Trabalho Completo Fundamentos De Automação Industrial

Fundamentos De Automação Industrial

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Categoria: Outras

Enviado por: danilao_santos 19 agosto 2013

Palavras: 12169 | Páginas: 49

Introdução

Os sistemas automatizados

A automação em nossas vidas

Em nosso dia-a-dia, estamos constantemente nos relacionando com sistemas automáticos, os quais foram criados basicamente para facilitar nossas vidas.

Convivemos com automação e quase nem notamos:

- Em casa : lavando a roupa numa lavadora automática; esquentando o leite das crianças em seu microondas; acionando o controle remoto para abrir o portão automático de sua garagem; lavando a louça do almoço de domingo na sua lavadora de louças automática, etc.

- Na rua: retirando dinheiro no caixa automático; sendo fotografado pelo sistema de controle de velocidade pelas ruas da cidade; usando os trens do metrô; fazendo compras com seu cartão de crédito, etc.

- No trabalho: registrando o seu ponto num coletor automático; programando um robô para fazer o trabalho pesado para você numa linha de produção; recebendo matéria-prima através de um sistema automático de transporte de carga; armazenando seu produto final num depósito automatizado; fazendo controle de qualidade através de sistemas de medição e aferição; controlando a temperatura de seu escritório ou de uma coluna de fracionamento de petróleo; acionando o sistema de combate a incêndios, etc.

- No lazer: pegando um refrigerante numa máquina automática ; caminhando numa esteira automática na sua academia; assistindo a um filme em seu videocassete; jogando videogame, etc.

Podemos dizer que nossa vida está cercada de automação por todos os lados. Nós mesmos somos um sistema automático e dos mais sofisticados!!

Nosso corpo é uma máquina composta de incríveis subsistemas autocontrolados:

• Visão;

• Digestão;

• Audição;

• Respiração;

• Equilíbrio;

• Movimentação;

• Entre outros.

Se pensarmos nos componentes básicos de um sistema automático:

• sensoriamento;

• comparação e controle;

• atuação.

Vemos que realmente nosso corpo é um prodigioso sistema de controle. Veja o caso do simples movimento de pegar um objeto. Usamos nossa visão (sensores) que envia ao cérebro sinais que possibilitam uma tomada de decisão (controle), o qual coordena e controla a ação dos movimentos do braço e da mão (atuadores).

Nesse mesmo processo, outros subsistemas estão envolvidos, sendo que outros "sensores" captam informações adicionais do tipo: textura, temperatura e peso, alimentando nosso "controlador" (cérebro) com dados que determinarão uma ação mais precisa de nossos "atuadores".

I- A automação

1. No meio produtivo

A automação, tão presente em nossas vidas, está presente também nos processos industriais, com o mesmo objetivo básico, que é facilitar os processos produtivos.

Quando falamos em facilitar os processos produtivos, estamos falando num sistema otimizado que é capaz de produzir bens com :

• menor custo;

• maior quantidade;

• menor tempo;

• maior qualidade.

Olhando por este aspecto, vemos que a automação está intimamente ligada aos sistemas de qualidade, pois é ela que garante a manutenção de uma produção sempre com as mesmas características e com alta produtividade, visando atender o cliente num menor prazo, com preço competitivo e com um produto de qualidade.

Pensando no meio ambiente, vemos também que a automação pode garantir o cumprimento das novas normas ambientais, através de sistemas de controle de efluentes (líquidos que sobram de um processo industrial), emissão de gases, possibilidade de uso de materiais limpos, reciclagem, etc.

Enfim, podemos afirmar que a automação tem papel de muita importância na sobrevivência das indústrias, pois garante a melhoria do processo produtivo e possibilita a competição nesse mercado globalizado, onde nosso concorrente mais próximo pode estar do outro lado do mundo!!

É importante que você entenda também que a automação veio para livrar o homem de :

• tarefas repetitivas;

• ambientes perigosos;

• ambientes insalubres;

• grande esforço físico.

A automação é capaz de manter o homem no domínio da situação no que se refere à produção industrial, porém numa posição mais confortável.

O homem, nessa situação, necessita cada vez mais usar o seu cérebro e cada vez menos seus músculos. Porém essa mudança faz com que os profissionais necessitem cada vez mais se especializar, buscando competências para o desenvolvimento de suas atividades. A reconversão, isto é, a adaptação a novos postos de trabalho e a qualificação profissional são condições primordiais.

O papel de preparar esse novo profissional é das escolas que deve contar com a apoio das indústrias, porém com a velocidade que ocorrem as mudanças tecnológicas, não é permitido ao profissional estar sempre num ambiente escolar para sua preparação. Então, o que fazer?

A conclusão que se chega é que o profissional cada vez mais terá que se autodesenvolver, provendo o seu próprio conhecimento, não só na área tecnológica, mas também em outras áreas, de modo mais amplo, como: economia, sociologia, comércio exterior, qualidade, relações humanas, meio ambiente, etc. A leitura de artigos em jornais, revistas ou até mesmo na Internet sobre temas da atualidade são importantíssimos para todos. A título de exemplo, leia o texto a seguir, presente no "site" do Ministério da Indústria, do Comércio e do Turismo, dentro de ações setoriais para o aumento da competitividade da indústria brasileira.

2. O mercado Brasileiro da década de 90

É importante que você saiba como anda o mercado brasileiro, pois isso lhe possibilitará uma análise da importância da automação para melhoria dos processos produtivos.

Colocamos na cor verde partes do texto que julgamos merecerem uma análise mais atenta.

3. A evolução recente da indústria e da economia

A economia brasileira vem passando, a partir do início da presente década, por intenso processo de reformas econômicas e institucionais destinadas à retomada do processo de desenvolvimento no contexto da internacionalização e especialização crescentes que caracterizam o novo padrão de expansão da economia mundial para o que é fundamental o objetivo da busca persistente da eficiência e da competitividade na atividade econômica.

Destacam-se, por sua importância decisiva para a competitividade da indústria brasileira, as reformas destinadas à liberalização do comércio externo e dos fluxos e das aplicações do capital estrangeiro, à estabilidade de preços, à privatização de empresas, à desregulamentação dos mercados de bens e serviços e à eliminação de distorções nos sistemas tributário e financeiro.

Sob os estímulos positivos e as pressões competitivas derivadas do novo contexto, a indústria brasileira vem passando por profundo processo de reestruturação com muito bons resultados já alcançados em vários segmentos produtivos e empresas. Entretanto, o desempenho industrial, em seu conjunto, tem ficado aquém das potencialidades do país. Para o aproveitamento integral do desempenho industrial do país devem-se realizar adequações adicionais e reorientações da política econômica.

As mudanças adotadas têm nitidamente favorecido à modernização e o aumento do poder competitivo do parque industrial brasileiro nos diferentes planos que afetam a competitividade: sistêmico, estrutural e empresarial. Os resultados já alcançados em termos de aumento da competitividade, de uma maneira geral, ainda não foram suficientes para contrabalançar o impacto das pressões competitivas geradas pela abertura econômica. Mais grave, entretanto, é que o impacto das mudanças tem afetado de modo muito desigual os diferentes setores industriais. A maior parte dos segmentos industriais e empresas, normalmente as de médio e pequeno portes, não têm respondido aos desafios do novo contexto no ritmo e na profundidade requeridas para imprimir ao conjunto do setor industrial um desempenho compatível com as necessidades de expansão da produção, do nível de emprego e das exportações para outros países.

