8/19/2019 ARTIGO SABADO as Soluções Em Metrologia e Instrumentação

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As soluções em metrologia e instrumentação 

Esta conceituação pode ser associada à área de trabalho dos técnicos e engenheiros de processo, quelidam com os aparelhos do processo produtivo, mas também pode referir-se aos vários métodos eutilizações possíveis para os instrumentos. Em diversos mecanismos dos mais variados setores daindústria, a instrumentação serve para agilizar um processo de forma que garanta o seu rendimento,transformando a energia produzida em trabalho na concepção do produto ou processo resultante. Assimsendo, a instrumentação está sujeita a algumas variáveis de processo na transferência de energia:pressão, nível, vazão, temperatura, caudal; densidade; viscosidade; pH; radiação; corrente elétrica; tensão

elétrica; indutância; capacitância; freqüência; entre várias outras propriedades físicas e químicas dosprocessos e materiais.

Os instrumentos são caracterizados por meio dos seguintes fatores: aplicação, desempenho, operação,físico, econômico. Aplicação é a área técnica para a qual o instrumento é adequado, (ex. análiseexperimental de tensões, química analítica ou foto - elasticidade). O desempenho se apresenta através deaspectos básicos como: características estáticas dos instrumentos (precisão, exatidão, incerteza);características dinâmicas, como velocidade; e capacidade, que consiste nos limites físicos típicos emáximos de desempenho do instrumento.

Dentro dos aspectos operacionais, estão as características físicas básicas: configuração física,dimensional, massa e volume; requerimentos de transporte e armazenamento; critérios de segurança esaúde para o operador. Também faz parte, do caráter operacional, a confiabilidade, que trata da

capacidade de um instrumento executar uma certa função sob determinadas condições, ou seja, aprobabilidade de não falhar em um certo tempo. Parâmetros com MTBF usualmente são fornecidos. Amanutenção é mais uma característica operacional: no caso de falha no instrumento, qual seria aprobabilidade, dentro de um certo intervalo de tempo, do instrumento a ser consertado.

Os aspectos físicos dizem respeito 

à interface elétrica (potência, comunicações, compatibilidadeelectromagnética); interface mecânica (características mecânicas típicas do instrumento e métodos demontagem do instrumento); e a interface térmica (necessidades do instrumento para remoção de calor econtrole de temperatura interno ou externo). Ao serem considerados os aspectos econômicos, devem serlevados em conta o

 

custo inicial, operacional, de instalação e as peças de reposição.

Considerando que o indivíduo a operar a máquina possui limites sensoriais como qualquer ser humano,inúmeras soluções para a área de instrumentação são criadas com o objetivo de facilitar as condições de

trabalho, realizar uma interface homem - máquina adequada, apresentar informações de forma a permitirsua correta interpretação e posicionar e implementar mecanismos de controle aptos a serem utilizados peloser humano, assim como também facilitar a execução dos processos da forma mais eficaz e aindadisponibilizar mecanismos mais rentáveis. Os instrumentos e aparelhos se apresentam de formaindependente ou interligada. Existem vários métodos de classificação de instrumentos de medição. Dentreos quais podemos ter: por função, sinal transmitido ou tipo de sinal. Os instrumentos podem estarinterligados entre si suprimento, para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. Aconexão desses instrumentos chama-se malha. Numa malha, cada instrumento executa uma tarefa.

Para o controle de tais processos, existem os mostradores, que permitem a apresentação de informaçãoquantitativa, qualitativa, de informações de seu status, da forma gráfica, assim como, a apresentação deinformações de forma alfanumérica ou simbólica. Os controladores também introduzem informaçõesquantitativas, alfanuméricas ou simbólicas, e ainda dispõem controles de emergência. Geralmente, os

instrumentos estão ligados a um sistema de controle qualquer, o qual analisa a medição enviada peloinstrumento.

 A resposta programada no sistema de controle vai atuar dispositivos de controle inseridos no processo.Este ciclo de atualização dos valores das variáveis manipuladas, medida dos valores das variáveiscontroladas para se gerar a resposta adequada é a forma mais simples de descrever os conceitosassociados ao controle de processos.

Os dispositivos de controle utilizados são normalmente considerados como parte integrante dainstrumentação, e podem ir desde os mais simples PLC’s (Controlador Lógico Programável, do inglêsProgrammable Logic Controller) até aos já mais avançados DCS’s (Sistema de Controle Distribuído, do

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inglês Distributed Control System). As entradas nestes dispositivos podem variar desde um pequenonúmero de variáveis medidas, até à ordem dos milhares. Dentro desse contexto, são feitos testes dequalificação para instrumentos e sensores, com a finalidade de adequar um instrumento ou sensor,estabelecendo sua qualificação para uma particular aplicação. Estes testes incluem procedimentos demedida com avaliações de: calibração estática, calibração dinâmica, ambiente operacional, durabilidade econfiabilidade.

