Medição de Umidade, Densidade, Viscosidade e pH
APRESENTAÇÃO Olá! As medições de umidade, densidade, viscosidade e pH são importantes em aplicações industriais, o que torna necessária a medição precisa e sua instrumentação. Neste sentido, serão abordados agora os adequados meios de medição. Bons estudos! Ao final desta unidade você deve apresentar os seguintes aprendizados: • Explicar a umidade relativa, o ponto de orvalho e as temperaturas de bulbo seco e molhado. • Identificar densímetros, viscosímetros e medidores de pH. • Reconhecer os sensores de umidade, densidade, viscosidade e pH.
DESAFIO
Uma chocadeira eletrônica é um equipamento sensível, pois precisa ter controle adequado de temperatura e umidade para a eclosão de ovos.
Você necessita medir a umidade. Qual sensor utilizaria, com indicação de 0 a 100 %? Pesquise as alternativas existentes no mercado e justifique a sua resposta.
INFOGRÁFICO Veja na ilustração o esquema do que estudaremos nesta unidade, referente à medição de umidade, densidade, viscosidade e pH.
CONTEÚDO DO LIVRO Na Instrumentação é importante, em alguns processos, a medição de umidade, densidade, viscosidade e pH. O livro-texto Fundamentos de Instrumentação Industrial e Controle de Processos, de William Dunn, serve de base teórica para esta Unidade de Aprendizagem. Inicie a leitura a partir do título "Medição de umidade, densidade, viscosidade e pH".
DICA DO PROFESSOR
Conforme estamos vendo durante a nossa Unidade de Aprendizagem, na Instrumentação e processos industriais, a medição de umidade, densidade, viscosidade e pH é bastante importante, pois impacta diretamente nos resultados finais dos processos. Vamos acompanhar mais detalhes no vídeo a seguir. Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira!
EXERCÍCIOS 1) O quociente entre a quantidade de vapor d'água existente em um dado volume de ar e a máxima quantidade de vapor d'água solúvel de ar é denominado: a) Densidade. b) Umidade. c) Viscosidade. d) pH. e) Nenhuma das alternativas.
2) Densidade representa o quociente entre: a) A quantidade de vapor d'água existente em um dado volume de ar e a máxima quantidade de vapor d'água solúvel de ar. b) Força sobre área. c) Massa sobre o volume. d) Pressão vezes a área. e) Resistência ao escoamento.
3) O instrumento que permite medir o tempo que um fluido escoa é denominado: a) Higrômetro. b) Densímetro. c) Viscosímetro. d) Pluviômetro. e) Hidrômetro.
4) O pH é a medição de acidez ou alcalinidade de uma solução. Esta escala vai de 0 a 14, sendo 0 extremamente ácido e 14 extremamente básico (alcalino). Qual é o pH neutro? a) 0 b) 3 c) 14 d) 9 e) 7
5) O pH do estômago é cerca de 2. É correto afirmar que: a) Este pH é fortemente ácido. b) Este pH é alcalino. c) Este pH é neutro. d) Este pH é fortemente alcalino. e) Nenhuma das respostas é correta.
NA PRÁTICA Muitos processos industriais como o processamento têxtil, madeireiro, papel e químico são muito sensíveis à umidade. Por isso, é necessário controlar a quantidade de vapor d'água presente em tais processos. Outro exemplo é uma chocadeira mecânica, que requer uma umidade adequada para a eclosão dos ovos, tal qual seria na chocagem natural. Viscosímetros são muito usados para medir a viscosidade de óleos lubrificantes. A viscosidade, no caso dos óleos lubrificantes automotivos, vai variar com a temperatura. Óleos mais grossos têm maior viscosidade (maior resistência ao escoamento) e óleos mais finos têm menor resistência ao escoamento.
A acidez ou alcalinidade de uma solução é determinada pelo pH. É uma escala que varia de 0 a 14, sendo zero extremamente ácido e 14 extremamente alcalino (básico).
SAIBA +
Para ampliar seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo a(s) sugestão(ões) do professor: Como se mede a umidade do ar? Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira! Medidor de umidade universal Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira! Medições habituais de pH, densidade e temperatura do aquário Conteúdo disponível na plataforma virtual de ensino. Confira!
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INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Prof. Vilmair E. Wirmond 2018
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• Prof. Vilmair Ermenio Wirmond – Técnico em Eletrotécnica – UTFPR – Engenheiro Eletricista – UTFPR – Mestre em Engenharia – Sistemas Elétricos de Potência – UFPR
• Experiência Profissional – – – – –
Vale Fertilizantes – Eletricista Industrial Philip Morris Brasil – Técnico de manutenção elétrica TEAM Robótica Ltda – Programador CLP Tritec Motors Ltda – Líder de Manutenção/Automação Robert Bosch Ltda – Engenheiro de Manutenção/Supervisor de manutenção – Renault do Brasil AS – Supervisor de Manutenção – UTFPR Campus Toledo – Professor/Coordenador do curso de eng. Eletrônica – UTFPR Curitiba – Professor
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INSTRUMENTAÇÃO • 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.
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INSTRUMENTAÇÃO O uso de instrumentos em processos industriais visa: - A obtenção de produtos de melhor qualidade com menor custo e menor tempo
- Aumentar a produção e o rendimento - Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade produzida
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INSTRUMENTAÇÃO O uso de instrumentos em processos industriais visa: -Reduzir a agressão ao meio ambiente - Substituir o homem em tarefas repetitivas afastando-o, também, de ambientes agressivos
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Equipamentos Industriais Equipamentos Industriais são todos os equipamentos de processo em indústrias nas quais materiais sólidos ou líquidos ou gasosos sofrem transformações físicas ou químicas. Os equipamentos estão agrupados em: – Calderaria; –Máquinas; – Tubulações.
