INSTRUMENTAÇAO INDUSTRIAL

Instrumentação é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais. Nas indústrias caracterizadas como “indústrias de processos”, a instrumentação de campo faz parte do sistema de controle e de automação. As principais grandezas físicas encontradas e medidas em tais processos industriais são pressão, nível, fluxo, temperatura, massa, densidade, pH, deslocamento, velocidade angular entre outras.

VARIÁVEIS PRINCIPAIS DO PROCESSO

Pressão

Pressão é uma quantidade física escalar representada pelo símbolo p, que designa uma projeção de força exercida perpendicularmente sobre uma superfície, por unidade de área. A pressão relaciona uma força de ação contínua e uma superfície na qual atua, razão pela qual é medida no Sistema Internacional (SI) em pascal (Pa), cada um equivalente a um newton (N) de força que atua em um metro quadrado (m2) de superfície. No sistema inglês, por outro lado, é preferível a medição de libras por polegada.

Tipos de pressão

A pressão pode ser classificada de acordo com os seguintes tipos:

Absoluto. É a pressão exercida sobre um corpo pela ação de algum elemento, mais a pressão atmosférica que ele sofre (todos os corpos do planeta estão sujeitos à pressão atmosférica).

Atmosférico. É a pressão exercida por toda a massa de gases na atmosfera na superfície da Terra e em tudo o que nela repousa. À medida que se eleva acima do nível do mar (em um avião ou escalando uma montanha), a pressão atmosférica diminui, pois há menos massa de ar acima de nós.

Manométrico. É a pressão que existe acima do valor da pressão atmosférica. Também chamado pressão relativa, seu valor corresponde à diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica. A pressão relativa é medida usando um manômetro (daí o nome) e é a mais usada na vida cotidiana.

Hidrostática ou hidrodinâmica. É a pressão experimentada pelos fluidos, tanto pelo peso do próprio fluido em repouso (hidrostático) quanto em constante movimento (hidrodinâmico). Uma pressão média entre os dois é geralmente calculada.

Temperatura 

Temperatura é uma quantidade escalar que é definida como a quantidade de energia cinética das partículas de uma massa gasosa, líquida ou sólida. Quanto maior a velocidade das partículas, maior a temperatura e vice-versa. A medição da temperatura está relacionada à noção de frio (temperatura mais baixa) e calor (temperatura mais alta), que podem ser percebidos instintivamente. Além disso, a temperatura atua como um valor de referência para determinar o calor normal do corpo humano, informação usada para estimar os estados de saúde. O calor também é usado para processos químicos, industriais e metalúrgicos.

Escalas de la temperatura

Existem diferentes tipos de balanças para medir a temperatura. Os mais comuns são:

A escala Celsius. Também conhecida como “escala centígrada”, é a mais utilizada em conjunto com a escala Fahrenheit. Nesta escala, o ponto de congelamento da água é igual a 0 ° C (zero graus Celsius) e seu ponto de ebulição a 100 ° C.

A escala de Fahrenheit. É a medida usada na maioria dos países de língua inglesa. Nesta escala, o ponto de congelamento da água ocorre a 32 ° F (trinta e dois graus Fahrenheit) e seu ponto de ebulição a 212 ° F.

A escala Kelvin. É a medida geralmente usada na ciência e estabelece o “zero absoluto” como ponto zero, o que significa que o objeto não libera calor e é equivalente a -273,15 ° C (graus centígrados).

Escala Rankine. É a medida comumente usada nos Estados Unidos para a medição da temperatura termodinâmica e é definida pela medição de graus Fahrenheit acima de zero absoluto, portanto, não possui valores negativos ou abaixo de zero.

Tipos de temperatura

Existem diferentes tipos de temperatura e, portanto, são medidos com diferentes ferramentas, como:

Temperatura ambiente: É a temperatura que pode ser registrada nos espaços em que o ser humano se desenvolve e, para a sua medição, é usado um termômetro ambiental que utiliza valores Celsius ou Fahrenheit.

Temperatura corporal: É a temperatura do corpo. 36 ° C é considerado um valor normal para seres humanos e se a temperatura exceder 37 ° C (ou 98 ° F), o indivíduo é considerado como tendo febre.

Outros tipos de medição de temperatura permitem calcular a sensação térmica, por exemplo:

Temperatura seca: É a temperatura ambiente, sem levar em conta a radiação de calor e a umidade do ambiente. É medido com um termômetro de bulbo pintado de branco brilhante para não absorver a radiação.

Temperatura radiante: É a temperatura das superfícies e paredes de um ambiente fechado e é medida através de um termômetro de bulbo.

A temperatura molhada: É a temperatura medida por um termômetro localizado à sombra, com o bulbo envolto em algodão úmido e localizado sob uma corrente de ar. Através desse sistema, a água do algodão evapora e o calor é absorvido, o que gera uma diminuição na temperatura capturada pelo termômetro em relação à temperatura ambiente. Isso resulta em uma medida da umidade do ar usada para medir a sensação térmica.

Nivel  

O nível é uma variável importante na indústria não somente para a operação do próprio processo, mas também para fins de cálculo de custo e de inventário costuma-se definir nivel, como a altura do conteudo de um reservatorio, que podera ser um liquido ou um solido…. Os sistemas de medição de nível variam em complexidade desde simples visores para leituras locais até indicação remota, registro ou controle automático. Na indústria se requer medições tanto de nível de líquidos como de sólidos. Para facilitar a compreensão costuma-se definir nível, como sendo a altura do conteúdo de um reservatório, que poderá ser um líquido ou um sólido.

Fluxo 

Fluxo é a quantidade de energia que passa pela área da unidade por segundo. Os astrônomos usam o fluxo para denotar o brilho aparente de um corpo celeste. O brilho aparente é definido como a quantidade de luz recebida por segundo, por unidade de área, na superfície da Terra de uma estrela. Portanto, o brilho aparente é simplesmente o fluxo que recebemos de uma estrela. O fluxo mede a taxa de passagem de energia através de cada cm2 (ou área unitária) da superfície de um objeto a cada segundo. O fluxo detectado depende da distância da fonte que irradia a energia. Isso ocorre porque a energia é dispersa em um volume de espaço antes de chegar até nós. Suponhamos um balão imaginário que rodeia uma estrela. Cada ponto na superfície do globo representa uma unidade de energia emitida pela estrela. Inicialmente, os pontos em uma área de 1 cm2 são muito próximos um do outro e o fluxo (energia emitida por centímetro quadrado e por segundo) é alto.

CLASSIFICAÇÃO DE FLUXO

Fluxo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.

Fluxo laminar: Caracteriza-se pelo fato de o movimento das partículas de fluido ocorrer segundo trajetórias razoavelmente regulares, separadas e perfeitamente definidas, dando a impressão de que são folhas ou camadas mais ou menos paralelas entre si, que deslizam suavemente umas sobre as outras sem haver mistura macroscópica ou troca cruzada entre eles.

Fluxo incompressível: É aquele em que as alterações de densidade de um ponto para outro são insignificantes, enquanto se examinam pontos dentro do campo de fluxo. O acima não exige que a densidade seja constante em todos os pontos. Se a densidade for constante, obviamente o fluxo é incompressível, mas seria uma condição mais restritiva.

Fluxo compressível: É aquele em que as alterações de densidade de um ponto para outro não são desprezíveis.

Fluxo permanente: Também chamado de fluxo estacionário. Esse tipo de fluxo é caracterizado pelo fato de que as condições da velocidade de escoamento em qualquer momento não mudam com o tempo, ou seja, permanecem constantes com o tempo ou se as variações neles são tão pequenas em relação aos valores médios. Da mesma forma, em qualquer ponto de um fluxo permanente, não há alterações na densidade, pressão ou temperatura ao longo do tempo.

Fluxo uniforme: Esses tipos de fluxo são raros e ocorrem quando o vetor de velocidade em todos os pontos do escoamento é idêntico em magnitude e direção por um determinado instante.

Fluxo não uniforme: É o caso oposto ao fluxo uniforme, esse tipo de fluxo é próximo a bordas sólidas devido ao efeito de viscosidade.

Fluxo unidimensional: É um fluxo no qual o vetor velocidade depende apenas de uma variável espacial, ou seja, as mudanças de velocidade transversais à direção principal do escoamento são negligenciadas. Esses fluxos ocorrem em tubos longos e retos ou entre placas paralelas.

Fluxo duas dimensionais: É um fluxo no qual o vetor velocidade depende apenas de duas variáveis ​​espaciais. Nesse tipo de fluxo, supõe-se que todas as partículas fluam em planos paralelos por caminhos idênticos se os planos forem comparados entre si; portanto, não há mudança na direção perpendicular aos planos.

Fluxo tridimensional: O vetor de velocidade depende de três coordenadas espaciais; é o caso mais geral em que os componentes da velocidade em três direções mutuamente perpendiculares são uma função das coordenadas espaciais x, y, z, y do tempo t. Esse é um dos fluxos mais complicados de lidar do ponto de vista matemático e apenas os escoamentos com limites simples de geometria podem ser facilmente expressos.

Fluxo rotacional: É aquele em que o campo de rotação adquire valores diferentes de zero em alguns de seus pontos, por qualquer instante.

Fluxo irrotacional: Ao contrário do fluxo rotacional, esse tipo de fluxo é caracterizado pelo fato de que, dentro de um campo de fluxo, o vetor rot v é igual a zero para qualquer ponto e momento. No fluxo irrotacional, exceto a presença de singularidades vórticas, causadas pelos efeitos da viscosidade do fluido em movimento.

Fluxo ideal: É aquele fluxo incompressível e sem atrito. A hipótese do fluxo ideal é muito útil na análise de problemas com altos custos de fluidos, como no movimento de um avião ou submarino. Um fluido sem atrito é não viscoso e os processos nos quais seu escoamento é levado em consideração são reversíveis. Basicamente, existem duas maneiras de medir o fluxo: fluxo e fluxo total. Fluxo é a quantidade de fluido que passa por um determinado ponto a qualquer momento. O fluxo total da quantidade de fluido através de um determinado ponto durante um período específico de tempo. Vamos ver abaixo alguns dos métodos usados ​​para medir o fluxo.

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