Trata-se, entretanto, em sua maioria, de investimentos de complementação, reposição e modernização de unidades produtivas, que afetam positivamente a capacidade de produção, mas que tendem a exercer papel altamente destrutivo de postos de trabalho. O lento crescimento relativo da indústria tem muito a ver com o fato de o processo de investimento da economia ainda não haver avançado substancialmente, produzindo os estímulos de demanda necessários a uma maior expansão da demanda interna de produtos industriais.

O impacto diferenciado das mudanças sobre os setores da indústria

O setor industrial, especialmente a indústria de transformação, coloca-se entre as atividades econômicas mais afetadas pelas reformas que o País vem realizando, seja porque seus produtos são mais sujeitos à competição externa, seja porque o processo de desestatização e de desregulamentação avançou mais rápido nessa área. Os impactos ocorridos, entretanto, deram-se de modo bastante desigual entre seus diferentes setores.

O crescimento do período acha-se, em grande medida, explicado pelo comportamento de seis setores com taxas de expansão da produção acima da média, aqui denominados de Setores com Alto Desempenho: material elétrico e comunicações; produtos de matérias plásticas; bebidas; mobiliário; material de transporte; produtos alimentares. Esses setores, embora participando com 36,3% do PIB, contribuíram com 74,6% do crescimento do produto entre 1993 e 1996, mostrando o alto grau de concentração do crescimento da produção.

Em posição extremamente distinta, coloca-se o grupo de setores denominados de Baixo Desempenho, com taxas de crescimento da produção abaixo da média: papel e papelão; farmacêutica; borracha; mecânica; madeira; fumo; têxtil; vestuário, calçados e artefatos de tecidos; couros e peles. Esse grupo contribuiu negativamente com 5,8% para o crescimento do produto da indústria de transformação, não obstante sua participação de 32,1% no total, oferecendo uma ilustração eloqüente do seu baixo desempenho.

Por fim, vem o agrupamento de Intermediário Desempenho: minerais não metálicos; perfumaria, sabões e velas; química; metalúrgica. Esse grupo participava com 31,3 % do PIB e 22,2% da ocupação e sua contribuição para o aumento da produção e a redução do emprego manteve, aproximadamente, as mesmas proporções, o que indicaria um comportamento relativamente equilibrado para o contexto. Trata-se de agrupamento bem menos intensivo em mão-de-obra do que os outros dois grupos, porém sua contribuição para o aumento do desemprego foi o menos expressivo relativamente, não obstante um crescimento alto da produtividade da mão-de-obra. O desempenho exportador do grupo foi medíocre, com posição inferior aos outros dois grupos. As importações do grupo evoluíram a bases altas, porém abaixo da média da indústria de transformação. Sua contribuição para a variação negativa do saldo da balança comercial foi de 21%, bem inferior a sua contribuição para o crescimento do PIB industrial.

4. Situação atual da produção industrial no Brasil

A abertura comercial, a implementação do Plano Real e as demais reformas pelas quais está passando a economia brasileira, a partir de 1990, vêm impactando de forma diferenciada os segmentos da indústria e as empresas dentro de cada segmento industrial. Alguns segmentos têm reagido favoravelmente aos estímulos do novo contexto, porém a maioria tem apresentado dificuldades de ajustamento às novas condições.

Em conseqüência disso, o conjunto da indústria tem apresentado taxas de crescimento reduzidas, déficits crescentes no comércio exterior e grandes perdas de postos de trabalho, contribuindo, assim, para que na expansão da produção e do emprego na economia em seu conjunto, também, ocorram taxas abaixo das necessárias para evitar o agravamento dos problemas ocupacionais no país.

A indústria brasileira não estaria aumentando a competitividade na dimensão necessária para aproveitar os estímulos da expansão do mercado interno, nem tampouco acrescentando a presença de seus produtos nos mercados internacionais.

Vários setores vêm passando por intenso processo de reestruturação e redução do componente nacional da produção, que tem resultado no fechamento de empresas e no desaparecimento de segmentos produtivos, não compensado pelo aumento da competitividade e das exportações dos segmentos e empresas remanescentes.

Não seria transitório o impacto negativo que vem sendo observado? As mudanças que vêm ocorrendo não apontariam na direção de uma rápida recuperação do dinamismo industrial nos próximos anos? Caso contrário, que estratégias e ações adotar para superar as dificuldades?

Na procura de respostas a essas questões a Secretaria de Planejamento Industrial (SPI) e o Ministério de Indústria e Comércio (MICT) realizou uma série de reuniões com diversos setores industriais, o que permitiu, de forma participativa, ampla discussão sobre quais ações seriam necessárias para o aumento de competitividade setorial da indústria.

Quatro ordens de determinantes influenciam o desempenho da indústria:

Primeiro: a demanda de produtos industriais (interna e externa);

Segundo: o nível dos investimentos produtivos na indústria;

Terceiro: o ritmo da inovação tecnológica na indústria (novos produtos, novos processos, novos métodos de gestão e novas formas de organização);

Quarto: os custos associados a carências de infra-estrutura, inconsistências do sistema tributário, falhas dos mecanismos de financiamento, rigidez do mercado de trabalho, Tc (o chamado "custo Brasil").

Ações devem ocorrer para intensificar o processo de crescimento industrial do País, baseando-se em cinco estratégias principais:

• aumento da especialização da estrutura produtiva, segundo cadeias de produção altamente integradas na economia do país;

• crescimento intersetorial da produção mais equilibrado;

• enobrecimento dos produtos exportados;

• aumento da eficiência produtiva das empresas e melhoria da qualidade dos produtos;

• redução do Custo Brasil.

Essas cinco estratégias são fundamentais para que a indústria fortaleça sua capacidade exportadora e seu poder de competição no mercado interno, condição para voltar a ocupar a posição de setor relativamente dinâmico na economia.

5. Produção de automação industrial

Fazendo parte da chamada indústria eletroeletrônica, o segmento de Equipamentos de Automação Industrial é o mais frágil do complexo. O segmento comercializou mais de US$ 533 milhões em 1996, apresentando um crescimento de 7% no ano. O país apresenta elevados valores de importação de bens de automação industrial (US$ 1.223 milhões em 1966), que deverá ampliar-se no futuro, já que o fator mão-de-obra não é um ponto forte de competitividade em diversos setores industriais brasileiros, notadamente nos produtos em que o Sudeste Asiático é o principal fornecedor. Segundo um estudo da UNIDO, o Brasil necessita multiplicar em 100 o uso da automação em suas indústrias. Além dos equipamentos, há graves deficiências no país em gerência e uso de aplicativos de informática em planejamento e controle da produção.

6. Perspectivas de evolução da indústria e da economia brasileira

A economia brasileira possui indiscutíveis potencialidades para acelerar seu ritmo de expansão, melhorar a situação ocupacional e eliminar o desequilíbrio da balança comercial nos próximos anos, em função da nova moldura econômica e institucional que vem tomando forma a partir do início dos anos noventa. Isso dependerá da eficácia com que sejam consolidadas as reformas já iniciadas, implementadas as que ainda estão em fase inicial e, principalmente, reajustados e complementados determinados instrumentos de política econômica.

A heterogeneidade da estrutura econômica do País e a forma desigual como vêm reagindo seus diferentes segmentos ao novo contexto, requererá, ao lado das ações de caráter horizontal, tratamentos específicos voltados para a atenuação das heterogeneidades setoriais agravadas em período recente. As ações horizontais deverão continuar sendo predominantes, pelo simples fato de no novo contexto caber às forças do mercado papel precípuo na orientação do processo econômico. Isto, entretanto, não dispensará a priorização de setores específicos para tratamento especial.

