O retorno.....

Caros amigos!

Estive um tempo fora do ar, sem novas postagens, agora estou retornando e solicito ajuda de todos para elevamos o nível de nosso blog.

Mande assuntos, ideias para melhoramos cada vez mais...

Um abraço a todos...

Gabriel Paixão

POSICIONADOR INTELIGENTE

César Cassiolato
Gerente de Produtos - Smar Equipamentos Industriais Ltda

INTRODUÇÃO

É notável o avanço da Física e eletrônica nos últimos anos. Sem dúvida de todas as áreas técnicas, foram as mais marcantes em desenvolvimentos.Hoje somos incapazes de viver sem as facilidades e benefícios que estas áreas nos proporcionam em nossas rotinas diárias.Nos processos e controles industriais não é diferente, somos testemunhas dos avanços tecnológicos com o advento dos microprocessadores, da tecnologia Fieldbus, o uso da Internet, etc.
Comentaremos neste artigo, uma interessante aplicação da Física no desenvolvimento de Posicionadores Inteligentes de Válvulas, baseados no Sensor Hall que agregará vários recursos de performance e diagnósticos.

SENSOR HALL

O sensor Hall recebe este nome pois é baseado no efeito Hall descoberto em 1879 por Edwin Hall.
Este efeito é o resultado da força de Lorentz no movimento de elétrons sujeitos a um campo magnético.
Quando se tem um fluxo de corrente em um material que não está exposto a um campo magnético, as linhas equipotenciais que cruzam perpendicularmente este fluxo, são linhas retas.

A força de Lorentz no movimento de elétrons no material é dada por:

F = q x (v x B)

onde: q: carga do elétron
B: campo magnético

O produto externo indica que a força tem uma direção mutuamente perpendicular ao fluxo de corrente e ao campo magnético.
Quando se tem um fluxo de corrente em um material sujeito a um campo magnético perpendicular, o ângulo através do qual o fluxo de corrente é mudado pelo campo magnético é conhecido como ângulo Hall e é um parâmetro dependente do material, sendo determinado pela mobilidade de elétron m que também determina o coeficiente de Hall RH.Neste caso, as linhas equipotenciais ao longo do comprimento do material são inclinadas, e isso nos leva a tensão de Hall medida ao longo do material.Ou seja, tem-se uma tensão proporcional ao campo magnético aplicado.

O efeito Hall está presente em todos os materiais, mas sua aplicação é eficaz somente onde a mobilidade do elétron é relativamente alta, como por exemplo no arseneto de gálio (GaAs).

Em termos construtivos, resumidamente, considere um determinado material (figura 1) com espessura d, conduzindo uma corrente i ao longo de seu comprimento e sujeito a um campo magnético B aplicado perpendicularmente à direção de sua espessura. O resultado destas condições é a geração de tensão conhecida como tensão de Hall, VHALL, cuja magnitude é dada por:

VHALL = (RH/d) x i x B onde RH é a constante Hall do material.

Figura 1 – Princípio de construção e funcionamento do sensor Hall

Atualmente, existem inúmeras aplicações destes sensores, desde a aplicação em servo motores em vídeos cassetes, sensores de catracas para controle de acesso, sensores de velocidade, sistema de injeção em motores automotivos, medição de corrente, potência e campo magnético, controle de motores DC sem escova, sensores de proximidade, controle de rotação, controle de posição, etc. Iremos descrever esta última aplicação, no desenvolvimento de Posicionadores Inteligentes de Válvulas/Atuadores. É a inteligência da eletrônica e software combinada com o estado da arte em desenvolvimento mecânico.

O POSICIONADOR INTELIGENTE

Este tipo de equipamento é de extrema importância em qualquer área industrial, trabalhando como elemento final de controle acoplados a atuadores e válvulas.Deve atender uma série de requisitos operacionais e que com a utilização da tecnologia do sensor Hall pode-se conseguir facilmente:

• alta sensibilidade.
• suportar altas temperaturas.
• erros desprezíveis de linearidade.
• erros desprezíveis com vibração.
• repetibilidade e estabilidade, minimizando consumos e reduzindo a variabilidade dos processos.
• alta confiabilidade, garantindo continuidade e segurança operacional.
• versatilidade, flexibilidade de uso independente do fabricante e tipo de válvula/atuador, assim como o curso de movimento, facilitando adequação a novas demandas.
• fácil operação, com mínimos ajustes, simplificando instalação, operação e manutenção, reduzindo o downtime de operação.
• prover funções avançadas de diagnose, proporcionando redução de custos operacionais e de manutenção, economia de tempo e melhorando a condição do processo, garantindo a otimização e melhoria continua dos processos.

