Elementos_de_Automa__o_Aula_3_Instrumenta__o

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Instrumentação 
Professor: Ricardo Maria 
Instrumentação é a ciência que aplica e 
desenvolve técnicas para adequação de 
instrumentos de medição, transmissão, 
indicação, registro e controle de variáveis 
físicas em equipamentos nos processos 
industriais. 
Instrumentação 
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Nas indústrias caracterizadas como 
“indústrias de processos”, a instrumentação 
de campo faz parte do sistema de controle 
e de automação. 
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As principais grandezas físicas encontradas 
e medidas em tais processos industriais são 
pressão, nível, vazão, temperatura, massa, 
velocidade angular entre outras. 
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Os instrumentos em sistemas de 
automação são interligados para 
realizar uma determinada tarefa de 
controle ou monitoramento em 
processos industriais. 
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A um conjunto desses instrumentos 
chama-se malha, e os instrumentos que 
compõem uma malha são então 
classificados pela função que executam. 
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Transdutores: são os dispositivos ou elementos que 
detectam alterações nas variáveis físicas de 
processo e fornecem uma grandeza de saída em 
geral elétrica. O elemento do transdutor, ou 
elemento primário, que entra em contato direto 
com a variável física a ser medida (mensurando) é 
denominado sensor. Quando o elemento é 
responsável pela “detecção” de determinada 
condição no processo pode ser também 
denominado detector. 
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Transmissor: instrumento que tem a função de 
converter sinais do transdutor, geralmente 
sinais elétricos de baixa potência, em outra 
forma de sinal (analógico ou digital) capaz de 
ser enviada à distância para um instrumento 
receptor, normalmente localizado longe do 
ponto de medição. 
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Indicador: instrumento para indicação visual da 
quantidade medida e eventualmente enviada por 
um transmissor. Todo instrumento indicador 
possui uma faixa de indicação. 
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Registrador: instrumento que registra 
graficamente valores instantâneos medidos 
ao longo do tempo, valores estes enviados 
por transmissores, controladores, etc. 
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Unidade Aritmética: instrumento que realiza 
operações aritméticas em seus sinais de entrada de 
acordo com uma determinada expressão, e fornece 
um sinal de saída resultante. 
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Integrador: Instrumento que indica e/ou 
registra um valor obtido pela integração de 
sinais medidos em determinado período de 
tempo. 
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Controlador: Instrumento que compara um valor 
medido (variável primária “PV”) com um valor 
desejado (referência ou set point ou “SP”) e, 
baseado na diferença entre eles (erro), emite um 
sinal de correção (variável manipulada ou “MV”) a 
fim de que a atuação no processo causada pela 
variável manipulada leve o erro calculado a zero. 
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Elemento final de controle ou atuador: 
Instrumento cuja função é a de transformar um 
sinal (MV) vindo em geral de um controlador 
em uma atuação física efetiva no processo, por 
exemplo, válvulas, motores ou atuadores 
pneumáticos. 
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Elementos 
sensores 
Transmissores 
Indicadores 
Registradores 
Instrumentação 
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Elemento final de Controle 
Instrumentação 
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Instrumentação 
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Classificação por sinal 
 Elementos Pneumáticos: Neles é utilizado 
um gás comprimido para modulação do sinal, 
cuja pressão é alterada conforme o valor que 
se deseja representar. 
Instrumentação 
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Uma grande vantagem em seu utilizar 
instrumentos pneumáticos está no fato de 
se poder operá-Ios com segurança em áreas 
onde existe risco de explosão (refinarias de 
petróleo, por exemplo). 
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Elementos Pneumáticos 
desvantagens: 
Necessidade de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para 
suprimento e sinalização. 
Necessidade de equipamentos auxiliares tais como compressores, 
filtros, unidades de tratamento, etc, para fornecer aos 
instrumentos ar comprimido devidamente tratado. 
Devido ao atraso intrínseco e à perda de carga na transmissão de 
sinais pneumáticos, estes não podem ser enviados à longa 
distância, sem o uso de reforçadores. Normalmente a transmissão é 
limitada a aproximadamente 100 m. 
Vazamentos ao longo da linha de transmissão, nas conexões ou 
mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados. 
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Elementos Hidráulicos: Similar ao pneumático e 
com desvantagens equivalentes, o tipo hidráulico 
utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos 
hidráulicos para transmissão de sinal ou potência. É 
especialmente utilizado em aplicações onde torque 
elevado é necessário ou quando o processo envolve 
pressões elevadas. 
Instrumentação 
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As vantagens relacionadas ao uso de 
instrumentos hidráulicos estão relacionadas 
à capacidade destes em gerar grandes forças 
e assim acionar com resposta rápida 
equipamentos de grande carga e dimensão. 
Instrumentação 
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Elementos Hidráulicos desvantagens: 
Necessidade de tubulações de óleo para transmissão e suprimento. 
Necessidade de inspeção periódica do nível de óleo bem como sua 
troca. 
Necessidade de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, 
filtros e bombas. 
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Elétrico Analógico 
A modulação de sinais é realizada na corrente ou na tensão 
de sinais elétricos. Assim como no caso da transmissão 
pneumática, o sinal elétrico analógico é linearmente 
modulado 
em uma faixa padronizada que representa a faixa de valores 
possíveis entre o limite mínimo e máximo de 
uma variável física em um processo industrial qualquer. 
Como padrão para transmissão a longas distâncias 
são utilizados sinais em corrente contínua modulados entre 4 
a 20 mA. 
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Elétrico Analógico vantagens 
Possibilidade de transmissão em longas distâncias sem 
atenuações. 
Pouca necessidade de equipamentos auxiliares. 
Alta disponibilidade de sistemas para a interface com 
computadores. 
Instrumentação 
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Elétrico Analógico desvantagens 
Exige a utilização de instrumentos e diretrizes 
especiais em projetos de instalações localizadas 
em áreas com riscos de explosão ou risco de 
incêndio. ( câmeras de vídeo próximo à área com 
temperatura elevada ) 
Os cabos de transmissão de sinal devem ser 
protegidos contra ruídos. 
 