O processo de globalização no qual o País estará cada vez mais inserido implica necessariamente a especialização da estrutura produtiva, especialmente no tocante à atividade industrial, o que requererá abrir espaços na estrutura produtiva para produtos importados produzidos em melhores condições de eficiência e, em compensação, intensificar a participação dos produtos de produção interna gerados em condições mais eficientes nos mercadosexternos. O MERCOSUL tem significado muito especial nesse contexto, porquanto representa um passo inicial no sentido do aprofundamento desse processo de especialização internacional da economia brasileira.

Essa especialização, para que seja eficaz não deve acarretar a desarticulação das cadeias produtivas da estrutura econômica com a substituição indiscriminada de produtos nacionais por produtos estrangeiros.

É fundamental que a especialização ocorra mediante o fortalecimento dos complexos produtivos internos para os quais o País revele maior aptidão natural e/ou construída a partir da capacitação tecnológica. Somente assim será possível assegurar um crescimento dinâmico e sustentado, capaz de melhorar a situação ocupacional e de não gerar desequilíbrios nas relações comerciais e financeiras internacionais, impeditivos do prosseguimento do processo de desenvolvimento.

O País tem avançado significativamente no campo da modernização de suas empresas e na adoção de técnicas avançadas de gestão e organização. O resultado disso são importantes avanços já realizados no aumento da produtividade da mão-de-obra e dos fatores de produção em conjunto. Com o aprofundamento desse esforço e sua difusão junto a vários segmentos e empresas ainda atrasados, estarão dadas as condições para a continuidade do aumento da eficiência no nível das empresas e no fortalecimento de suas posições nos mercados interno e externo.

A intensificação do processo de inovação tecnológica é indispensável para a competitividade das empresas nesta etapa. Aqui, o esforço que vem sendo realizado é ainda muito pequeno. Os gastos de P& D (Projeto e Desenvolvimento) do governo e das empresas precisam ser ampliados substancialmente nos próximos anos. Nesse aspecto residirá o potencial das empresas para dar maior sustentabilidade as exportações e melhorar seu aporte ao crescimento do País.

Em síntese, pode-se afirmar que a economia brasileira vem criando as condições institucionais e macroeconômicas adequadas à retomada do crescimento. Faltam ainda, entretanto, condições de caráter mais específico que corrijam distorções que o mercado vem gerando, de modo a eliminar desequilíbrios na estrutura produtiva, evitar o esgarçamento do tecido produtivo e produzir condições de competitividade adequadas ao novo contexto de crescente inserção internacional.”“.

Que tal o texto? Achou um pouco pesado? As informações apresentadas são muito importantes e atuais.

É importante refletir sobre o papel da automação nesse contexto. Qual pode ser o seu papel nessa nova ordem mundial?

II- Características

1.Automação e suas características

Sistemas automatizados, algumas vezes, são extremamente complexos porém, se observarmos suas partes, veremos que seus subsistemas possuem características comuns e de simples entendimento. Faça uma analogia com a construção de um grande edifício de 50 andares, com uma arquitetura moderna. Para levantar suas paredes o que é necessário?

- Tijolo, concreto (areia, cimento, cal e pedras) e ferragem. O prédio todo é composto de partes com componentes simples e com características bem conhecidas.

Considere então alguns exemplos:

2. Um aquário e a temperatura de sua água

Num aquário deve-se manter a água em torno da temperatura ambiente (25°C). Não é necessário ser muito rigoroso sendo que a temperatura pode variar de 23 a 28°C e até, em alguns casos, para eliminar doenças e forçar a reprodução, pode chegar a 35°C.

Nota-se que a temperatura da água pode variar e deve ser ajustada de acordo com a necessidade. Veja o esquema a seguir:

Temos um sensor de temperatura, que nada mais é que um termômetro de mercúrio, no qual foi acoplado um sistema mecânico de ajuste. Este sistema mecânico movimenta um contato metálico ao longo do corpo do termômetro. Quando o deslocamento do mercúrio alcança o ponto de ajuste, um contato elétrico é fechado, sendo ele ligado a um relé elétrico que, usando a alimentação da rede, faz desligar a resistência responsável pelo aquecimento da água. Então em forma de diagrama, nesse sistema temos:

Nesse processo (aquário), temos a necessidade de controlar a temperatura, que é medida através de um sensor (termômetro), que possibilita ao controlador, fazer uma comparação com um valor pré-ajustado (ponto de ajuste) e tomar a decisão de ligar ou desligar o atuador (resistência), mantendo a temperatura dentro de um limite considerado aceitável.

Note que existe uma influência da ação de aquecimento da água no valor medido pelo sensor de temperatura. A este ciclo fechado, chamaremos de agora em diante de malha fechada de controle, que também pode ser chamado de sistema de realimentação, no qual a saída do sistema influencia diretamente na situação de sua entrada. Em alguns processos, não existe a realimentação, isto é, a ação do atuador comandada pelo controlador não é observada por um sensor que realimenta o sistema. Imagine uma máquina de lavar roupa... por acaso temos um sensor de roupa limpa? Nesse caso temos um ciclo aberto de controle, que chamamos de malha aberta.

Outra consideração a fazer é a respeito de condições externas que podem influenciar na temperatura da água, chamadas de distúrbios. A temperatura do ambiente externo influencia diretamente no controle, determinando uma condição diferente de atuação no processo.

O controle apresentado no exemplo do aquário não possui precisão, isto é, nada garante que a temperatura permaneça exatamente no ponto ajustado, ou que fique oscilando em torno do valor ajustado. Esse tipo de controle chamamos de Liga/Desliga, o atuador (resistência) permanece em dois estados bem definidos (nenhuma corrente = desligado e máxima corrente = ligado). É considerado então um controle descontínuo.

A quantidade de informações e conceitos que podemos tirar de um sistema tão simples como esse é muito grande e resumem os conhecimentos necessários para o entendimento de um sistema automatizado. No texto acima procuramos colocá-los em negrito. Não se preocupe se alguns termos e conceitos não ficaram claros, na próxima unidade eles serão tratados novamente com mais detalhes.

3. Uma tanque de combustível e seu nível

Considere agora um tanque de combustível de uma distribuidora de petróleo. Abordemos duas situações de controle automatizados:

Medição descontínua - para segurança evitando o transbordamento ou esvaziamento abaixo de determinada posição mínima.

A medição descontínua normalmente é feita por sensores do tipo chave com dois estados, ativo ou não ativo. Considerando um contato elétrico, esse poderá estar aberto (possibilitando passagem de corrente) ou fechado (impedindo a passagem de corrente).

Medição contínua - para determinar a quantidade de combustível armazenado.

Além do sistema de segurança mostrado anteriormente, tem-se a necessidade de determinar a quantidade armazenada de um certo combustível dentro deste tanque. Nesse caso temos de utilizar um medidor que "sente" continuamente as variações da altura da coluna líquida no interior do tanque. Existem várias tecnologias que permitem esta medição as quais no momento não são relevantes. O que importa entender é que este medidor proporciona um sinal de saída contínuo, proporcional à altura do tanque.

Tendo o valor da altura dada pelo medidor e conhecendo a capacidade do tanque dada pelo formato do próprio tanque, é possível calcular a quantidade de combustível do tanque para cada condição de nível.

