O que é Instrumentação Industrial. Conheça a História

O que é Instrumentação Industrial. A história industrialevo.com

Embora os órgãos sensoriais do corpo humano possam ser extremamente sensíveis e reativos, a ciência e a tecnologia modernas dependem do desenvolvimento de ferramentas para medição e análise muito mais precisas, a fim de estudar, monitorar ou controlar todos os tipos de fenômenos, conheça o que é instrumentação industrial, a história.

Conheça o que é instrumentação industrial. A história.

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O que é instrumentação industrial. Conheça a história.

A Instrumentação é o ramo da engenharia que lida com medição e controle. Para se ter uma melhor compreensão sobre o que é Instrumentação e o grau de sua importância para a evolução dos processos industriais, comerciais, laboratoriais, astronômicos e experimentais entre outros, precisa-se voltar algum tempo no passado, revisitar a história.

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Video postado em nosso canal em Youtube.com/industrialevo

Prefácio

O mais antigo instrumento astronômico conhecido consistia essencialmente de um globo celeste esquelético cujos anéis representam os grandes círculos do céu. Esta era a Esfera Armilar, conhecida na China e Grécia antigas.

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E aproximadamente no ano 200 antes de Cristo, os gregos a modificaram para produzir o astrolábio, um instrumento que podia dizer a hora, a duração do dia ou da noite, e até mesmo medir as altitudes do sol e da lua.

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A bússola, feita por volta do século XI, foi o primeiro instrumento a indicar uma direção sem o uso das estrelas como referência.

O telescópio, o principal instrumento astronômico, foi inventado por volta de 1608 pelo oculista Holandês Hans Lippershey, o mesmo telescópio que foi usado extensivamente e pela primeira vez por ninguém menos que o astrônomo italiano Galileo Galilei (Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei).

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Telescópio e Galileo Galilei

Um dos primeiros sistemas de controle com instrumentos foi a fornalha termostática desenvolvida pelo também Holandês Cornelius Drebbel (1572 a 1634), sistema este em que um termômetro era usado para o controle de temperatura de uma fornalha.

Em 1788, no início da primeira revolução industrial, o escocês James Watt inventou um regulador centrífugo, que era usado para manter a velocidade de uma máquina a vapor em uma taxa pré-estabelecida.

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É provável que este regulador seja o primeiro sistema de controle de malha fechada usando instrumentação. Ele era capaz de medir a velocidade de um motor por meio da rotação de duas esferas de metal.

Conforme a máquina acelerava, as esferas se separavam por meio da força centrífuga. Isso fornecia uma medição direta da velocidade e, quando acoplado a uma válvula de controle de vapor, esta regulava a vazão de vapor e consequentemente, controlava a velocidade do motor.

Curto de instrumentação calibração e manutenção industrialevo.com

Com a chegada da primeira revolução industrial, veio também a necessidade de se atingir novos padrões de precisão linear.

Na década de 1850 Eugene Boudon apresentou ao mundo o simples e eficiente medidor de pressão curvado em forma de interrogação, conhecido como tubo de Bourdon. Ele ainda é largamente utilizado até hoje, mas é claro, em uma versão mais bem elaborada.

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Tubo de Bourdon simulando entrada de pressão.
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1886 – Primeiro motor elétrico

Aproximadamente em 1882, o primeiro sistema instalado para vender energia elétrica para iluminação nos EUA começou a operar em Nova Iorque, dando início a uma nova era, a da eletricidade como força motriz com a chegada do motor elétrico em 1886, e consequentemente marcando o início da segunda revolução industrial, que inclusive já foi abordada no primeiro vídeo do canal, não deixe de conferir.

1886 - Primeira central de distribuição de energia elétrica industrial evo
1886 – Primeira central elétrica em NY

O Século 20

E enfim chegamos onde tudo começa a mudar, o século 20.

Com o surgimento de processos industriais mais elaborados e complexos, e indústrias cada vez maiores, surgiu também a necessidade de maior velocidade no controle dos processos, e também, um controle de processo mais preciso.