A tecnologia convencional de equipamentos de atuação é baseada em acoplamentos mecânicos, com montagens e ajustes complicados, de baixa sensibilidade e precisão, sendo muitas vezes responsáveis por toda variabilidade do processo, refletindo na estabilidade dos controles, na estabilidade de qualidade, etc.

O posicionador inteligente de última geração para válvulas de controle linear ação simples (retorno por mola) ou ação dupla como por exemplo: globo, gaveta, diafragma, etc. válvulas de controle rotativa como: esfera, borboleta ou plugado com atuadores pneumáticos como: diafragma, pistão, etc, é baseado no bico-palheta, consagrado pelo uso no campo e no sensor de posição por efeito Hall, sem contato físico, que fornece alto desempenho e operação segura. A tecnologia digital usada permite a escolha de vários tipos de curva de caracterização, uma interface simples entre o campo e a sala de controle e muitas características interessantes que consideravelmente reduzem o custo de instalação, operação e manutenção:

• Projeto compacto e modular
• Baixo consumo de ar
• Fácil instalação
• Sensor de Posição sem contato mecânico
• Opera com atuadores lineares e rotativos de simples ou dupla ação
• Fácil ajuste e parametrização remota através de comunicação HART, Foundation Fieldbus ou Profibus PA ou através de ajuste local com display
• Característica de vazão via software
• Auto-diagnose

Figura 2 – Posicionador Inteligente com tecnologia de sensor Hall, sem contato mecânico

As partes principais do módulo de saída são: piloto, servo, sensor de efeito Hall e circuito de controle de saída.

O circuito de controle recebe um sinal de setpoint digital da CPU e um sinal de realimentação proveniente do sensor de efeito HALL.Note que este sinal é a posição real da válvula.

A parte pneumática é baseada numa tecnologia muito difundida e largamente usada, que é o bico palheta e válvula carretel.
Um disco piezo-elétrico é usado como palheta no estágio piloto. A palheta é defletida quando nela é aplicada uma tensão pelo circuito de controle. O pequeno fluxo de ar que circula pelo bico é obstruído, causando uma alteração na pressão da câmara piloto, que é chamada pressão piloto.

A pressão piloto é muito baixa e não tem capacidade de vazão e por isso deve ser amplificada na seção servo. A seção servo tem um diafragma na câmara piloto, e outro diafragma menor na câmara do carretel. A pressão piloto aplica uma força no diafragma da câmara piloto, que no estado de equilíbrio será igual à força que a válvula carretel aplica no diafragma menor na câmara do carretel.

Assim sendo quando têm-se uma alteração de posição via posicionador, a pressão do piloto aumenta ou diminui como explicado no estágio do piloto e esta mudança na pressão do piloto força a válvula para cima ou para baixo alterando a pressão da saída 1 e da saída 2 até um novo equilíbrio ser alcançado, o que resulta numa nova posição da válvula.

Figura 3 – Esquema do Transdutor Pneumático

O sensor Hall fica alojado e protegido internamente ao módulo transdutor. O imã fica preso ao eixo da válvula ou atuador, conforme figura 4(representação didática de funcionamento), onde podemos ver que teremos a aplicação de fluxo magnético ao sensor Hall e que teremos a caracterização de posição, levando-se em conta o centro dos imãs, onde se tem campo nulo.

4 – Esquema de funcionamento do Sensor Hall no Posicionador de Válvulas

O único detalhe da montagem mecânica é a verificação de que a seta gravada no ímã esteja coincidindo com a seta gravada no posicionador quando a válvula estiver na metade do seu curso.

Sendo assim, quando a válvula estiver na metade do seu curso, o sensor Hall estará recebendo campo nulo e internamente a CPU saberá que corresponde a 50% do curso.Num extremo do curso terá sinal de tensão máximo caracterizando, por exemplo 100% e no outro extremo, terá sinal mínimo, caracterizando o 0%. As tensões de extremos são colhidas durante o processo de auto-calibração, onde sem a intervenção do usuário o posicionador determina as tensões de Hall correspondente aos limites físicos do curso, de forma precisa e segura.