Vendo os exemplos acima você deve ter concluído que é possível ter sensores descontínuos (Liga/Desliga) e contínuos (chamados analógicos). A escolha do tipo de medição vai depender do que se pretende na automação. No caso do tanque, os dois controles podem estar presentes, cada um cuidando de sua parte no controle do sistema como um todo.

III- Princípios Básicos de Automação Industrial

Para entender o que é automação e quais são seus princípios, nada mais ilustrativo do que analisarmos exemplos de nossa vida diária, relacionando-os com o que queremos conhecer.

1. Automação (Automatização)

Definição: Sistema automático pelo qual os mecanismos controlam seu próprio funcionamento, quase sem a interferência do homem .

Exemplo:

Sua avó fazia café com coador de pano, alguns anos depois sua mãe já fazia o mesmo cafezinho porém usando coador de papel. Note que os utensílios evoluíram, porém não tinham livrado ainda nossas mãezinhas do trabalho de preparo: colocar a água para ferver;verificar visualmente se a água já chegou em seu ponto de ebulição; colocar a água fervendo no coador vagarosamente para não transbordar... Toda essa seqüência de preparo se resume em operações manuais e repetitivas.

Então, para alívio de nossas mães, surgiu à cafeteira elétrica. Essa máquina nada mais faz do que o mesmo cafezinho, feito manualmente, porém executa suas operações de forma automática.

Dizemos então que houve a automação do procedimento de preparo do café.

Então, você pode concluir que um sistema automático é aquele em que a operação manual executada pelo ser humano foi substituída por uma máquina que executa quase todas as operações em um determinado procedimento produtivo.

2. Mecanização X Automação

Na mecanização, as máquinas são colocadas para ajudar o homem, porém dependem de sua ação de controle para serem operadas. A "inteligência" do sistema está centrada no homem.

Na automação, as máquinas, além de livrarem o homem de esforços físicos, possuem também a capacidade do controle de suas operações. A "inteligência" está centrada na própria máquina. O homem tem o papel de supervisionar a ação dos sistemas automatizados.

Máquina Automática

Uma máquina automática, geralmente, representa um sistema no qual um processo programado é executado, quase que de forma autônoma, desde que tenha sido iniciado. A intervenção do homem neste caso não é necessária, seja de forma permanente ou com um ritmo específico.

3. Vantagens da aplicação da Automação

A aplicação da Automação oferece várias vantagens:

Técnica : Qualidade uniforme e permanente, velocidade de trabalho alta e constante.

Econômica : Alta produtividade, substituição do dispendioso trabalho feito pelo homem por máquinas.

Social : Livrar a humanidade da responsabilidade de atividades sujas, monótonas, difíceis ou perigosas.

IV. Automação Industrial

1. Definição

A automação industrial é definida tecnicamente como:

• a implementação de processos por meios automáticos;

• a teoria, arte ou técnica de tornar um processo mais automatizado;

• a investigação, projeto, desenvolvimento e aplicação de métodos de execução de processos automáticos autocontrolados;

• a conversão de um procedimento, processo ou equipamento para operar automaticamente.

Já sabemos que a automação visa facilitar os processos industriais produzindo bens com:

• menor custo;

• maior quantidade;

• menor tempo;

• maior qualidade.

Olhe a sua volta e procure encontrar exemplos de automação.

Outras definições:

Automático: “Que se move, regula ou opera por si mesmo: máquina automática. / Que se realiza por meios mecânicos."

Mecanismo: “Disposição das partes constitutivas de uma máquina; maquinismo."

Procedimento: "Processo, método."

Mecanizar: "Prover de máquinas e meios mecânicos".

2. Manufatura

Todo o trabalho executado pelo homem para produzir um bem qualquer, utilizando suas mãos, ferramentas ou máquinas, chamamos manufatura.

Desde o tempo do homem das cavernas, a manufatura vem mudando os destinos da história da humanidade. Da pedra lascada aos processos automatizados de hoje em dia, o conceito de manufatura é aplicado. Quando o homem construía suas ferramentas para caçar, lutar com seus predadores, plantar... produzindo um instrumento musical, preparando sua comida... Em todas essas atividades a manufatura estava e ainda está presente.

Hoje em dia costuma-se utilizar a palavra "manufatura" para significar produção, embora seu sentido original seja "fazer à mão". A palavra não representa a realidade atual, em que cada vez mais as máquinas substituem a habilidade manual do artesão.

Onde fica o papel do homem com a Tecnologia aplicada à Manufatura?

Outras definições:

Ferramenta: "Qualquer utensílio empregado nas artes e ofícios."

Máquina: "Aparelho ou instrumento próprio para comunicar movimento ou para aproveitar, pôr em ação ou transformar uma energia ou um agente natural; motor: máquina a vapor, máquina elétrica. / O conjunto orgânico das peças dum instrumento; maquinismo, mecanismo: a máquina do relógio."

3. Processo

Conjunto de operações e/ou transformações realizadas sobre um ou mais materiais, com a finalidade de variar pelo menos uma de suas propriedades físicas ou químicas.

Quando queremos preparar um café, precisamos seguir uma receita, usando utensílios domésticos para transformar ingredientes básicos num produto : um cafezinho bem quente. Para esta transformação é necessária alguma forma de energia.

A esse conjunto de fatores que contribuem para o objetivo final, que é a produção do cafezinho, chamamos de processo.

Nesse processo de produção, aos ingredientes, damos o nome de matéria-prima de entrada ou insumos, nesse caso:

• pó de café;

• água potável.

Aos utensílios chamamos de equipamentos, nesse caso:

• cafeteira;

• coador;

• filtro de papel;

• jarra refratária.

Temos, necessariamente, de possuir alguma forma de energia, que nesse caso gere calor, para efetuar a transformação dos ingredientes.

A receita tem a função de determinar as seqüências de preparo, os intervalos de tempo e a quantidade de matéria-prima envolvida. Ela nos mostra como fazer sempre um cafezinho com as mesmas características ou bem semelhantes.

Observe o diagrama a seguir, que é uma forma simplificada de simbolizar um processo.

O objetivo principal desse processo é o seu conjunto de atividades claramente identificadas e que representam o que o processo faz do início ao fim. Para identificar estas atividades, devemos responder às seguintes questões:

• onde o processo se inicia ?

• o que o processo inclui ?

• o que o processo não inclui ?

• onde o processo termina ?

Tente responder às perguntas acima, tomando como referência o processo de produção do cafezinho.

Outras definições:

Insumos: "Combinação dos fatores de produção (matérias-primas, horas trabalhadas, energia consumida, taxa de amortização, etc.) que entram na produção de determinada quantidade de bens ou serviço."

Matéria-prima: "A substância bruta principal e essencial com que é fabricada alguma coisa: as matérias-primas da indústria automobilística."

Energia: "Propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. [A energia pode ter várias formas (calorífica, cinética, elétrica, eletromagnética, mecânica, potencial, química, radiante), transformáveis umas nas outras, e cada uma capaz de provocar fenômenos bem determinados e característicos nos sistemas físicos. Em todas as transformações de energia há completa conservação dela, i. e., a energia não pode ser criada, mas apenas transformada (primeiro princípio da termodinâmica). A massa de um corpo pode-se transformar em energia, e a energia sob forma radiante pode transformar-se em um corpúsculo com massa.]"

• Que tal um cafezinho?

