TTULO TODO EM LETRAS MAISCULAS NO ESTILO
ATPS: Engenharia de Controle e Automao
FACULDADE ANHANGUERA DE SO JOS DOS CAMPOSCURSO DE BACHARELADO EM
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAOHerison ngelo Moreira RA:
[email protected] Higgeti de SouzaRA:
[email protected]
Leonardo AmaralRA: [email protected]
RodolfoRamos MarquesRA: [email protected] Marcos
Paulo da SilvaRA: [email protected] Rogrio dos
Santos Seni RA: [email protected]
orientador:
Eng. Alexandre JunqueiraAnhanguera
[email protected] de sensores.ResumoO desafio desta
ATPS consiste em especificar dados tcnicos contendo os tipos de
sensores que sero necessrios e adequa-los para cada parte do
processo de produo de azeite de oliva. Palavras-Chave: Tipos de
sensoresabstractThe challenge of this ATPS is to specify technical
data containing the types of sensors that are necessary and
suitable for them to every part of the olive oil production
process.
Keywords: Sensor TypesIndiceAssunto
pgina 1- medio de vazo e presso
3 1.2 - Conceitos fsicos para medio de vazo
5
1.3 - Tipos dos Medidores de Vazo 7
2 - Equaes para o Clculo da Vazo
8
2.1- Medidores de Diferencial de Presso
10 3- Como especificar Transmissores de Presso
10
4- Transmissores de Temperatura, Conversores e Isoladores de
Sinais
12 5- Sensores Indutivo
13 6- Sensores Capacitivos
14 7- Sensor de fluxo mecatrnico
15
8- Concluso
15
9 Bibliografia
16 1. MEDIO DE VAZO
1.1 A vazo a terceira grandeza mais medida nos processos
industriais. As aplicaes so muitas, indo desde aplicaes simples
como a medio de vazo de gua em estaes de tratamento e residncias,
at medio de gases industriais e combustveis, passando por medies
mais complexas. A escolha correta de um determinado instrumento
para medio de vazo depende de vrios fatores. Dentre estes, pode-se
destacar: exatido desejada para a medio
tipo de fluido: lquido ou gs, limpo ou sujo, nmero de fases,
condutividade eltrica, transparncia, etc.
condies termodinmicas: por exemplo, nveis de presso e
temperatura nos quais o medidor deve atuar
espao fsico disponvel, Figura 1 : Variveis de processo
A medio de vazo de fluidos sempre esteve presente em nosso
dia-a-dia.Por exemplo. o hidrmetro de uma residncia, o marcador de
uma bomba de combustvel nos veculos, etc.
Na Histria, grandes nomes marcaram suas contribuies. Em 1502
Leonardo da Vinci observou que a quantidade de gua por unidade de
tempo que escoava em um rio era a mesma em qualquer parte,
independente da largura, profundidade, inclinao e outros. Mas o
desenvolvimento de dispositivos prticos s foi possvel com o
surgimento da era industrial e o trabalho de pesquisadores como
Bernoulli, Pitot e outros.
Vejamos inicialmente alguns conceitos para entendermos melhor a
medio de vazo.
Como podemos definir vazo
Vazo pode ser definida como sendo a quantidade volumtrica ou
mssica de um fluido que escoa atravs de uma seo de uma tubulao ou
canal por unidade de tempo.
Vazo Volumtrica definida como sendo a quantidade em volume que
escoa atravs de certa seco em um intervalo de tempo considerado. As
unidades volumtricas mais comuns so: m3/s, m3/h, l/h, l/min, GPM
(gales por minuto), Nm3/h (normal metro cbico por hora), SCFH
(normal p cbico por hora), entre outras.
, onde: V = volume, t = tempo, Q = vazo volumtrica.
Vazo mssica definida como sendo a quantidade em massa de um
fluido que escoa atravs de certa seco em um intervalo de tempo
considerado. As unidades de vazo mssica mais utilizadas so: kg/s,
kg/h, t/h, lb/h.