A figura 5 nos mostra o diagrama funcional deste posicionador para o protocolo Profibus PA:

Figura 5 – Diagrama funcional do Posicionador FY303 – Smar

Analisando este diagrama, pode-se ver que via PLC(mestre classe 1), o posicionador recebe um valor de setpoint, de acordo com a estratégia de controle.Dependendo do modo de operação, automático ou cascata, este setpoint será escrito via serviços cíclicos no parâmetro SetPoint ou RcasIn do bloco AO, respectivamente.Este valor passará pelo algoritmo do bloco que analisará condições de alarmes e condições de falha segura, disponibilizando um valor de saída que chegará até o bloco transdutor.O usuário poderá então, caracterizar este valor de acordo com a curva da válvula ou atuador, escolhendo Linear, Tabela de 21 pontos, EQ25, EQ33, EQ50,
EP25, EP33 e EP50. Estas curvas permitem que pequenas variações no setpoint façam com que a posição no elemento final seja próximo do 100%(EQ) ou que somente grandes variações no setpoint façam com que a posição no elemento final seja próximo do 100%(EP).Uma vez definido a curva de transferência, pode-se definir taxas de variação %/s com este setpoint agirá no elemento final.São os chamados “Rates”.Então, o servo PID recebe este sinal e mais a posição real, via sinal do sensor Hall que é caracterizado durante o processo de auto-calibração ou mesmo durante uma calibração de usuário(muito usada em aplicações split-range) e calcula o sinal de MV% que gerará o valor do conversor D/A que atuará em um sensor Piezo, gerando a pressão nas câmeras do posicionador, encontrando a posição de equilíbrio conforme o setpoint vindo do mestre.A posição real retornará ao bloco AO e via parâmetro ReadBack fechará o loop com o mestre.

Funções de diagnose podem ser monitoradas via sinal do sensor Hall via mestre classe 2, tais como:

• Odômetro, através do qual pode-se estatisticamente prever com o curso da válvula o momento de se dar manutenção;
• Strokes(batidas), onde se pode acompanhar os desgastes dos batentes da válvula nas condições extremas dos limites físicos de seu curso;
• Reversals, onde se pode acompanhar quantas vezes houve inversão de setpoint e analisando a sintonia da malha.Um número alto de reversals significa que a sintonia não está boa e que o processo pode estar comprometido em sua variabilidade.
• Velocidade média e instantânea do deslocamento, assim como tempos de abertura e fechamento, podendo diagnosticar emperramento e stress mecânico, ou problemas de vazão de ar.
• A maior e menor temperatura que foi submetido o posicionador. Em casos onde a temperatura se torna um fator limitante, pode-se utilizar o FY303 com sensor Hall remoto ou mesmo em locais de difícil acesso ou sujeitos a vibrações, em distâncias de até 20m.Veja a figura 6. Esta é uma característica proporcionada pelo sensor Hall:

Figura 6 –Posicionador com Hall Remoto.

A Smar também possui o FY303 com sensores de pressão, onde funções de diagnose são agregadas ao equipamento.
O FY303 ainda fornece o sinal de temperatura ambiente, como variável secundária.

CONCLUSÃO

Pudemos ver através deste artigo o ganho em tecnologia e benefícios que um posicionador baseado em tecnologia digital com sensor Hall pode proporcionar, principalmente pela facilidade de montagem e operação.Lembrando sempre que estes equipamentos sempre estarão juntos a elementos finais, pontos críticos do controle, onde a operação precisa e segura se faz necessária. A flexibilidade, recursividade e geração de diagnósticos avançados facilitam as condições de manutenção preventiva, preditiva e proativa.

Material de propriedade:

Smar Equipamentos Industriais Ltda

http://www.smar.com/brasil2/shownews.asp?id=305

Como selecionar a válvula correta para sua aplicação

As indústrias perdem milhões de reais a cada ano devido às conseqüências da seleção incorreta de válvulas, que pode provocar falhas acarretando perda de fluidos em sistemas, produção fora das especificações, despesas com equipamento parado, condições inseguras de trabalho e danos ambientais. Em vista disso, como é possível selecionar com segurança uma válvula que permita fácil instalação, opere com segurança e confiabilidade e ofereça o menor custo geral e de manutenção em seu sistema? Quando for especificar ou substituir uma válvula na próxima vez, analise primeiramente seu sistema e considere estas diretrizes simples, destinadas a ajudá-lo a selecionar válvulas que atendam aos requisitos específicos de seu sistema