4. Processo descontínuo

Processo descontínuo é aquele cuja operação se dá em etapas. Assim, em primeiro lugar ocorre a alimentação do processo com matéria-prima, em seguida a reação e finalmente a retirada do produto final.

Se a produção não é excessivamente elevada, é muito mais interessante, economicamente falando, a construção de aparelhos de menor tamanho para efetuar este tipo de reação de forma descontínua, isto é, seguindo o sistema denominado em inglês de batch.

Outra característica interessante do processo descontínuo é que se pode mudar a produção com relativa facilidade.

Entenda melhor

Qualquer receita culinária é um bom exemplo de processo descontínuo. Por exemplo, ao se produzir iogurte, entra-se com uma quantidade de leite, outra de fermento lácteo, outra de polpa. Efetua-se a fermentação e o resultado é uma determinada quantidade de iogurte. Não se pode, por exemplo, entrar continuamente com quantidades de leite, fermento e polpa, e esperar que no final se obtenha o iogurte, pois temos uma reação que é feita com uma determinada quantidade de substâncias por vez, e que demanda certo tempo. Para mudar a produção de iogurte de morango para iogurte de coco basta mudar a polpa.

5. Representação esquemática de um processo descontínuo

No processo representado no esquema a seguir, temos um produto A e um produto B que são colocados no reator no qual, com a injeção de energia, se transformarão num produto C. Note que a cada início de um processo de batch, os passos se repetem a cada início de um novo lote.

Como exemplos industriais de um processo descontínuo temos algumas etapas de produção em indústrias químicas e indústrias de manufatura com características de produção em massa (seriada) ou em lotes.

Pense em exemplos de processo descontínuo que ocorrem em sua casa.

Outras definições:

Produção em massa: “Sistema de produção de um produto com pouca variação”.

Exemplo: automóveis e eletrodomésticos.”“.

Produção em lote: "Sistema de produção de uma quantidade média de um produto que pode ser repetido periodicamente. Exemplo: livros e roupas."

6. Processo contínuo

Entendem-se por processos contínuos aqueles em que existe uma entrada contínua de matéria-prima, um processamento e uma saída também contínuos do produto final.

Em geral, nesses tipos de processo não há acumulação de produtos, sendo que a saída é resultado da contínua combinação entre as matérias-primas da entrada.

Naturalmente, nos processos contínuos é impossível estabilizar esta equação na partida do processo, porém assim que os valores nominais de pressão, vazão, temperatura, etc, forem alcançados, a igualdade acima é satisfeita.

Para tomar um banho quente, normalmente você utiliza um chuveiro elétrico. Se você analisar o processo de aquecimento da água nesse chuveiro verá que existe uma entrada de água fria, que em contato com a resistência elétrica se aquece, fornecendo continuamente água quente para o seu banho.

Representação esquemática de um processo contínuo

Um processo de destilação de álcool pode ser assim representado.

Temos o caldo de cana fermentado entrando constantemente na parte de cima da coluna de destilação, e o vapor entrando em sua parte de baixo. A evaporação do vinho (caldo de cana fermentado) separa o álcool do vinhoto (sobra do processo), que se condensa nas bandejas da coluna. O álcool então é retirado, neste estágio chamado de álcool hidratado (o mesmo usado nos automóveis). Para obter o álcool anedio (99 °), é necessário mais um estágio de destilação e a utilização de catalisadores para retirada de água.

Note que o processo é contínuo, isto é, a saída de produto é constante (Álcool hidratado) dependendo da quantidade de matéria-prima de entrada (caldo de cana fermentado) e da energia fornecida ao sistema (vapor de água supersaturado). Note que existe um produto que sobra nesse processo que é o vinhoto. Parte dele é reprocessado, isto é, volta ao topo da coluna. O que sobra é usado como fertilizante nas plantações de cana-de-açúcar.

Pensando de forma mais global, podemos definir as indústrias como sendo de produção contínua ou descontínua. Porém em suas etapas de produção, mesmos as indústrias chamadas de produção contínua como uma petroquímica, podem ocorrer processos internos de produção em lote.

7. Variável de Processo

Variáveis são entidades matemáticas associadas a fenômenos físicos/químicos, geralmente através de letras (x, y, z, V, I, R, t, ...). Em um processo industrial, estas variáveis podem ser associadas a:

• pressão,

• temperatura,

• posição,

• vazão,

• velocidade,

• nível,

• pH,...

8. Variáveis Analógicas e Digitais

Uma variável é dita analógica quando pode assumir infinitos valores (dentro de uma faixa de valor máximo e mínimo) durante um intervalo de tempo.

Quando a variável só pode assumir dois valores (alto ou baixo, ligado ou desligado) ela é chamada de digital ou discreta.

Estas variáveis estão relacionadas com as já mencionadas medições contínuas e descontínuas.

Medição Contínua - Relacionada com as variáveis analógicas.

Na figura a seguir temos o esquema de um tanque de gasolina de um automóvel.

Note que o conjunto formado pelo resistor variável e a bóia (elemento sensor) informa continuamente ao indicador a quantidade de combustível existente no tanque. Nesse, o controle é exercido pelo motorista que, ao notar que o tanque está vazio, providenciará o seu reabastecimento.

Aplicação Industrial

No caso industrial citado na Unidade I, temos uma situação semelhante, porém com a utilização de outro tipo de sensor que é chamado de transmissor de nível (LT - do inglês: Level Transmitter). Nesse caso você poderá controlar a quantidade de combustível automaticamente se enviar o sinal do transmissor de nível a um controlador, que, ao comparar esse valor ao valor de nível desejado (SP - do inglês: Set Point), envia um sinal a um atuador, no caso uma válvula de controle pneumática, que deixará entrar uma quantidade maior ou menor de combustível para dentro do tanque.

V- Controle

1. Diagrama de Controle

Você poderá representar o sistema de controle através de um diagrama como o mostrado a seguir:

Na figura temos:

- SP- (do inglês Set Point) - é o valor desejado; ponto em que se deseja manter a variável controlada, no caso ajustada para o nível permanecer em torno de 50%.

- PV - (do inglês Process Variable) - é a variável de processo que está sendo medida pelo elemento sensor presente no transmissor de nível (LT) e transmitida para o controlador.

- MV - (do inglês Manipuled Variable) - é a variável manipulada, no caso o sinal enviado pelo controlador (LIC) para o elemento final de controle (LCV) que regula a quantidade de combustível que entra no tanque. A este fluxo de fluido chamamos vazão. Note que para controlar o nível estamos manipulando a vazão.

Estas definições se aplicam a qualquer tipo de variável a ser controlada.

Com referência aos elementos de controle do sistema mostrado na figura, temos um controle de nível. Então, usando um sistema normalizado, temos a seguinte nomenclatura para os instrumentos:

- LT - (do Inglês Level Transmitter) - é o transmissor de nível, responsável por sentir continuamente a variável de processo através de seu elemento sensor e converter este sinal em um sinal padronizado para ser transmitido à distância. Normalmente o sinal proporcional ao valor medido é padronizado em corrente (4 a 20 mA) ou em pressão (3 a 15 PSI). Atualmente existem instrumentos que transmitem digitalmente seus sinais, é o caso do Fieldbus (Barramento de campo).

- LIC - (do inglês Level Indicator Controller) - é controlador indicador de nível, responsável por comparar o valor da variável, medida pelo LT, com o set point para obter o valor de erro (diferença entre o valor medido e o ponto de ajuste), usado num algoritmo de controle que calcula o valor de correção a ser enviado para o elemento atuador (LCV) que reposicionará a variável manipulada.