, onde: m = massa, t = tempo, Qm = vazo mssica
1.2 Conceitos fsicos para medio de vazo
Para medio de vazo se faz necessrio rever alguns conceitos
relativos a fluidos, pois os mesmos influenciam na vazo de modo
geral. A seguir, os principais deles:
Calor Especfico
Define-se calor especfico como o quociente da quantidade
infinitesimal de calor fornecido a uma unidade de massa de uma
substncia pela variao infinitesimal de temperatura resultante deste
aquecimento.
Na prtica, temos: A quantidade de calor necessria para mudar a
temperatura de 1 grama de uma substncia em 1C.
Viscosidade
definida como sendo a resistncia ao escoamento de um fluido em
um duto qualquer. Esta resistncia provocar uma perda de carga
adicional que dever ser considerada na medio de vazo.
Nmero de Reynolds
Nmero adimensional utilizado para determinar se o escoamento se
processa em regime laminar ou turbulento. Sua determinao importante
como parmetro modificador do coeficiente de descarga.
onde :
v velocidade (m/s)D dimetro do duto (m) - viscosidade cinemtica
(m2/s)
Observao: Na prtica, se Re > 2.320, o fluxo turbulento, caso
contrrio sempre laminar.
Nas medies de vazo na indstria, o regime de escoamento na
maioria dos casos turbulento com Re > 5.000.
Distribuio de Velocidade em um Duto
Em regime de escoamento no interior de um duto, a velocidade no
ser a mesma em todos os pontos. Ser mxima no ponto central do duto
e mnima na parede do duto.
Regime Laminar caracterizado por um perfil de velocidade mais
acentuado, onde as diferenas de velocidades so maiores
Figura 2: Perfil de Velocidades em regime laminar
Regime Turbulento caracterizado por um perfil de velocidade mais
uniforme que o perfil laminar. Suas diferenas de velocidade so
menores
Figura 3: Perfil de Velocidade em regime turbulento
1.3 - Tipos dos Medidores de Vazo
Resumidamente, podemos classificar os medidores de vazo, segundo
o quadro abaixo:
Figura 4 - Classificao dos medidores de vazo2 - Equaes para o
Clculo da VazoAs equaes para o clculo da vazo podem ser obtidas
genericamente para os trs tipos de medidores apresentados.
Aplica-se a Equao da Conservao da Massa, bem como a Equao da
Conservao da Energia, sendo esta ltima na sua forma simplificada,
que a Equao de Bernoulli. Assim para o escoamento atravs de uma
reduo de rea, considerando-o ideal e tomando uma linha de corrente
entre os pontos 1 e 2, conforme a figura 5.
Figura 5 Escoamento com estrangulamento
A equao de Bernoulli aplicada ao escomento ideal, entre os
pontos 1 e 2 da figura, resulta na equao seguinte:
onde o primeiro termo representa a energia cintica, o segundo a
energia de presso, proveniente do trabalho de escoamento, enquanto
o terceiro termo representa a energia potencial. Idnticas parcelas
existem do lado direito, para o ponto 2. Esta igualdade significa
que a soma das trs parcelas uma constante ao longo de uma linha de
corrente, no havendo perdas por atrito. Para o escoamento na posio
horizontal, no h variao de energia potencial, sendo z1 = z2. Usando
a equao da conservao da massa entre as sees 1 e 2, para o
escoamento incompressvel, tem-se que:
Sendo A a rea da seo transversal e a razo entre os dimetros do
medidor e da tubulao, = D2/D1 (ou d/D, conforme a notao), pode-se
isolar uma das velocidades na equao (1), obtendo-se a equao
seguinte:
A vazo pode ser ento obtida, multiplicando-se esta velocidade
pela respectiva rea, equao (4). A vazo no caso uma vazo ideal, pois
foi obtida atravs da equao de Bernoulli, para o escoamento
ideal.