John Wawrowski*

Com que tipo de fluido o sistema irá operar? Antes de selecionar uma válvula, considere o tipo de fluido que o sistema irá transportar. O fluido é viscoso ou fino? Gasoso ou líquido? Corrosivo ou inerte? Essas variáveis podem afetar os componentes do sistema e sua operação. Por exemplo, a viscosidade do fluido afeta a vazão do sistema e as características da válvula. Fluidos mais viscosos reduzem a vazão e os vazamentos do sistema. Por outro lado, um gás leve e com alta pressão irá fluir mais facilmente através do sistema, mas poderá apresentar mais problemas de vedação. Alguns tipos de gases, como hidrogênio e metano, apresentam riscos significativos de ignição e o menor vazamento para a atmosfera pode ser catastrófico. Se o fluido de um sistema for um gás tóxico, como a arsina (AsH3) ou fosfina, o vazamento para a atmosfera pode apresentar riscos para os trabalhadores da fábrica. Gases ou líquidos corrosivos, como ácido clorídrico, ácido sulfídrico ou até vapor,podem danificar componentes e até mesmo remover material por ataque químico ou físico.Quais são as condições de operação do Sistema?As condições de operação do sistema, como temperatura e pressão, também são fatores importantes na escolha de uma válvula. Por exemplo, considere a seleção de materiais em aplicações com temperatura alta ou baixa; materiais de componentes com coeficientes de expansão diferentes podem permitir vazamentos de fluido. Componentes plásticos podem contrair ou vazar, ou podem absorver água e outros fluidos do sistema e se tornarem quebradiços em baixas temperaturas. Os elastômeros também podem endurecer e trincar em aplicações criogênicas, além de possuírem altos coeficientes de dilatação térmica. Além disso, o diferencial de pressão pode afetar a capacidade de vedação. Veja que, um sistema operando a 1000 psig poderá vazar uma quantidade 10 vezes maior de produto em relação ao mesmo sistema operando a 100 psig. A válvula será utilizada em serviço severo?Se necessitar de uma válvula que opere com confiabilidade em serviços severos, considere uma válvula projetada especialmente para esse tipo de serviço e verifique se ela atende às normas e exigências industriais em vigor. A seguir, estão indicados alguns exemplos de aplicações e as normas correspondentes reconhecidas pelo mercado. - Válvulas utilizadas em aplicações de segurança contra incêndio- Norma API 607 - Especificação de Segurança contra incêndio;- Válvulas para aplicações com gases ácidos - Especificações NACE MR0175 (National Association of Corrosion Engineers);- Válvulas utilizadas em aplicações com fluidos térmicos - ANSI/FCI 70-2 - Especificações para válvulas com bloqueio estanque e Norma para risco de incêndio similar à API 607;- Válvulas utilizadas em sistemas com cloro - Folheto Nº 6 do Chlorine Institute, “Sistemas de tubulação para gás cloro seco”.Quais são os requisitos específicos necessários para o projeto da Válvula?Após examinar as características do fluido e as condições de operação, é importante entender as características de projeto da válvula que são importantes para o seu desempenho. Embora os fabricantes de válvulas não possam controlar os parâmetros de projeto de seu sistema, tais como o fluido do sistema e as condições de operação, eles podem controlar as características de projeto que afetam o desempenho da válvula. Uma característica importante é o modo de vedação da válvula para a atmosfera. As válvulas podem ser fornecidas com vedação convencional ou vedação ativa. Em válvulas com vedação convencional, uma gaxeta cilíndrica em PTFE se encaixa com pouca folga ao redor da haste da válvula. Quando a porca da gaxeta é apertada, o material PTFE é forçado para fora, contra o castelo da válvula, e para dentro, contra a haste, formando uma vedação.

Outro tipo de projeto de vedação para válvulas é a vedação “dinâmica”. O carregamento dinâmico submete a vedação a uma compressão uniforme, que garante sua estanqueidade, mesmo em sistemas com freqüentes alterações na pressão ou na temperatura, ou com altas ciclagens. Vedações dinâmicas bem projetadas exercem uma pressão mínima para atingir a vedação, sem aumentar a quantidade de torque requerido para a atuação da válvula. Dessa maneira, o carregamento dinâmico também reduz o desgaste e danos na vedação da haste em aplicações com grande ciclagem. Os dois métodos mais comuns de vedação ativa são por vedação com um anel-O de elastômero e por uma vedação plástica carregada por mola. O método mais simples de vedação carregada dinamicamente utiliza um anel-O de elastômero. A resiliência do elastômero proporciona o carregamento dinâmico. No método de carregamento por mola, a vedação pode empregar um material plástico, porém, como estes não são tão resilientes como os elastômeros, uma série de molas com um guia de metal proporcionam o carregamento dinâmico. Uma porca comprime as molas para manter uma carga uniforme na vedação. Válvulas sem gaxeta, como vál- vulas-diafragma ou válvulas com foles, proporcionam vedações estáticas, de metal contra metal. Repetindo, existem diversos fatores que os fabricantes de válvulas podem controlar e que podem afetar a integridade da vedação metal contra metal. Por exemplo, há uma relação direta entre a qualidade do acabamento da superfície da válvula e o seu desempenho e integridade de vedação. Ou seja, ajustar a ponta de uma haste e de uma sede com um acabamento retificado pode resultar em uma folga menor entre essas duas superfícies do que a que existiria se o acabamento das duas superfícies fosse regular. Outro fator que afeta a integridade da vedação metal contra metal é a dureza dos materiais. A ponta da haste deve ser fabricada com um material mais duro que a sede, de modo que a sede se deforme ligeiramente e crie uma vedação estanque.