-LCV - (do inglês Level Control Valve) - é a Válvula Controladora de Nível, responsável pela variação da variável manipulada, comandada pelo controlador (LIC). Chamada também de atuador ou elemento final de controle.

Essa é uma nomenclatura usada na área de instrumentação e controle, através de normalização dada pela ISA - International Society for Measurement and Control.

Medição Descontínua - Normalmente relacionada com as variáveis chamadas de digitais.

Note que no tanque da figura anterior as chaves de nível alto e nível baixo atuam de acordo com a condição da altura da coluna líquida:

- se o nível estiver maior ou igual a 95%, a chave de nível alto chamada de LSH (do inglês - Level Switch High) estará ativa.

- se o nível estiver menor ou igual a 10%, a chave de nível baixo chamada de LSL (do inglês - Level Switch Low) estará ativa.

Estes sinais são usados para informar ao operador uma condição insegura do processo. A informação pode ser visual e sonora (chamada alarme - LAL e LAH do inglês Level Alarm Low e Level Alarm High), nesse caso cabe ao operador tomar a atitude de correção do processo. A atuação poderá ser automática caso esses sinais estejam conectados a equipamentos chamados de controladores.

2. Sistema de Controle

Sistema de controle é um sistema complexo composto de hardware e software utilizados para o controle de um processo.

O Controle automático é uma das grandes idéias do século XX; ele é o tipo de idéia que pode alterar sua visão do mundo. Quando você gasta algum tempo investigando sobre teoria de controle e sua tecnologia , você começa ver "loops" de realimentação ("feedback") em tudo que olha.

Controles estão presentes em plantas industriais, como refinarias de petróleo e papel, em edifícios, nos seus sistemas de aquecimento e ar condicionado, em diversos tipos de aviões, em embarcações de pesquisa marítima, e a bordo das naves espaciais. Algumas destas áreas estão longe dos domínios onde os engenheiros de controle estão acostumados a praticar sua arte.

Podemos citar o corpo humano como um exemplo de inúmeras malhas de controle: o sistema de visão; o sistema digestivo; o sistema de locomoção; etc.

Sistemas de controle são largamente utilizados em todos os tipos de indústrias. As tecnologias e estratégias usadas para estes controles são diversas. Pode-se citar uma máquina-ferramenta comandada por Controle Numérico Computadorizado (CNC), utilizada em processos de manufatura; um sistema de controle predial comandado por um Controlador Lógico Programável (CLP); ou ainda o controle de uma caldeira para produção de vapor comandada por controladores digitais.

Sistemas de controle podem ser observados: na natureza, ciência, tecnologia e até no comércio. Alguns são relativamente simples enquanto outros extremamente complexos.

Exemplos de sistemas de controle:

- um circuito eletrônico controla a saída de som de um rádio;

- a rota tomada por um avião é controlada por seu piloto;

- uma sistema central de aquecimento que controla a temperatura de uma sala;

- o cérebro controla os movimentos dos membros de uma pessoa;

- a taxa de produção de uma fábrica é controlada pela sua gerência;

- o nível de água de um tanque pode ser mantido constante;

- um sistema eletrônico controla a velocidade de um elevador.

Os sistemas consistem em :

- coisas a serem controladas

- seu sistema de controle e podem ser representados separadamente.

A Entrada é às vezes chamada de Comando ou Variável Manipulada, e a Saída é chamada de Variável Controlada. Em engenharia, o sistema a ser controlado é chamado também de Planta ou Processo.

Um pouco de história do controle de processos

A seguir você verá alguns nomes importantes da história do controle de processos e suas preciosas contribuições.

James Watt Precursor da técnica de controle com realimentação. O regulador de esferas (1788) foi o primeiro invento industrial de um sistema de realimentação negativa

para controle de velocidade de uma máquina a vapor.

Regulador de Esferas de James Watt

Minorsky Estabilidade através do uso de equações diferenciais. Controladores para pilotagem de

navios (1922).

Nyquist Procedimento para determinação da estabilidade de sistemas em malha fechada (1932)

Hanzen Introdução do termo servomecanismo para sistema de controle de posição (1934)

Década de 40 Métodos de resposta de freqüência tornam possível aos engenheiros projetar sistemas

de controle em malha fechada (resposta em freqüência e lugar das raízes - coração

da teoria de controle clássica - (entrada simples e saída simples)

Década de 60 A disponibilidade dos computadores digitais tornou possível a análise de sistemas

complexos (mais de uma entrada e mais de uma saída) no domínio do tempo

(teoria de controle moderna)

Atualmente Sistemas determinísticos, controle de aprendizado e adaptativo, Fuzzy Logic, etc

Outras Definições

Máquina-ferramenta: "Máquina operatriz - Qualquer máquina dotada de um conjunto de ferramentas acionadas mecanicamente, e que se destina a dar forma à matéria-prima; máquina-ferramenta."

Controle Numérico Computadorizado (CNC): "Comando numérico computadorizado significa o uso de um computador para comandar o caminho da ferramenta cortante de um torno mecânico ou uma máquina fresadora. Com isto temos uma alta precisão no produto final e alta repetibilidade com um mesmo programa. Há possibilidade de se unir o comando CNC diretamente com um CAD (Projeto Assistido por Computador), pacote que permite fazer o produto diretamente a partir do projeto."

Controladores Lógicos Programáveis (CLP): "Os Controladores Lógico Programáveis (ou simplesmente Controladores Programáveis - CPs) são usados para controlar uma sucessão de eventos. Basicamente o que temos é um computador, que recebe sinais de sensores e/ou chaves, executa um programa e envia ordens a saídas, as quais acionarão elementos como motores, válvulas, etc... São equipamentos largamente utilizados na indústria, pois permitem que se automatize um processo e possibilita mudanças no processo simplesmente alterando-se o programa."

Caldeira: "Grande tanque ou recipiente de metal para aquecer água ou outro líquido, produzir vapor, etc.: caldeira do engenho; caldeira da locomotiva."

3. Controle em malha aberta

Sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito na ação de controle. Pode-se dizer que é um sistema sem realimentação, isto é, a saída nem é medida e nem é realimentada para comparação com a entrada.

É um sistema relativamente simples e é usado em aplicações não críticas.

Um exemplo prático é uma máquina de lavar roupa. A máquina não mede o sinal de saída (roupa limpa) e as operações de molhar, lavar e enxaguar são efetuadas observando somente um programa baseado numa determinada base de tempo.

Pelo fato de não possuir realimentação, são sistemas altamente sensíveis a distúrbios. Por exemplo, dependendo da mancha que a roupa apresenta, o programa de lavagem comum não é suficiente, sendo necessárias intervenções após o término do processo, como aplicações de outros produtos, volta à máquina, etc...

3.1- Diagrama

A seguir temos o diagrama de um sistema de controle em malha aberta.

4. Controle em malha fechada

Um sistema de controle em malha fechada é aquele no qual o sinal de saída possui um efeito direto na ação de controle (realimentação negativa). Devido a este fato, são chamados de sistemas de controle em malha fechada.

O termo "malha fechada" implica o uso de ação de realimentação com a finalidade de reduzir o erro do sistema, que é a diferença entre o sinal de entrada e o sinal de realimentação.

Esta malha é formada pelo sistema de controle e o processo juntos.

4.1- Vantagens

• acréscimo de precisão;

• redução do efeito de distúrbios;

• redução do componente de sensibilidade;

• velocidade de resposta pode ser aumentada.