Tomando-se o caso mais extremo, em que o ponto 2 est situado
sobre a vena contracta, pode-se definir um coeficiente de contrao
da veia principal, que a razo entre a rea da vena contracta A2, e a
rea de passagem do medidor, Am. Assim:
A vazo real pode ser obtida multiplicando-se a vazo ideal por um
coeficiente de correo Cv. Este coeficiente inclui as correes
relativas perda de energia entre os pontos 1 e 2, entre os quais se
obtm o diferencial de presso. Parte deste diferencial decorrente da
acelerao do escoamento e parte provm da perda de carga. Esta ltima
age sempre no sentido de aumentar o diferencial, razo pela qual o
valor de Cv sempre inferior unidade. Assim, tendo em conta estas
correes e a rea do medidor Am, a equao para a vazo dada por:
O coeficiente Cc difere da unidade apenas na placa de orifcio,
quando as tomadas de presso no so as de canto (corner taps). No
caso deste tipo de tomada a vena contracta existe, mas a presso est
sendo lida junto placa, de forma que a rea A2 pode ser considerada
como a rea do orifcio Am. Em funo da dificuldade de se determinar
todos os coeficientes da equao (6), prefere-se ignorar o prprio Cc
e introduzir os coeficientes C e K, de modo que esta equao assuma
as seguintes formas:
2.1. Medidores de Diferencial de PressoO princpio de
funcionamento baseia-se no uso de uma mudana de rea de escoamento,
atravs de uma reduo de dimetro ou de um obstculo, ou ainda atravs
de uma mudana na direo do escoamento. Estas mudanas de rea ou de
direo provocam uma acelerao local do escoamento, alterando a
velocidade e, em consequncia, a presso local. A variao de presso
proporcional ao quadrado da vazo. So medidores j bastante
conhecidos, normalizados e de baixo custo. Estima-se que abranjam
50% de utilizao na medio de vazo de lquidos.
So compostos de um elemento primrio e um elemento secundrio. O
elemento primrio est associado prpria tubulao, interferindo com o
escoamento e fornecendo o diferencial de presso. O elemento
secundrio o responsvel pela leitura deste diferencial e pode ser um
simples manmetro de coluna lquida, em suas diferentes verses, ou at
mesmo um transdutor mais complexo, com aquisio e tratamento
eletrnico do valor de presso lido.3. Como especificar Transmissores
de Presso
Especificaes incompletas ou mesmo com dados inconsistentes so
bastante comuns na documentao para compra de transmissores de
presso. A primeira vista parecem itens simples de projeto, porm so
muitos os detalhes que, se no corretamente especificados, podero
gerar um prejuzo na hora da montagem ou mesmo durante a operao,
podendo este ser maior que os valores dos equipamentos
envolvidos.
Este tpico procura esclarecer algumas questes fundamentais no
processo de especificao de transmissores de presso. Vale lembrar
que importante ter os seguintes conhecimentos:
Princpios fsicos da medio de presso;
Tipos de presso que podem ser medidas;
Sensores e seu funcionamento;
Instrumentao industrial;
Instalao e cuidados na operao e manuteno;
Principais aplicaes.
O que se pretende medir?
Presso manomtrica;
Presso absoluta;
Presso diferencial;
Outras grandezas inferidas a partir de medies de presso (vazo,
nvel, volume, fora, densidade, etc).
Vale ressaltar que as medies de presses abaixo da atmosfrica no
necessariamente requerem transmissores de presso absoluta. Os
transmissores de presso absoluta so recomendados apenas quando se
quer evitar as influncias das variaes da presso atmosfrica. Essa
influncia s ser crtica quando se mede presses muito prximas (acima
ou abaixo) da presso atmosfrica. Nos demais casos pode-se usar sem
problemas transmissores de presso manomtrica.
Para que medir presso?Em geral mede-se presso para:
Controle ou monitorao de processos;
Proteo (segurana);
Controle de qualidade;
Transaes comerciais de fluidos (transferncias de custdia, medio
fiscal);
Estudos e pesquisas;
Balanos de massa e energia.
Esses objetivos devem ser considerados na escolha dos
equipamentos. Quesitos mais rigorosos de desempenho tais como:
exatido, limites de sobre presso e presso esttica, estabilidade e
outros podem encarecer desnecessariamente o projeto.
Todos os fabricantes em geral oferecem ao mercado mais de uma
verso de transmissores com caractersticas tcnicas distintas e
obviamente com preos tambm distintos.4. - Transmissores de
Temperatura, Conversores e Isoladores de Sinais.4.1- O transmissor
de temperatura lder do setor oferece confiabilidade inigualvel de
campo e solues inovadoras para medio de processos.