 Além destes testes, outros procedimentos se fazem necessários para garantir todas as exigências daqualificação: exame visual, inspeção mecânica, testes para variações na excitação, teste para verificar

efeitos de warm-up, testes para ruídos de contato, testes de sobreexcitação e testes para efeitos deposição. Tais operações são fundamentais para o correto desempenho dos aparatos e da performance dotécnico-operador.

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seu suprimento. Emtodos os casos, existem vantagens e desvantagens. Cabe a cada indústria escolher a opção maisadequada ao seu ramo e verificar se esta se adapta aos processos em questão. No tipo pneumático, éutilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar. Nessecaso, a variação da pressão do gás é linearmente manipulada numa faixa específica, padronizadainternacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior até seu limitesuperior. O padrão de transmissão ou recepção de instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0kgf/cm² (aproximadamente 3 a 15 psi). Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em umvalor acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação. O gásmais utilizado para transmissão é o ar comprimido, pode ser o nitrogênio e, em casos específicos, o gásnatural. A grande e única vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumáticos está no fato de se poderoperá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás, por exemplo). Por outrolado, as desvantagens são muitas: necessidade de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seusuprimento e funcionamento; necessidade de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro,desumidificador etc.; para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partículas sólidas. Devido ao atrasoque ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores(normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100 m). Os vazamentos ao longo da linha detransmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados; não permite conexão direta aoscomputadores.

O tipo hidráulico funciona similarmente ao tipo pneumático, e utiliza-se da variação de pressão exercida emóleos hidráulicos para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde torque elevadoé necessário ou quando o processo envolve pressões elevadas. Podem gerar grandes forças e assimacionar equipamentos de grande peso e dimensão, também fornecem uma resposta rápida. Asdesvantagens estão na necessidade de tubulações de óleo para transmissão e suprimento; necessidadede inspeção periódica do nível de óleo bem como sua troca; necessidade de equipamentos auxiliares, taiscomo reservatório, filtros, bombas etc. A transmissão elétrica é feita utilizando sinais elétricos de correnteou tensão.

Frente à tecnologia disponível no mercado em relação à fabricação de instrumentos eletrônicosmicroprocessados, hoje, esse tipo de transmissão é amplamente adotado em todas as indústrias, onde nãoexiste o risco de explosão. Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de umavariável de um processo qualquer. Como padrão para transmissão a longas distâncias são utilizados sinaisem corrente contínua, variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente, tambémutiliza-se sinais em tensão contínua de 1 a 5V. As vantagens estão são: permitir transmissão para longasdistâncias sem perdas; dispõe da opção de alimentação feita pelos próprios fios que conduzem o sinal detransmissão; necessita de poucos equipamentos auxiliares; permite fácil conexão aos computadores; contacom fácil instalação; facilita a realização de operações matemáticas; e permite que o mesmo sinal(4~20mA) seja "lido" por mais de um instrumento, ligando em série os instrumentos.

Porém, existe um limite quanto à soma das resistências internas destes instrumentos, que não deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor. Esse tipo de transmissão possui as seguintesdesvantagens: necessita de técnico especializado para sua instalação e manutenção; exige utilização deinstrumentos e cuidados especiais em instalações localizadas em áreas de riscos; exige cuidados

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especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais; os cabos de sinal devem serprotegidos contra ruídos elétricos.

No tipo de transmissão digital, "pacotes de informações" sobre a variável medida são enviados para umaestação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a comunicação entre oelemento transmissor e o receptor seja realizada com êxito é utilizada uma "linguagem" padrão, chamadade protocolo de comunicação. Nesse caso, as vantagens são diversas: não há necessidade de ligaçãoponto a ponto por instrumento; pode-se utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dosdados; há imunidade a ruídos externos; disponibiliza configuração, diagnósticos de falha e ajuste em

qualquer ponto da malha; o custo final é menor.

Esse tipo de transmissão apresenta a desvantagem da existência de vários protocolos no mercado, o quedificulta a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes. Também é possível perder a informaçãoe/ou controle de várias malhas, caso ocorra rompimento no cabo de comunicação.

Na transmissão via rádio, o sinal ou um conjunto de sinais medidos são enviados à sua estação receptora,via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica. Nesse meio, não há necessidade de cabos desinal e é possível enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento. Contudo, o custo inicialé alto e são necessários técnicos altamente especializados.

 A transmissão dos sinais via modem é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação dosinal em freqüência, fase ou amplitude. Dessa forma, é possível transmitir dados a longas distâncias e o

custo para instalação é baixo. No entanto, também são necessários profissionais especializados, avelocidade na transmissão de dados é baixa, e está sujeito a interferências externas, inclusive violação deinformações.