4.2- Desvantagens

• maior número de equipamentos;

• acréscimo de custo;

• projeto mais complicado;

• se projetado incorretamente pode tornar-se instável

VI- Componentes e Dispositivos de Automação Industrial

Em um processo automático devem ser sentidas variáveis analógicas e digitais, para que, após o processamento das informações contidas nessas variáveis, o controlador tome decisões como : ligar/desligar um motor, acender uma lâmpada de alerta, ligar/desligar um sistema de aquecimento, entre outras.

O elemento que "sente" o que ocorre no processo, fornecendo informações sobre o estado da variável monitorada é chamado de sensor.

O elemento que executa a tarefa designada pelo controlador é chamado de atuador.

Para o controle de um processo, onde é feita a manipulação de variáveis analógicas e/ou digitais, podem ser utilizados sistemas com CNC e com CLPs.

1. Sensores

Dispositivo de entrada que converte um sinal de qualquer espécie em outro sinal que possa ser transmitido ao elemento indicador, para que este mostre o valor da grandeza que está sendo medida.

O sensor é um elemento que "sente" uma grandeza física e a traduz para que ela possa ser vista ou utilizada por um sistema elétrico/eletrônico. Um termômetro a mercúrio, por exemplo, é um dispositivo que utiliza como elemento sensor o metal mercúrio. A grandeza física a ser medida, neste caso, é a temperatura e a grandeza física do elemento sensor, que varia proporcionalmente com a temperatura é o volume, que fará com que o mercúrio se dilate com o aumento da temperatura. Conhecendo-se a proporção dessas variações, podemos medir e identificar o valor da temperatura.

Todo elemento sensor é também denominado de transdutor, pois converte a grandeza de entrada em sinal elétrico, que pode ser medido e indicar a grandeza medida através de um medidor, ou utilizado por um circuito que vai efetuar o controle do processo.

1.1- Classificação

A primeira classificação que podemos fazer é quanto ao tipo de variável controlada. Assim temos :

- sensores contínuos - efetuam medições contínuas de variáveis, fornecendo valores contínuos;

- sensores discretos - podem apresentar somente dois estados : atuados ou não.

Outra forma de se classificar os sensores é quanto a seu funcionamento, assim temos :

Auto alimentados : Estes produzem um sinal elétrico de saída sem a necessidade de alimentação externa. Um termopar é um exemplo deste tipo de sensor.

Com alimentação externa : Estes requerem entrada de energia para poder-se obter um sinal de saída. Um exemplo é uma termo resistência, a qual requer uma entrada de energia para excitar o resistor.

Podemos considerar também transdutores como sendo instrumentos que convertem sinais padronizados a fim de serem usados em telemetria. Por exemplo um transdutor I/P, isto é, corrente para pressão. Este instrumento também é chamado de conversor. Porém esta discussão de termos é uma questão de interpretação que difere de autor para autor, no nosso caso adotaremos o termo sensor como sinônimo de transdutor.

Vamos verificar a seguir quais são os principais tipos de sensores utilizados para controle de diversos tipos de variáveis de processo.

2. Tipos de Sensores

2.1- Sensores para Processos de Manufatura

Em um processo de manufatura, as principais variáveis a serem monitoradas são :

posição, velocidade (aceleração) e força

Para monitorar estas variáveis, os principais tipos de sensores são:

2.2- Posição e velocidade (aceleração)

Estes sensores são dedicados à medição de velocidade, aceleração e/ou posicionamento nos movimentos de máquinas e equipamentos. Podendo ser lineares ou rotativos.

Os lineares, também conhecidos como réguas digitais, são instalados diretamente no local onde se realiza o movimento e fornecem medidas de posicionamento direto e instantâneo do mesmo.

Os rotativos são acoplados diretamente ao eixo de motores para medir a posição do eixo do mesmo.

Tipos de Sensores de Posição e Velocidade

Lineares Resistivos e Indutivos:

Os sensores resistivos e os indutivos são mais baratos e mais simples.

Consistem na colocação de indutores ou resistores, conforme o caso, ao longo dos eixos de movimentação, sobre os quais são aplicadas tensões fixas. Um coletor móvel mede as tensões em pontos intermediários. Devido à presença de contatos elétricos móveis, a vida útil destes sensores é muito curta (não superior a 1 milhão de operações) e precisão nas medidas é pequena, sendo ainda sujeita a erros causados por ruídos induzidos, como, por exemplo, ruídos de rede de alimentação e ruído branco (ruído ambiente, que cobre todo o espectro de freqüências).

Sensores Lineares: (A) Resistivos, (B) Indutivos

2.3- Lineares ópticos

São muito mais precisos, e apresentam vida útil praticamente infinita se alguns cuidados elementares forem tomados com relação à sua utilização.

O princípio de funcionamento consiste na colocação de emissores e receptores de luz na parte móvel e de uma régua graduada, fixa à base do movimento ou vice-versa, que permite a passagem ou a reflexão apenas de feixes seletivos de luz emitidos, e que serão detectados pêlos receptores e indicarão a posição da parte móvel em relação à fixa.

Sensor Linear óptico ou régua óptica

2.4- Rotativos Resistivos e Indutivos

Estes sensores se assemelham muito aos lineares, inclusive no que tange ao funcionamento assim como à sua vida útil e à precisão. A diferença fundamental existente entre ambos é que, neste caso, os resistores ou indutores apresentam formas circulares e os coletores são fixados ao eixo do motor o qual se aplica.

2.5- Rotativos Magnéticos de Efeito Hall e Tipo Resolver

Os sensores magnéticos de efeito Hall têm seu princípio de funcionamento baseado na colocação de um imã fixo no eixo rotor e sensores de efeito Hall que detectam a passagem do campo magnético pelos mesmos, detectando velocidade e posição do eixo em movimento. Sua vida útil é longa, são robustos e baratos, no entanto, sua instalação é difícil, o que limita sua aplicação, além de possuir sérias restrições quanto à temperatura de operação.

Os sensores do tipo resolver se assemelham a pequenos motores síncronos bifásicos com enrolamento de campo, onde são aplicadas tensões alternadas. A posição é medida através da diferença de fase entre as tensões induzidas nos terminais das fases do estator. Esses sistemas são muito precisos e têm vida útil muito longa, mas têm custo elevado.

Sensores Magnéticos (A) Efeito Hall (B) Resolver

2.6- Rotativos ópticos

Também conhecidos como encoders, têm funcionamento parecido com o caso linear, com o sensor em forma de disco com marcas ou perfurações. Possui características semelhantes ao sensor óptico linear, ou seja, longa vida útil, alta precisão e médio custo. Estes sensores fornecem medidas absolutas ou incrementais, de acordo com as necessidades de cada aplicação.

2.7- Sensores de proximidade (indutivos e capacitivos)

São compostos por circuitos eletrônicos que sentem a variação de campo eletromagnético (indutivos) ou eletroestático (capacitivos).

Os sensores eletromagnéticos sentem proximidade de objetos metálicos e podem ser utilizados para função de liga/desliga por proximidade ou contagem de produtos.

Já os capacitivos podem ser utilizados para sentir proximidade de outros produtos não magnéticos.

3. Sensores para Processos Contínuos

Em um processo contínuo, as principais variáveis a serem monitoradas são : pressão, temperatura e vazão

Para monitorar estas variáveis, os principais tipos de sensores são:

3.1- Pressão

A pressão, entre todas as variáveis de processo, se destaca pela sua importância, pois se pode medir diversas outras variáveis através da medida da pressão.