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Variáveis de Controle Variáveis de processo mais importantes: Pressão, temperatura, vazão, nível, umidade, velocidade, tensão, etc. A partir do controle dessas variáveis se consegue o controle da composição do produto final. As variáveis de controle são classificadas em: –Medida, controlada ou de processo (PV); –Manipulada (MV); – Aleatórias ou distúrbios.
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Variável de Processo (Medida) - PV • É a variável mantida dentro de um valor desejado ou entre valores pré-determinados pelo processo. • Às vezes, se mede uma variável indiretamente, por meio da medição de outra variável. • Para toda variável controlada, possuímos um meio controlado. Meio controlado é a energia ou material que está contida na variável controlada. No nosso processo (Animação 1), o meio controlado é a mistura (A+B).
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Variável Manipulada – MV Para toda variável manipulada, possuímos um agente de controle, que, no caso do aquecimento da mistura (A+B) no exemplo de destilação (Animação 1), é o vapor. A maioria das variáveis manipuladas é a vazão de um fluido, que passa através da válvula.
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Terminologia a) Faixa de medida (Range) - Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Se expressa determinando os valores extremos. Exemplos: Range entre 100 e 500oC Range entre 0 e 20 PSI b) Amplitude da faixa nominal (Span) - É a diferença, em módulo, entre o valor superior e inferior de uma faixa de medida (range). Em algumas áreas, a diferença entre o maior e o menor valor é denominada “faixa”. Exemplos: Para uma faixa nominal de -10V a +10V a amplitude da faixa nominal é 20V. Um instrumento com range de 100 – 500°C seu Span é de 400oC.
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Terminologia c) Erro (de medição) – É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida. Se houver um processo em regime permanente chamar-se-á de erro estático, que poderá ser positivo ou negativo dependente da indicação do instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou menos. Quando tiver a variável alterando seu valor ao longo do tempo, ter-se-á um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença, entre o valor real e o valor medido, é chamado de erro dinâmico.
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Terminologia d) Repetitividade - Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condições de medição. Estas condições são denominadas condições de repetitividade e incluem: mesmo procedimento de medição; mesmo observador; mesmo instrumento de medição, utilizado nas mesmas condições; mesmo local; repetição em curto período de tempo.
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Terminologia e) Exatidão de medição – Pode-se definir como sendo a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão. A exatidão pode ser descrita de três maneiras: Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.) Percentual do Span (% do Span) Percentual do Valor Lido (% do V.L.) Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250oC e valor medido 100oC determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: Exatidão de 1% do Fundo de Escala Valor real = 100oC ± (0,01 x 250) = 100oC ± 2,5oC Exatidão de 1% do Span Valor real = 100oC ± (0,01 x 200) = 100oC ± 2,0oC Exatidão 1% do Valor Lido (Instantâneo) Valor real = 100oC ± (0,01 x 100) = 100oC ± 1,0oC
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Terminologia f) Rangeabilidade (Largura de Faixa) - É a relação entre os valores máximos e os valores mínimos, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento.
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Terminologia g) Zona Morta - Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em ambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de um instrumento de medição. A zona morta pode depender da taxa de variação. A zona morta, algumas vezes, pode ser deliberadamente ampliada, de modo a prevenir variações na resposta para pequenas variações no estímulo.
Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200ºC e com zona morta de 0,1% representa ± 0,2ºC.
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Terminologia h) Sensibilidade - Variação da resposta de um instrumento de medição dividida pela correspondente variação do estímulo. A sensibilidade pode depender do valor do estímulo. Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 500ºC e com uma sensibilidade de 0,05% representa ± 0,25ºC.
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Terminologia
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Via Rádio Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos são enviados à sua estação receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência específica.
Vantagens a) Não necessita de cabos de sinal. b) Pode-se enviar sinais de medição e controle de máquinas em movimento.
Desvantagens a) Alto custo inicial. b) Necessidade de técnicos altamente especializados.
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Via Modem A transmissão dos sinais é feita através de utilização de linhas telefônicas pela modulação do sinal em freqüência, fase ou amplitude.
Vantagens a) Baixo custo de instalação. b) Pode-se transmitir dados a longas distâncias.
Desvantagens a) Necessita de profissionais especializados. b) baixa velocidade na transmissão de dados. c) sujeito a interferências externas, inclusive violação de informações.
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Exercícios
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• Qual o spam de um medido de temperatura que pode medir temperaturas de -30 a 130ºC? • Para um sensor de temperatura com range de -50 a 250oC e valor medido 150oC determine o intervalo provável do valor real para as seguintes condições: Exatidão de 0,5% do Fundo de Escala Exatidão de 0,5% do Span Exatidão 0,5% do Valor Lido (Instantâneo) • Qual a sensibilidade de um instrumento com range de 200 a 1800ºC, e com uma sensibilidade de 0,1% ? • Num processo, podemos escolher entre dois instrumentos de medida, ambos de mesmo range(-50 a +250ºC), porém um com rangeabilidade de 20:1 e outro de 25:1.Ambos tem exatidão de 1%.Explique com base nos dados acima para qual faixa de temperatura a exatidão é garantida.
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• O que é o modo Burst na comuniação com protocolo HART? • Como funciona a comunicação Multidrop via HART? • O que é a linguagem DDL no Hart? • Quais as principais características que diferem o Foundation Fieldbus do protocolo Hart?