Preciso e estabilidade superiores
Capacidade de sensor simples e duplo com entradas universais do
sensor (RTD, T/C, mV, ohms)
Oferta abrangente de sensores e diagnsticos de processo
Certificao de segurana IEC 61508
Alojamento de compartimento duplo
Grande mostrador LCD
4 a 20 mA/HART com revises selecionveis (5 e 7)
FOUNDATION Fieldbus, em conformidade com as normas ITK 6.0 e
NE107
Figura 6- Transmissor de temperatura
5- Sensores Indutivos
Sensores Indutivos Os sensores de proximidade indutivo so
equipamentos eletrnicos capazes de detectar a aproximao de peas
metlicas como componentes mveis em mquinas, acionadores,
posicionadores, etc, em substituio s tradicionais chaves fim de
curso. A deteco ocorre sem que haja o contato fsico entre um
acionador metlico e o sensor, aumentando a vida til do sensor por
no possuir peas mveis sujeitas a desgastes mecnicos. Eles so usados
em aplicaes que requerem confiabilidade, preciso na deteco do
objeto, grande nmero de comutaes e alta velocidade de operao. O
funcionamento se baseia na gerao de um campo eletromagntico de alta
frequncia, desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face
sensora. Quando o objeto metlico se aproxima h uma variao do sinal
que comparada com um sinal padro atuando o estgio da sada.
Figura 7 Funcionamento do sensor indutivo
6- Sensores CapacitivosJ os sensores capacitivos podem detectar
a presena ou a aproximao de materiais orgnicos, plsticos, ps,
lquidos, madeiras, papis, metais, etc. O funcionamento baseia-se em
um campo eltrico desenvolvido por um oscilador controlado por
capacitor. O capacitor formado por duas placas metlicas, carregadas
com cargas eltricas opostas, montadas na face censora, de forma a
projetar o campo eltrico para fora do sensor, formando assim um
capacitor com dieltrico ar. Quando aproximamos um material, o
dieltrico se altera, alterando sua capacitncia e provocando uma
mudana no circuito oscilador. Esta variao convertida em um sinal
contnuo, que comparado com um valor padro, passa a atuar o estgio
de sada. Com os sensores capacitivos podemos detectar alguns
materiais dentro de outros, como por exemplos lquidos dentro de
garrafas, reservatrios com visores transparentes, ps dentro de
embalagens, etc.
Figura 8-Funcionamento do sensor capacitivo
7- Sensor de fluxo mecatrnicoO sensor de fluxo funciona de
acordo com o princpio do pisto apoiado por mola: o pisto situado na
base de vlvula de uma caixa levantado contra a elasticidade da mola
pelo meio em fluxo. A consulta da posio do pisto efetuada por um
sensor de campo magntico e emitida como sinal analgico.
A elasticidade da mola provoca uma reposio segura do pisto para
a posio de sada em caso de diminuio do fluxo. Deste modo, a colocao
do sensor de fluxo independente da posio, impedindo-se um refluxo.
O desacoplamento da temperatura do sensor do valor de medio pelo
sistema electrnico permite que este sensor possa ser especialmente
aplicado para meios no intervalo de alta temperatura at 180 C. Os
aparelhos esto isentos de manuteno.
Campo de aplicao:fluidos lquidos (gua, solues de glicol)
Figura 8- Sensor de fluxo
8- Concluso
Este artigo nos mostrou um pouco de como devemos especificar os
sensores que estaro atuando intricadamente no processo de qualquer
linha de produo, seja ela qumica, petroqumica, automotiva,
aeronutica, naval entre outros. Vimos tambm um pouco sobre o
mercado e sua tendncia de crescimento e os cuidados referentes s
instalaes, s especificaes e terminologias adotadas para
transmissores.9 Bibliografia
Conceitos fsicos para medio de vazo-
SENAI- Esprito Santo
Tipos dos Medidores de Vazo
-
SENAI- Esprito Santo
Equaes para o Clculo da Vazo
-
SENAI- Esprito Santo Medidores de Diferencial de Presso
-
SENAI- Esprito Santo Como especificar Transmissores de Presso
-
SENAI- Esprito Santo Transmissores de Temperatura, Conversores e
Isoladores de Sinais- SENAI- Esprito Santo
Sensores Indutivo
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Sensores Capacitivos
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