Temperaturas podem ser medidas pela utilização de um bulbo preenchido com líquido, cuja pressão interna se relaciona com a variação de temperatura;

Vazão pode ser medida, relacionando-se a diferença entre as pressões de entrada e de saída de uma placa de orifício com o fluxo através da mesma;

O nível de um tanque geralmente é medido pela pressão exercida pelo líquido na base inferior do tanque.

Sensores de pressão são elementos que convertem a pressão aplicada em sinais elétricos proporcionais.

Tipos de Sensores de Pressão

3.2- Indutivo

O transdutor de pressão mais freqüentemente utilizado é o transformador diferencial de núcleo variável, ou LVDT. este sensor consiste em uma bobina primária (bp), duas bobinas secundárias (bs1 e bs2) ligadas em oposição de fase e um núcleo de ferro-doce disposto simetricamente com relação às bobinas. Quando o sistema está em repouso, as tensões induzidas em bs1 e bs2 são idênticas, sendo a resultante V2 igual a zero. Quando há pressão aplicada, ocorre o deslocamento do núcleo, provocando tensões diferentes em bs1 e bs2 e conseqüentemente, V2 não será mais zero

Sensor de pressão tipo magnético ou LVDT

Estes sensores podem medir uma ampla faixa de pressão, porém são sensíveis a vibrações e campos magnéticos. O sinal gerado é da ordem de 1,5 V, o que dispensa o uso de pré-amplificadores.

3.3- Capacitivo

O sensor tipo capacitivo, ou célula capacitiva, mede a diferença entre pressões aplicadas em dois diafragmas. À distância entre o diafragma sensor e as placas do capacitor varia de acordo com a diferença entre as pressões aplicadas dos dois lados da cerâmica porosa.

Sensor de pressão tipo capacitivo ou célula capacitiva

3.4- Piezoelétrico

Alguns cristais desenvolvem em sua rede cristalina, cargas elétricas quando submetidos a um esforço mecânico.

Cristal de quartzo e transdutor por efeito piezoelétrico

Os mais utilizados são os de quartzo, turmalina e monofosfato de amônia. A carga gerada tem valor muito baixo, necessitando de um circuito de amplificação e condicionamento do sinal.

São indicados para medir pressões que variam rapidamente, ou seja, para medições dinâmicas. Possui alta estabilidade térmica e pode medir pressões desde 1 mbar até mais de 10 kbar.

Piezoresistivo:

Dá-se o nome de "efeito piezoresistivo", à alteração de resistência de um condutor elétrico sob carga. Este condutor pode ser um fio ou, como é mais comum ser encontrado, um metal depositado em um placa de filme fino.

Placa de filme com extensômetro ou "strain gage" e circuito utilizando ponte de Wheatstone

Este tipo de sensor também é conhecido por "strain gage" e é bastante utilizado em estruturas conhecidas como células de carga, para medidas de peso.

A configuração acima é chamada de "ponte de Wheatstone" e fará com que o medidor ao centro deflexione proporcionalmente a pressão aplicada no sensor.

3.5- Temperatura

O sensoriamento e controle de temperatura é também muito importante em processos industriais, como indústrias químicas, siderúrgicas, petroquímicas, etc...

Uma breve descrição sobre os principais sensores de temperatura utilizados.

3.6- Termopar

Define-se como termopar o conjunto de dois fios de metais ou ligas metálicas diferentes, unidos em uma das extremidades. O ponto de união dos fios é denominado junta de medida ou junta quente. A outra extremidade é chamada junta de referência ou junta fria.

Quando submetemos as juntas a diferentes temperaturas, há uma geração de tensão (Força Eletromotriz ou FEM), facilmente detectável por um milivoltímetro ligado à junta de referência. Verifica-se que quanto maior for à diferença de temperatura, maior será a FEM gerada (Efeito Seebeck).

Com base neste fenômeno, é feita a medição da temperatura, desde que já se conheça a temperatura da junta de referência e a correlação FEM versus temperatura. É norma considerar-se a temperatura da junta de referência igual a 0°C, de modo que a FEM gerada corresponde sempre à temperatura medida.

Os termopares são classificados em três grandes categorias:

- Básicos - São os mais usados na indústria, tendo preços mais acessíveis e precisão compatíveis com a maioria dos processos.

- Nobres - São utilizados em processos com temperaturas superiores a 1.200°C ou quando é requerida alta precisão.

- Especiais - São utilizados em laboratório.

3.7- Termoresistência - RTD

São sensores metálicos cuja resistência elétrica varia com a alteração da temperatura. Esses sensores podem ser de platina, cobre ou níquel com diversos revestimentos de acordo com a utilização. São chamados também de RTD (Resistance Temperature Detector).

Os sensores tem sua restrição principal no limite superior de temperatura :

• 300 °C para o níquel

• 310 °C para o cobre

• 630 °C para platina

• -200 °C a 630 °C serve como padrão na indústria

• -270 °C a 660 °C serve como padrão em laboratório

O tipo usado na indústria é denominado Pt100, uma vez que a resistência elétrica tem o valor de 100 °C a 0 °C.

3.8- Termistores

São óxidos metálicos semicondutores, cuja resistência elétrica varia com a alteração da temperatura.

Podem classificados em duas categorias :

Positivos (PTC) - Elevação do valor da resistência com o aumento da temperatura.

Negativos (NTC) - Diminuição da resistência elétrica com o aumento da temperatura. São utilizados em radiadores de autos, medidores de vazão, proteção de circuitos elétricos, etc...

4- Vazão

Os sensores para medição de vazão são dispositivos desenvolvidos para a determinação da velocidade em que fluem líquidos em tubulações e baseiam-se na construção mecânica de dispositivos, onde são estrategicamente colocados sensores de pressão de tal forma que, por diferenças de pressão sejam calculadas a velocidade do líquido fluente e, por conseguinte, a vazão na tubulação. O princípio físico adotado, pela maioria destes sensores, é o mesmo que o utilizado nos sensores de pressão.

A maioria dos equipamentos que realizam a medição desta variável se utilizam outras variáveis relacionadas fisicamente com a vazão. Por exemplo, a placa de orifício que gera um diferencial de pressão que é medido por um sensor de pressão diferencial.

Elementos para Medição de Vazão:

Método Elemento

Pressão Diferencial Placa de Orifício Tubo Venturi Tubo Pitot Bocal Orifício Integral

Área Variável Rotâmetro

Velocidade Turbina

Força Placa de impacto - (Target meter)

Tensão Induzida Medidor magnético

Vórtices Vortex

Efeito Coriolis Coriolis

Ultra-Som Efeito doppler

5- Atuadores

Dentro de uma malha de controle, o elemento final de controle, que tem por objetivo reposicionar uma variável, de acordo com um sinal gerado por um controlador, é chamado de atuador, pois atua diretamente no processo, modificando as suas condições.

São dispositivos utilizados para conversão de sinais elétricos provenientes dos controladores, em ações requeridas pelos sistemas que estão sendo controlados.

6- Atuadores Pneumáticos

Este tipo de atuador é normalmente empregado em sistemas onde se requer altas velocidades nos movimentos, com pouco controle sobre o posicionamento final, em aplicações onde o torque exigido é relativamente baixo. Os atuadores pneumáticos mais conhecidos, e comumente utilizados, podem ser distribuídos por processo