1900 - Indústria de manufatura industrial evo
1900 – Indústria de manufatura

Controlar o nível de um simples tanque abrindo e fechando uma válvula pode até parecer fácil, mas imagine 40, 50, 100 tanques, de 50 mil, 100 mil, 500 mil litros, em 3 ou 4 turnos de trabalho.

Adicione o clima: chuva, neve, tempestades, sol escaldante. Agora acrescente o fator humano: sono, medo, preguiça, problemas pessoais, descontentamento.

Tinha tudo para dar errado! E não estamos falando apenas de controle de nível de água. pois nível é uma das variáveis mais fáceis de se controlar. Surgia aqui a necessidade de um controle ágil, preciso,  seguro e que não dependesse do fator humano.

Nos primórdios do controle de processos, os indicadores, assim como as válvulas eram monitorados por operadores, que passavam em todas as plantas de controle, e ajustavam a abertura ou fechamento das válvulas para obter a variável no ponto desejado, fosse temperatura, pressão, vazão ou qualquer outra variável.

Manômetros / Indicadores da Indústria
Manômetros / Indicadores da Indústria

Os instrumentos são classificados por tipos.

Elementos primários

ou simplesmente sensores. São aqueles que estão ligados diretamente ao processo, e os que primeiro sentem a variável.

Temos como exemplos: Termômetros e manômetros.

Imagem de um Termopar
Termopar montado e circuito de medição

Conversores ou transdutores

transdutor eletrônico

Emitem um sinal não padronizado, correspondente ou proporcional à variável medida.

Como exemplo: Um termopar, que mede temperatura e emite um sinal de mV, ou uma termorresistência que também mede temperatura e emite um sinal de resistência ôhmica.

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Indicadores

Instrumento que apenas indica o valor de uma variável.

Se for local, temos o manômetro que mede a pressão e indica em uma escala gráfica. Se for remoto, pode ser qualquer variável,  ele recebe o sinal emitido por um transmissor e indica em litros, ºC, m³/h, porcentagem ou qualquer outra unidade desejada.

indicadores de instrumentação
Indicadores industriais

Transmissores

São instrumentos que recebem um sinal dos sensores, e transmitem um sinal padronizado, seja pneumático, elétrico ou digital.

Transmissores eletrônicos industrial evo
Transmissores eletrônicos

Registradores

Armazenam, registram um valor de uma variável ao receberem um sinal padrão vindo do transmissor.

Registradores industrialevo.com
Registradores digitais

Elemento final de controle

É aquele que direta ou indiretamente controla o valor de uma variável. Como exemplo, temos as válvulas que controlam a vazão de fluídos, os motores que podem controlar velocidade, a vazão, abertura e fechamento, as resistências que controlam a temperatura etc etc.

Elementos finais de controle. Válvulas
Válvulas – Elementos finais de controle

O que é instrumentação industrial, a história.

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Os primeiros instrumentos pneumáticos surgiram na década de 1940, eles faziam a transmissão e o controle, e foi então possível obter um monitoramento à distância e um controle de forma automatizada.

O operador já não precisava mais abrir ou fechar válvulas manualmente, o que acabou por reduzir o tempo que os operadores precisavam para monitorar os processos.

Os instrumentos comunicavam entre si através de um sinal pneumático padrão, o PSI, e as válvulas principais passaram a abrir e fechar acionadas pelo ar comprimido, não mais pelo homem.

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“Uma guerra sempre avança a tecnologia”, e entre as décadas de 1950 e 1960, com o avanço da eletrônica, foi possível a construção de instrumentos eletrônicos, que viriam a substituir os então pneumáticos.

A partir da década de 1970 se iniciou a produção dos instrumentos eletrônicos com sinal padronizado em corrente elétrica, o mA.

Em meados desta mesma década surgiu o CLP, Controlador Lógico Programável, utilizado em larga escala nos dias atuais, desde pequenas até grandes malhas de controle.

