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Sensores Em Processos Mecânicos E Industriais- Medição E Aquisição De Dados

Sensores em Processos Mecânicos e Industriais- Medição e Aquisição de Dados

É uma prática muito comum na indústria o monitoramento de processos por meio de sensores. Isso tem o objetivo de manter os parâmetros da produção dentro de faixas desejáveis, aumentando a produtividade e a qualidade do produto final além da vida útil do maquinário utilizado. Com um bom controle, também previnem-se defeitos e acidentes. De fato, a evolução da produtividade do ser humano foi acompanhada pela capacidade de medir seus processos.

“Se você não pode medir algo, não pode melhorá-lo!” – Lorde Kelvin

Mas antes de ver alguns dos principais aspectos de um bom sistema de medição, devemos nos perguntar: o que é medir? Medir é comparar uma grandeza física com outra da mesma espécie. Para tal, lançamos mão de sistemas de unidade, dos quais o mais conhecido no Brasil e na maior parte do mundo é o Sistema Internacional de Unidades (SI). Esse sistema possui sete unidades de base, como podemos ver abaixo.

sensores em processos

O que fazemos quando medimos uma grandeza, desse modo, é compará-la com uma ou mais unidades, junto a um número para quantificar o resultado. Isso se aplica a qualquer grandeza física, como velocidade, aceleração, pressão, deformação, vazão, temperatura, entre outras. Parece simples, não? Mas existem diversos desafios associados ao ato de medir, que se ampliam conforme a grandeza se torna mais complexa ou queremos um resultado mais preciso, por exemplo. Por esses motivos, existe uma ciência que trata apenas de medição, chamada metrologia.

Como funcionam sensores?

A grande maioria dos sensores apresenta o mesmo princípio de funcionamento e etapas para informar as grandezas monitoradas. Esses estágios são os de:

  1.  Sensor-transdutor, quando alguma propriedade física do sensor converte um tipo de grandeza em outra possível de medir. Um bom exemplo desse processo é o sensor LDR, que varia sua resistência elétrica de acordo com a luminosidade incidente sobre ele;
  2.  Condicionamento de Sinal, quando esse passa por etapas para facilitar sua leitura, como amplificação, atenuação e filtragem, adequando a sensibilidade da medição e tratando flutuações provenientes de erros;
  3.   Saída, quando o resultado é informado, seja a um operador ou a uma máquina;
  4.  Controle da realimentação, quando o resultado é utilizado para corrigir o processo. Essa etapa é fundamental na automação. Ocorre, por exemplo, quando detecta-se que a temperatura de um forno industrial está muito alta, fazendo com que o sistema de aquecimento reduza sua atividade.

Como saber se um sensor atende minhas necessidades?

O primeiro fato que devemos reconhecer quando escolhemos um sensor é que não existe instrumento de medição perfeito. Todos eles têm suas limitações e apresentam aplicações específicas. Por isso, devemos observar algumas características para saber se o sensor atende nossas necessidades, como:

    • Sensibilidade – É a razão entre a variação da leitura e a variação do sinal de entrada. Quando medimos um processo muito delicado, a sensibilidade deve ser considerável para podermos detectar variações, sejam essas desejadas ou indesejadas.
    • Resolução – É a menor variação do sinal de entrada que resultará em uma variação mensurável na saída. Se quisermos controlar uma temperatura na casa dos décimos e graus, um termômetro cuja menor divisão é um grau é insuficiente para nossa necessidade.
    • Intervalo nominal – É o intervalo entre duas medidas no qual o sensor trabalha. Um manômetro, por exemplo, pode ter um intervalo nominal entre 0 bar e 20 bar. Esse é um dos critérios mais importantes na seleção de um instrumento.
    • Amplitude da faixa nominal – É a diferença entre os limites do intervalo nominal. No caso acima, é de 20 bar.
    • Repetitividade – É a capacidade do instrumento de medição de fornecer valores próximos em medições repetidas nas mesmas condições.
    • Histerese – É um erro de medição que ocorre quando há diferença de medida quando uma mesma grandeza é atingida por valores crescentes ou decrescentes.

Deve-se ressaltar que quanto mais preciso um sensor, mais caro e sofisticado ele é. Por isso, talvez o sensor mais avançado no mercado não seja o mais apropriado para alguma aplicação. Assim, deve-se sempre balancear o investimento feito no equipamento de medição e o resultado esperado.