Dimensão das Válvulas O tamanho da válvula é descrito geralmente pelo tamanho nominal de suas conexões. Mas, para a maioria dos sistemas de fluidos, um valor mais importante é a indicação da vazão com que a válvula pode operar. Os métodos de cálculo de vazão pedem que certos aspectos da tubulação e do fluxo sejam conhecidos, como: - Tamanho e formato do orifício e passagem do fluxo;- Diâmetro interno da tubulação;- Características do fluido, como densidade e temperatura;- Perda de carga entre a entrada e a saída.É fácil entender que uma passagem direta do fluxo, como a de uma válvula de esfera, deve permitir uma vazão maior que a passagem equivalente de uma válvula agulha, que apresenta uma passagem muito mais sinuosa para o escoamento do fluido. Em vez de realizar cálculos complexos para entender melhor a vazão de um fluido, é possível comparar o coeficiente de vazão (Cv). O Cv agrupa os efeitos combinados de todas as restrições de vazão em uma válvula e apresenta um único número de referência comum. Outras características do projeto da válvula a serem consideradas incluem a atuação manual ou automática e os métodos de conexão empregados. A experiência mostra que válvulas com conexões integrais nas extremidades minimizam os pontos de vazamento em potencial e simplificam os procedimentos de instalação e manutenção.Que tipo de procedimento de instalação eu devo seguir? Após ter selecionado a válvula correta para sua aplicação, analise como ela será instalada e procure características que maximizem o desempenho e minimizem problemas de manutenção. Uma instalação incorreta irá afetar o desempenho e a confiabilidade. Considere essas sugestões:- Instale válvulas com suportes para painel, suportes inferiores ou suportes especiais. Lembre-se de que os suportes das válvulas devem resistir a cargas externas, como a expansão do sistema, e devem absorver o torque do atuador da válvula, de modo que a tensão não seja transferida para as conexões ou para a tubulação;- Instale uma válvula de maneira que ela seja apoiada pelo suporte de montagem da válvula e não pelo sistema de tubulação;- Instale válvulas em locais visíveis, de fácil acesso, protegidas contra danos ou atuação acidental;- Instale as válvulas com a seta de vazão voltada para a direção do fluxo;- Não instale válvulas em áreas onde podem ser utilizadas como apoio para os pés ou para pendurar algo.Em resumo, ao escolher a válvula correta, você ajuda a manter um ambiente seguro, elimina custos por equipamento parado e se beneficia com o aumento da confiabilidade e desempenho e de uma operação livre de vazamentos.

* John Wawrowski é gerente de produto para instrumentação analítica da Swagelok Company, Solon, Ohio, EUA.

Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART®

Os Benefícios do Protocolo de Comunicação HART® em Sistemas de Instrumentação Inteligentes

O protocolo de comunicação HART® é mundialmente reconhecido
como um padrão da indústria para comunicação de instrumentos
de campo inteligentes 4-20mA, microprocessados. O uso dessa
tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje virtualmente todos
os maiores fabricantes de instrumentação mundiais oferecem
produtos dotados de comunicação HART®.

O protocolo HART® permite a sobreposição do sinal de
comunicação digital aos sinais analógicos de 4-20mA, sem
interferência, na mesma fiação. O HART® proporciona alguns dos
benefícios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a
compatibilidade com a instrumentação analógica e aproveitando
o conhecimento já dominado sobre os sistemas 4-20mA existentes.

Este informativo traz uma visão resumida sobre o protocolo HART® e
os benefícios disponíveis através desta importante tecnologia. A
economia obtida por instrumento é de US$ 300,00 a US$ 500,00 na
instalação e comissionamento iniciais e de US$ 100,00 a US$ 200,00
ao ano para manutenção e operação, como normalmente é reportado.

Comunicação Analógica + Digital

Há vários anos, a comunicação de campo padrão usada pelos
equipamentos de controle de processos tem sido o sinal analógico
de corrente, o miliampére (mA). Na maioria das aplicações, esse
sinal de corrente varia dentro da faixa de 4-20mA proporcionalmente
à variável de processo representada. Virtualmente todos os sistemas
de controle de processos de plantas usam esse padrão internacional
para transmitir a informação da variável de processo.

O protocolo de comunicação de campo HART® estende o
padrão 4-20mA ao permitir também a medição de processos
de forma mais inteligente que a instrumentação de controle
analógica, proporcionando um salto na evolução do controle
de processos. O protocolo HART® promove uma significativa
inovação na instrumentação de processos. As características
dos instrumentos podem ser vistas via comunicação digital que
são refletidas na denominação do protocolo, HART®, que
significa “Highway Addressable Remote Transducer”.

O Protocolo HART® possibilita a comunicação digital bidirecional
em instrumentos de campo inteligentes sem interferir no sinal
analógico de 4-20mA. Tanto o sinal analógico 4-20mA como o
sinal digital de comunicação HART®, podem ser transmitidos
simultaneamente na mesma fiação. A variável primária e a
informação do sinal de controle podem ser transmitidos pelo 4-
20mA, se desejado, enquanto que as medições adicionais,
parâmetros de processo, configuração do instrumento,
calibração e as informações de diagnóstico são disponibilizadas
na mesma fiação e ao mesmo tempo. Ao contrário das demais
tecnologias de comunicação digitais “abertas” para
instrumentação de processos, o HART® é compatível com os
sistemas existentes.


A Tecnologia HART®

O Protocolo HART® usa o padrão Bell 202, de chaveamento por
deslocamentos de frequência (FSK) para sobrepor os sinais de
comunicação digital ao de 4-20mA. Por ser o sinal digital FSK
simétrico em relação ao zero, não existe nível DC associado ao
sinal e portanto ele não interfere no sinal de 4-20mA. A lógica “1” é
representada por uma frequência de 1200Hz e a lógica “0” é
representada por uma frequência de 2200Hz.

O sinal HART® FSK possibilita a comunicação digital em duas vias,
o que torna possível a transmissão e recepção de informações
adicionais, além da normal que é a variável de processo em
instrumentos de campo inteligentes. O protocolo HART® se propaga
há uma taxa de 1200 bits por segundo, sem interromper o sinal
4-20mA e permite uma aplicação tipo “mestre” possibilitando
duas ou mais atualizações por segundo vindas de um único
instrumento de campo.

O Que é Fieldbus?

Para uma rede aplicada à interligação de elementos a nível de chão-de-fábrica (CLPs, válvulas, indicadores dedicados, sensores, transdutores, atuadores, etc) é utilizada a denominação genérica de "barramento de campo", ou Fieldbus.

O termo fieldbus descreve uma rede de comunicação digital que veio substituir o sistema de sinal analógico 4 - 20mA existente ainda hoje nas indústrias (e muito difundido devido a sua imunidade à interferências eletromagnéticas, apesar de sua tecnologia ultrapassada desenvolvida na década de 60).

O fieldbus pode ser definido como uma rede digital, bidirecional (de acesso compartilhado), multiponto e serial, utilizado para interligar os dispositivos primários de automação (dispositivos de campo) a um sistema integrado de automação e controle de processos. Cada dispositivo de campo pode possuir uma "inteligência" (microprocessado), o que o torna capaz de executar funções simples em si mesmo, tais como diagnóstico, controle e funções de manutenção, além de possibilitar a comunicação entre dispositivos de campo (não apenas entre o engenheiro e o dispositivo de campo). Em outras palavras, o fieldbus veio para substituir o controle centralizado pelo distribuído.

Portanto o fieldbus é muito mais que um mero substituto do padrão analógico 4 - 20mA, pois promove a melhora de qualidade, a redução de custos e o aumento de eficiência.

Vale ressaltar que o fieldbus baseia-se no modelo ISO/OSI e que os níveis implementados são o 1,2 e 7. O modelo é reduzido para atender aos requisitos de tempo de resposta.

Vantagens

Redução Inicial:
A instalação de uma rede fieldbus (que é multiponto) requer 1/5 menos cabos do que as ponto-a-ponto. Com relação ao padrão 4 - 20mA, que requer um par de fios para cada dispositivo, o fieldbus requer apenas um par-trançado de fios para toda a rede.

O sistema fieldbus requer menos trabalho para instalação e economiza dinheiro devido a redução de material necessário para instalação.

Há uma maior rapidez no projeto do layout de um sistema fieldbus devido a sua pouca complexidade.

Manutenção:
A baixa complexidade do fieldbus traz uma maior segurança e uma menor necessidade de manutenção.

A depuração de um sistema fieldbus também é facilitada devido a possibilidade de diagnóstico online dos dispositivos de campo.

Melhora de Performance:
Fieldbus permite um aumento de flexibilidade na hora de projeto, pois alguns algoritmos e procedimentos de controle podem ficar no próprio dispositivo de campo e não mais no programa de controle. Isto reduz o custo total do sistema e torna as expansões futuras muito mais fáceis.

No padrão 4 - 20mA, somente uma informação (valor de uma variável) pode ser transmitida, e somente em uma direção. O fieldbus, por sua própria definição, supera em muito esta limitação.