Modicon IC o primeiro CLP
Modicon – o primeiro CLP
programação de clp plc do zero industrialevo.com
Programe CLPs do ZERO

Um CLP nada mais é que um computador desenvolvido para aplicações de automação, suportando efeitos como a vibração e a indução eletromagnética, coisa que um computador normal não foi projetado para suportar.

O CLP recebe os sinais normalmente emitidos por transmissores, sensores próximos, botoeiras, e converte em ações como determinar a percentagem de abertura de uma válvula, ligar ou desligar um motor, uma resistência, um alarme e assim por diante.

Com o surgimento da computação, foi possível a próxima evolução da instrumentação.

Junto do aumento da complexidade dos processos industriais, veio também a necessidade de mais processamentos e de um controle centralizado, o que não era possível antes do computador.

O Sistema de Controle Distribuído (do inglês DCS), possibilitou reunir em estações, várias malhas de controle. 

DCS
DCS

Uma única estação permite o controle de várias salas, que podem estar a quilômetros de distância uma da outra.

Agora o operador opera inúmeras malhas, ou seja, processos independentes uns dos outros, e tudo isso através de uma tela de computador.

Sensores inteligentes começaram a surgir a partir da década de 1980, possibilitando a utilização das redes de instrumentação.

Hoje são muitos os padrões de protocolos e redes existentes, dentre os quais destacam-se:

CAN, DeviceNet,
FOUNDATION fieldbus
HART Protocol
Industrial Ethernet
Modbus, Profibus
entre tantos outros.

Como adendo, vale ainda lembrar que em algumas plantas industriais, usam-se instrumentos de medição e controle que se comunicam através de redes sem fio.

E começamos nos dias atuais a presenciar a ascensão da Internet das Coisas, que também vai mudar muitas aplicações, forçando o desenvolvimento dos profissionais e de novos instrumentos.

Instrumento

Um instrumento é um dispositivo que mede ou manipula variáveis ​​físicas de processo, como vazão, temperatura, nível, pressão, peso, condutividade, pH,densidade entre tantas outras.

Muitos são os princípios de medição, Seja por peso, por pressão, resistência, Vortex, magnético, Seebeck e Peltier, vibração etc etc.

O Profissional

Instrumentação - o profissional industrial evo
Instrumentação – O Profissional

O Engenheiro de Instrumentação é responsável por projetar estes sistemas, por melhorar os sistemas existentes, por especificar instrumentos de acordo com as características do processo e custos de implantação entre outras funções.

O técnico é o profissional responsável por zelar da saúde dos instrumentos, seja fazendo sua troca, sua configuração, a manutenção e o que considero o mais importante: 

Sua aferição, sua calibração. É com a calibração que se consegue garantir que tais instrumentos estejam operando com precisão, com assertividade, dentro das normas que regem a metrologia.

Metrologia

Metrologia é o estudo das medições e suas aplicações. É o que garante, independente do sistema de medidas, que aquilo que você está comprando ou vendendo, tem realmente 1 kg, 1 Litro, 220 Volts, 1 metro, 200 m², 2 kgf/cm² e tantas outras.

A metrologia é uma das funções básicas necessárias a todo Sistema de Garantia da Qualidade.

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Considerações Finais

A instrumentação desempenha um papel significativo tanto na coleta de informações do campo quanto na alteração de seus parâmetros, lidando com vários sistemas de medidas, princípios físicos, pneumática, hidráulica, elétrica, eletrônica, automação e computação, é uma parte fundamental dos circuitos de controle, e a maior responsável pela qualidade do que está sendo produzido.

Fabricação sem instrumentação é fabricação sem qualidade.

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About Flávio Santos

42 Anos, Eng. Eletricista, Eng. Segurança do Trabalho; MBA em Gestão Estrat. de Pessoas Lid. e Coaching; Pós-Graduado em Engenharia Industrial 4.0; Técnico em Instrumentação Industrial; 22 anos de experiência no setor industrial Químico, Petroquímico, Sucro-Alcooleiro, Alimentício, Geração de Energia, Projetos e Gestão. Amante da NBA e Mestre Cervejeiro nas horas vagas.

Seu comentário será sempre bem vindo.