Tipos de erros

Imagine que fosse necessário medir uma mesa. Para tal, uma pessoa poderia medi-la com uma régua várias vezes e provavelmente os seus resultados variariam. Outra pessoa poderia repetir o mesmo processo, e suas medições seriam diferentes da primeira. Talvez um instrumento mais preciso, como um paquímetro, poderia ser usado, mas mesmo assim não seria possível medir o valor exato da mesa.

Essas diferenças ocorrem porque não é possível fazer uma medição perfeita, já que sempre estaremos limitados por alguns fatores. Essas limitações são os erros inerentes à medição e apresentam os seguintes tipos:

    • Erro instrumental – Está associado às limitações de um instrumento. Uma régua simples nunca poderia informar os centésimos de milímetro, por exemplo.
    • Erro aleatório – Resulta de variações aleatórias e imprevisíveis. Embora possa ser reduzido, nunca será eliminado. Devido a esse tipo de erro, a estatística é muito importante para realizar medições complexas.
    • Erro sistemático – É causado por métodos equivocados, operação indevida de instrumentos ou danos no sistema e medição.

Outros conceitos importantes

Calibração – É o ato de correlacionar os valores indicados pelo sensor à grandeza que está sendo medida. Isso é feito utilizando-se de equipamentos padrão para garantir que as medições de saída estejam corretas. Por isso diz-se que medir é comparar.

Sinal analógico x Sinal digital – Quando medimos uma grandeza da natureza, ela é analógica. Isso significa que, por exemplo, entre 1mm e 2mm existem infinitos valores. No entanto, é computacionalmente impossível ler todos esses valores, tornando necessária uma discretização, ou seja, dividir um intervalo em um número finito de valores. Essa necessidade introduz erros na nossa medição.

Precisão x Acurácia – Esses dois termos podem ser facilmente trocados mas significam coisas diferentes na metrologia. A acurácia é a proximidade entre o valor medido (médio) e o real. A precisão, por sua vez, é a proximidade entre os valores medidos entre si.

sensores em processos

Aplicações – Sensores em processos industriais

A temperatura é uma das variáveis da engenharia mais relevantes e medidas, como em processos químicos. Para medi-la, usam-se alguns tipos principais de aparelhos e técnicas. Dentre as principais maneiras de se medir temperatura, destacam-se os termômetros por resistência elétrica, termômetros bimetálicos, termômetros de bulbo e termistores. É importante atentar-se também para a escolha da escala, que pode ou não ser absoluta (Celsius, Kelvin…).

As medições de vazão estão intimamente ligadas à economia, pois são nelas que muitos erros e análises de corte são baseadas. As principais vazões medidas são a volumétrica e a mássica, e as aplicações são diversas: indústria química, alimentícia, cosmética, etc. Alguns aparelhos operando através de medidores de Venturi, medidores de orifício, medidores de restrição, bocais de vazão e bocais sônicos são encontrados no mercado.

Por fim, os medidores de deformação nos fornecem dados importantes sobre aspectos estruturais, mássicos, elásticos e mecânicos, principalmente. A partir de extensômetros, principal meio de medição dessa grandeza, conseguimos avaliar esses diversos aspectos sob a ação de alguma força de tração ou compressão.

sensores em processos

Implemente no seu processo

Não são poucas as aplicações de sensores em processos industriais atualmente. Eles trazem grandes benefícios de barateamento, produtividade e segurança. Além disso, são importantíssimos para manter processos dentro de normas reguladoras estipuladas no Brasil e Internacionalmente.

Os instrumentos de medição podem parecer aplicáveis apenas em grandes indústrias, mas o barateamento dessas tecnologias torna-as cada vez mais acessíveis. Além disso, tecnologias abertas como o Arduino democratizaram o uso de sensores para as mais diversas finalidades.

Desse modo, você também pode usar todos esses recursos no seu processo. Também podemos ajudá-lo, por meio de sistemas web, a armazenar e monitorar em tempo real os dados coletados. Com isso, você poderá poupar recursos, ficar mais tranquilo em relação à sua fábrica, faturar mais, entre muitos outros benefícios.

Milena Maia

Graduanda em Engenharia Mecânica, atualmente trabalha como Gerente de Projetos e Assessora de Marketing. Gerenciou projetos de Estudo de Flexibilidade, Detalhamento de Projeto, Estudo de Mercado, Neutralização de Carbono e Manual de Boas Práticas.

This Post Has 5 Comments
  1. Preciso de um sensor que forneça apenas um sinal de que está ligado, apenas dois pinos metálicos de inox em um cilindro de 1/2”, com rosca NPT. para gás.
    Grato

    1. