dois sistemas pioneiros que contribuíram com a automação: Álgebra Booleana (George Boole) e Método de Tabulação por Cartões (Herman Hollerith);
Álgebra Booleana: estruturas algébricas que “captam as propriedades essenciais” de operadores lógicos.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
1946: Criação do 1º Computador – ENIAC (Eletronic Numerical Integrator Analyzer and Computer);
Espaço de 180 metros quadrados;
ENIAC: Funcionava com válvulas eletrônicas e relés, 5000 cálculos aritméticos por segundo.
Elementos de AutomaçãoNoções de Simbologia e Projetos em Automação
Na segunda geração de computadores eletrônicos, apareceu o transistor, não consumia tanta energia e eram 100 vezes menores que as válvulas.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
A indústria dos computadores chegaram a pastilhas de silício que fizeram aparecer o circuito integrado;
Primeiros serviços dos robôs: indústria automotiva;
Computação gráfica interativa nos anos 50.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Surgimento do CAD: Computer Aided Design – Projeto auxiliado pelo computador.
CAM: Computer Aided Manufacturing (Fabricação Assistida por Computador).
 - Programa para fabricação de peças desenhadas em CAD.
Antes do cad, canetas naquim, borracha, réguas etc;
Depois do cad: arquivos sob forma de disket, com possibilidade de impressão.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Sistema cad/cam: projeto controlado pela automação;
Gerente de processo deve dominar a automação.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Em 1969 surgiram os controladores usados na indústria com base nos que eram já utilizados pela Gerneral Motors;
Esses controladores possuíam: facilidade de programação, alta confiabilidade nas medições, mínimo de 4000 palavras de memória entre outros;
Em 1970 os controladores passaram a ter microprocessadores e passaram a ser chamados e Controladores Lógicos Programáveis.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Os conceitos básicos de Mecanização, Instrumentação e Automação
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Mecanização
Ferramentas que substituem ou auxiliam o trabalho humano. Exemplos: roda, alavanca, ferramentas em geral etc;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Introdução à instrumentação
Todo processo de transformação dos estados envolvem certos parâmetros a serem controlados;
Ex: Pressão, Vazão, Nível, etc.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Introdução à instrumentação
Ex: Medição de Energia Elétrica em Residências;
São realizadas três atividades distintas (medição, alimentação e intertravamento).
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Introdução à instrumentação
Outro exemplo: eletrodoméstico;
Passa por um regulador de tensão;
Ou seja, uma atividade de controle.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Instrumentação (Definição):
Instrumentação é definida como a “ciência que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de medição e controle de processos”;
Para controlar um processo industrial é necessária a medição e o controle de uma série de variáveis físicas e químicas; para isso é utilizada a instrumentação.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Instrumentação (Objetivo): 
Auxiliar a Automação de Processos industriais.
“Instrumento: dispositivo utilizado para medição direta ou indireta, monitoração, e/ou controle de uma variável, incluindo elementos primários, indicadores, controladores, elementos finais de controle, dispositivos computadores, e dispositivos elétricos, tais como anunciadores, chaves e botoeiras.” [ISA 5.1 - 2009].
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Necessidade de automatizar
A utilização de instrumentos permite:
1. incrementar e controlar a qualidade do produto;
2. aumentar a produção de rendimento.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Necessidade de automatizar
3. Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e da quantidade produzida;
4. Fornecimento de dados relativos à economia dos processos.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Necessidade de automatizar
A necessidade de medição de pressão surgiu com o aumento no número de explosões em fornos;
Com o auxílio da eletrônica, a cada dia se torna mais comum a utilização de CLP’s etc.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Automação industrial (Definição)
“Aplicação de Técnicas, softwares e/ou equipamentos específicos em uma determinada máquina ou processo industrial, com o objetivo de:
Aumentar a eficiência;
Maximizar a produção com o menor consumo de energia e/ou matérias-primas.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Automação industrial (Definição)
Menor emissão de resíduos;
Melhores condições de segurança;
Reduzir o esforço ou a interferência humana sobre esse processo ou máquina.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Exemplos: 
Técnicas: Teoria de Controles nos processos – Controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo);
Equipamentos Específicos: Instrumentos de Medição, SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído), CLP, válvulas de controle, variadores de velocidade;
Processos Industriais: Destilação de petróleo, Hidrotratamento, Craqueamento Catalítico etc.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Objetivos:
Atendimento à legislação (ambiental, qualidade de produtos, segurança);
Qualidade de produtos (menor variabilidade dos processos);
Redução de custos (mão de obra);
Aumento da Produção (Competitividade e Lucratividade).
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Terminologia e Simbologia na Instrumentação industrial
RANGE (Faixa de medida): Conjunto de valores compreendido dentro de um limite superior e inferior;
Exemplo
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Terminologia e Simbologia na Instrumentação industrial
SPAN (Alcance): É a diferença algébrica entre o valor superior e o valor inferior da faixa de medida do instrumento;
Exemplo
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Terminologia e Simbologia na Instrumentação industrial
ERRO: Diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento, em relação real da variável medida;
Exemplo
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia de Instrumentação
Segue Normas Nacionais e Internacionais
Normas Nacionais
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Algumas normas que estão inseridas no contexto de automação industrial e controle
ISO 5167 - Measurement of Fluid Flow by Means of Pressure Differential Devices Inserted in Circular-Cross;
ISO 7240 - Fire Detection and Alarm System;
ISO 8573-1 - Compressed Air - Part 1: Contaminants and Purity Classes;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Algumas normas que estão inseridas no contexto de automação industrial e controle
AGA REPORT 9 - Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters;
API MPMS - Manual of Petroleum Measurement Standards
API RP 551 - Process Measurement Instrumentation;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Algumas normas que estão inseridas no contexto de automação industrial e controle
ASME B16.5 - Pipe Flanges and Flanged Fittings NPS 1/2 Through NPS 24 Metric/Inch Standard;
ASME B16.10 - Face-to-Face and End-to-End Dimensions of Valves;
ASME B16.36 - Orifice Flanges.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL
Unidade I: Terminologia/Simbologia de Instrumentação/elementos de uma Malha de Controle
AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL
Unidade I: Terminologia/Simbologia de Instrumentação/elementos de uma Malha de Controle
AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL
Unidade I: Terminologia/Simbologia de Instrumentação/elementos de uma Malha de Controle
Identificação Funcional
Número da Malha: Todos os instrumentos da malha devem apresentar o mesmo número.
Exemplo de Identificação Funcional
Elementos deAutomação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
A identificação funcional deverá ser estabelecida de acordo com a função do instrumento ou função programada e não de acordo com sua construção;
Assim, um transmissor de pressão diferencial usado para medição de nível deverá ser identificado por LT e não PDT;
Um indicador de nível (que usa sensor de pressão) e um pressostato (chave de pressão, também para indicar certo nível) conectado à saída de um transmissor pneumático de nível deverão ser identificados respectivamente como LI e LS;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Assim, uma válvula de controle variando a vazão de acordo com a saída de um controlador de nível, é uma LV e não uma FV, pois nível é a variável a ser controlada. 
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
A letra modificadora altera ou complementa o significado da letra precedente;
As letras modificadoras podem modificar ou a primeira letra ou as letras sucessivas, como aplicável;
Assim, TDAL contém dois modificadores: A letra “D” modifica a variável medida “T” em uma nova variável: temperatura diferencial. A letra “L” restringe a função de leitura Alarme “A”, para representar um alarme de baixo (Low – L). de nível, é uma LV e não uma FV;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Ex.: PDIAL = indicador de pressão diferencial (modificador de pressão) com alarme (modificador de indicador) baixa (modificador de alarme). 
Letras sempre em maiúsculas 
Letras subsequentes em qualquer ordem (exceto CV, válvula de controle auto-atuada);
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Se para a mesma malha há mais de um instrumento com mesma identif. funcional, um sufixo pode ser adicionado (ex.: FV-2A, FV-2B); 
Um instrumento deve ser identificado considerando todas as suas funções (ex.: registrador de vazão e pressão FR-2/PR-3);
Para cada função deve haver círculos concêntricos tangenciais (ex.: controlador de temperatura com chave de nível ).
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
O número de letras não deve ultrapassar 4. Se o instrumento é registrador e indicador da mesma variável, o “I” pode ser omitido;
Em fluxogramas não é obrigatório identificar todos os elementos de uma malha;
Ex.: uma placa de orifício, uma válvula e elementos podem ser omitidos para se representar instrumentos mais importantes. 
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme norma ABNT (NBR - 8190)
Conexão do processo, ligação mecânica ou suprimento do instrumento:
Sinal pneumático ou sinal indefinido para diagramas de processo:
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme norma ABNT (NBR - 8190)
Sinal elétrico
Tubo capilar (sistema cheio):
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme norma ABNT (NBR - 8190)
Sinal Hidráulico:
Sinal Eletromagnético ou sônico (sem fios)
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL
Unidade I: Terminologia/Simbologia de Instrumentação/elementos de uma Malha de Controle
Simbologia de identificação de instrumentos
Instrumentação de Vazão
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Finalidades;
Aplicação na Indústria;
Aplicação nas atividades de trabalho;
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Classificação para classes de instrumentos;
Conteúdo da Identificação da Função;
Conteúdo de Identificação da Malha.
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Elementos de Automação
Unidade I – Sensores Resistivos
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Alimentação ou conexão ao processo
Sinal indefinido
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Sinal Pneumático
Sinal elétrico
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Sinal Hidráulico
Tubo Capilar
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Simbologia conforme ISA (Institute of Standard American)
Sinal Sônico ou Eletromagnético
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Alguns Símbolos Gerais de Instrumentos ou Funções
Alguns Símbolos Gerais de Instrumentos ou Funções
Alguns Símbolos Gerais de Instrumentos ou Funções
Alguns Símbolos Gerais de Instrumentos ou Funções
Alguns Símbolos Gerais de Instrumentos ou Funções
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Elementos de Automação
Noções de Simbologia e Projetos em Automação
Malhas de Controle (principais equipamentos)
Malhas de Controle (principais equipamentos)
Característica: Controle de Malha Fechada (sinal de feed back);
Elemento Primário: Sensor de Temperatura;
Controlador: Onde se observa a variável do processo (PV), o Set Point (SP) e a Variável Manipulada (MV);
O Controle de Temperatura se dá pelo ajuste da válvula.
Estudo Simplificado
Bibliografia
James Watt e a Máquina a Vapor. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=CfZ2bnqFS88&t=1s> . Acesso em 23/06/2017.
Moraes, Cícero Couto. Engenharia de Automação Industrial. 2ª ed. Rio de Janeiro, LTC 2010. (Unidade 2)
THOMAZINE, Daniel;	 BRAGA DE ALBUQUERQUE, P. U. Sensores industriais: Fundamentos e Aplicações. 4ª Ed. Editora Érica. (Capítulo 1)
Referências
Bibliografia
Gedweb: Normas Técnicas da UNIFOR
Norma ISA 5.1
Referências
FUNDAÇÃO EDSON QUEIROZ
UNIVERSIDADE DE FORTALEZA
Centro Ciências Tecnológicas - CCT
Curso Graduação em Engenharia Mecânica
DISCIPLINA: ELEMENTOS DE AUTOMAÇÃO
 
Prof. César 
Fortaleza – 2017