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Elétrico Digital 
Nesse tipo de sinal, "pacotes de informações" 
sobre a variável medida ou outras informações 
relacionadas ao processo industrial são enviados 
através de sinais digitais modulados e 
padronizados. Para que a comunicação entre o 
elemento transmissor receptor seja realizada com 
êxito, adota-se uma "linguagem" padrão ou 
protocolo de comunicação, similarmente às redes 
de computadores utilizadas em escritórios. 
 
Instrumentação 
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Elétrico Digital vantagens 
 
Podem-se utilizar distintos meios (ex. cabos elétricos, 
fibra óptica, wireless) para a transmissão dos dados. 
Em geral, este tipo de sinal é relativamente imune a 
ruídos externos. 
Permitem ampla gama de funções de configurações, 
diagnósticos de falha e ajustes remotos nos 
instrumentos. 
 
 
Instrumentação 
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Elétrico Digital desvantagens 
 
Existência de distintos protocolos e tecnologias no 
mercado, o que dificulta a comunicação entre 
equipamentos de origens diferentes. 
Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação em 
um sistema sem redundância, podem-seperder 
informações e/ou o controle de malhas. 
 
 
 
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Instrumentação 
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Instrumentação 
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Medição 
 
Conjunto de operações que tem por 
objetivo determinar um valor de uma 
grandeza. As operações podem ser feitas 
automaticamente. 
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Metrologia 
A Metrologia é a ciência da medição. 
Abrange todos os aspectos teóricos e 
práticos relativos às medições, qualquer 
que seja a incerteza, em quaisquer campos 
da ciência ou tecnologia. 
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Método de medição 
Sequencia lógica de operações, descritas 
genericamente, usadas na execução das 
medições. Podem ser qualificados de 
várias maneiras. 
Instrumentação 
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Procedimento de medição 
Conjunto de operações, descritas especificamente, 
usado de acordo com um determinado método. Um 
procedimento de medição é usualmente registrado 
em um documento, que algumas vezes é 
denominado procedimento de medição ( ou método 
de medição) e normalmente tem detalhes 
suficientes para permitir que um operador execute a 
medição sem informações adicionais. 
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Resultados de Medição 
 
Resultado de uma medição: Valor atribuído 
a um mensurando obtido por medição. 
Quando um resultado é dado, deve-se 
indicar claramente a que ele se refere: à 
indicação, ao resultado não corrigido ou ao 
resultado corrigido e se corresponde ao 
valor médio de várias medições. 
 
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Indicação (de um Instrumento de medição) 
 
Valor de uma grandeza fornecido por um 
instrumento de medição. O valor lido no 
dispositivo mostrador pode ser 
denominado de indicação direta. 
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Resultado não corrigido 
Resultado de uma medição antes da 
correção devido aos erros sistemáticos. 
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Resultado corrigido 
Resultado de uma medição após a 
correção devido aos erros sistemáticos 
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Exatidão de medição 
Grau de concordância entre o resultado 
de uma medição e um valor verdadeiro 
do mensurando. A exatidão é um 
conceito qualitativo. 
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Repetibilidade (de resultados de medições ) 
 
 Grau de concordância entre os resultados de 
medições sucessivas de um mesmo 
mensurando efetuadas sob as mesmas 
condições de medição. 
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Incerteza de medição 
 
Parâmetro associado ao resultado de uma 
medição, que caracteriza a dispersão dos valores 
que podem ser fundamentalmente atribuídos a um 
mensurando. O parâmetro pode ser, por exemplo, 
um desvio padrão( ou um múltiplo dele). 
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Erro (de medição) 
Resultado de uma medição menos o valor 
verdadeiro do mensurando. Uma vez que o valor 
verdadeiro não pode ser determinado, utiliza-se, 
na prática um valor verdadeiro convencional. 
 Ex: Valor lido= 190oC; valor real= 200oC; erro= -
10oC 
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Desvio 
É o valor real subtraido do seu valor de 
referência. 
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Correção 
Valor adicionado algebricamente ao 
resultado não corrigido de uma medição 
para compensar um erro sistemático. 
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Ajuste (de um instrumento) de 
medição: 
Operação destinada a fazer com que 
um instrumento de medição tenha 
desempenho compatível com seu uso. 
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Regulagem (de um instrumento ) de medição: 
Ajuste, empregando somente os recursos 
disponíveis no instrumento para o usuário. 
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Calibração ou Aferição (de um instrumento) de medição 
 
Conjunto de operações que estabelece, sob condições 
especificadas, a relação entre os valores indicados por um 
instrumento de medição ou sistema de medição ou valores 
representados por uma medida materializada ou um material 
de referência, e os valores correspondentes das grandezas 
estabelecidos por padrões.