Com a tecnologia fieldbus, um instrumento de campo pode ser calibrado, inicializado, operado e reparado numa velocidade considerável. Isto leva a uma redução do tempo total requerido para operar um sistema fieldbus.

Medidor de vazão tipo "Engrenagens Ovais" - “Tão Preciso e Confiável Quanto um relógio suíço”

Este artigo tem o objetivo de mostrar as aplicações de medidores de engrenagens ovais em alguns segmentos da indústria, destacando suas vantagens com relação a outros medidores de vazão e além de demonstrar a facilidade de seu uso durante o processo de fabricação industrial no qual ele se encontra instalado

Por: Rogério Dias Gimenes*


A vazão é considerada a variável mais importante dentro da indústria de um modo geral e está diretamente relacionada com a qualidade dos produtos de uma empresa. Assim, a precisão na medição da vazão de uma matéria-prima determinará a qualidade do produto final e, conseqüentemente, irá influenciar na lucratividade dessa empresa. Esse relacionamento entre a medição da vazão e a lucratividade se aplica, por exemplo, aos postos de combustíveis, onde as distribuidoras utilizam medidores de vazão para totalizar a venda e realizar a cobrança do combustível que foi vendido durante o abastecimento do veículo seja ele movido a gasolina, GNV, álcool ou diesel. Portanto, essa medição deverá ser precisa, de acordo com as normas vigentes, para não prejudicar o cliente nem tampouco o proprietário do posto em relação à cobrança do combustível comercializado. A aplicação de medidores de vazão é útil também em laboratórios de testes, na checagem do funcionamento de um motor de uma máquina, ou de uma turbina, até mesmo em situações do cotidiano como uma simples medição de água nas residências mediante a utilização de um hidrômetro.Embora a medição da vazão seja primordial nas indústrias, ela não garante a qualidade do processo de fabricação de um produto. Ainda assim é necessário que essa medição seja feita de forma precisa e com a indicação correta para obter resultados positivos.Uma pesquisa realizada na Europa mostrou que 5 a 50% dos medidores de vazão analisados apresentavam deficiência na medição, sendo constatado que 75% desses não eram adequados para a sua utilização. Os erros mais comuns ocorreram devido à má especificação e aplicação desses, bem como ao desconhecimento das técnicas de medição de vazão, erros na instalação mecânica do medidor, desconhecimento do processo do cliente por parte do fornecedor do medidor, etc. Esses problemas poderão ser minimizados sobremaneira, se forem empregados medidores de vazão tipo engrenagens ovais, que são indicados para vários tipos de aplicação nas indústrias, principalmente em casos de fluidos viscosos, como tintas, óleos, combustíveis, etc.Medidor de Engrenagens ovaisO medidor de vazão tipo “engrenagens ovais” existe desde 1932, quando foi inventado na Alemanha. Dessa forma, já possui mais de 70 anos de existência, o que comprova ainda mais que ele é um instrumento de alta confiabilidade e eficiente. Ele também é chamado de medidor de vazão tipo Deslocamento Positivo, pois as engrenagens ovais são deslocadas positivamente de acordo com a velocidade de escoamento do fluído. Entre os medidores volumétricos, ele se destaca em virtude de sua concepção robusta e suas engrenagens ovais, assim como por ser um medidor de construção e princípio de funcionamento muito simples.Na verdade, é o único medidor de vazão direta existente no mercado, uma vez que não depende de outros fatores para medir a vazão. Por outro lado independe da condutividade do líquido a ser medido ou outras características do líquido tais como: densidade, pH, etc. Considerando-se que mede a vazão diretamente, apresenta longa vida útil e é tão preciso e confiável quanto um relógio suíço.Características Principais:-Alta precisão: +/- 0,2% do valor medido;-Alta “repetibilidade”: +/- 0,05%;-Amplo range de medição aplicado p/ Viscosidades de até 100.000 cP.Vantagens:-Alta Confiabilidade;-Longa vida útil de trabalho;-Fácil manutenção;-Suporta alta temperatura de trabalho até 290ºC;-Trabalha sem restrições em alta pressão;-Gera baixa perda de carga.O elemento de medição deste medidor, denominado conjunto sensor, é formado pelo par de engrenagens ovais que são movimentadas pelo fluído a ser medido.

Informações para boas praticas de instalação para medidores de vazão eletromagnético.

Segue informações importantes para boas praticas de instalação para medidores de vazão eletromagnético.

E importante seguir tais informações para garantir o bom funcionamento e exatidão dos medidores de processo.

INSTALAÇÕES:
É importante caracterizar os medidores eletromagnéticos como instrumentos elétricos de precisão, para não tratá-los como meros acessórios da tubulação. Nas fases de projeto, montagem e manutenção deverão ser seguidas instruções específicas sobre as recomendações dos fabricantes para a instalação e utilização desses medidores. Em geral, os seguintes critérios ou recomendações que devem ser seguidas são:
Não devem ser transmitidas cargas da tubulação para o medidor. É necessário atenção especial quando se instala o medidor na posição vertical.

Medidores com mais de 300 mm de diâmetro exigem suporte independente da tubulação.

Chaves torquimétricas devem ser utilizadas para ajustar uniformemente os flanges.

Os medidores magnéticos podem ser instalados em posição vertical, horizontal ou inclinada. Quando instalados em posição vertical, o fluxo deve ser em sentido ascendente; quando em posição horizontal, os eletrodos devem esta em plano horizontal.

Em vista da pouca resistência á temperatura, é preciso tomar precauções para evitar superaquecimento durante á instalação, como, por exemplo, a provocada pela solda.

Especialmente nos casos de medidores revestidos internamente com teflon, é recomendado o uso de algum protetor, poderão ser usados anéis, flanges ou carretéis de proteção, em ambos os lados do medidor.

Quando o procedimento anterior não for seguido, recomenda-se, tanto para medidores revestidos internamente com teflon quanto para os outros tipos, o uso de um banco de montagem para parafusar o medidor á tubulação, ou ás válvulas ou, ainda, aos acessórios contíguos, antes de sua instalação no local definitivo. Isso evitará danos no medidor.

É recomendável instalar provisoriamente um carretel no local do medidor até a prova hidrostática e a lavagem das linhas; posteriormente, instala-se o medidor conforme as recomendações anteriores. O comprimento do carretel deve ser igual ao do medidor mais os anéis, flanges ou carretéis de proteção (quando utilizados).

Embora na se exija um longo trecho reto, como em outro medidores, quando o fluido medido for abrasivo, é recomendável um trecho reto a montante de 5 á 10 diâmetros.

ATERRAMENTO:
Por razões de segurança do pessoal e para obter uma medição de vazão satisfatória, é muito importante atender todos os requisitos do fabricante quanto ao aterramento. Uma interligação elétrica permanente entre o fluido, o medidor, a tubulação adjacente e um ponto de terra comum é especialmente importante quando a condutividade do líquido é baixa.
A forma de efetuar o aterramento depende do tipo de medidor e do tipo de tubulação adjacente (metálica, não-metálica, com revestimento interno, etc.) Quando o medidor é instalado entre tubulações não metálicas ou revestidas internamente, é normal a colocação de anéis entre flanges do medidor e a tubulação. Assim, obtém-se o contato elétrico com o fluido para posterior aterramento. Esses anéis devem ter diâmetro interno igual ao do medidor.

CLASSE DE EXATIDÃO:
A exatidão depende da calibração do medidor e do tipo de elemento secundário a que é ligado. A maioria dos fabricantes oferece medidores com faixa de exatidão de 0,5 e classe de rangeabilidade de 5 (10), de acordo com a classificação da Sec. 1.5. Entretanto, em geral, os fabricantes recomendam que se escolha o diâmetro do medidor de forma tal que a velocidade usual do líquido seja de ordem se 2 m/s ou mais e não inferior a 0,3 m/s para a vazão mínima.


INFLUÊNCIA DE VISCOSIDADE:
Os medidores independem da viscosidade do fluido. As medições podem ser efetuadas com fluidos newtonianos e não newtonianos.

LIMITES DE CONDUTIVIDADE:
A condutividade mínima de 0,5 µS/cm é citada como limite pela maioria dos fabricantes. Uma condutividade de 0,05 µS/cm pode ser considerada como limite de condutividade para os medidores magnético. Não é possível medir os produtos e derivados de petróleo por estarem abaixo dos limites práticos de condutividade, assim como os gazes, a menos que sejam ionizados.

INFLUÊNCIA DE DENSIDADE:
O medidor magnético é basicamente um velocímetro e, consequentemente, mede a vazão em volume, e suas indicações são independentes da densidade.

INFLUÊNCIA DO PERFIL DE VELOCIDADE:
Não há influência do perfil de velocidade do fluido. O perfil, entretanto, deve ser simétrico em relação ao eixo da tubulação. Uma das causas possíveis de assimetria pode ser a presença de depósitos no fundo do tubo, que tem como efeito uma indicação errada para mais. Necessidades de trechos retos variam segundo cada fabricante. Muitos recomendam 5D a montante e 3D a jusante, porém, para manter a exatidão, podem ser necessários 15D a montante e 5D a jusante.

MEDIÇÃO BIDIRECIONAL:
É possível medir o fluxo nos dois sentidos; nesse caso, o indicador tem um zero central.
A montagem na tubulação deve ser simétrica.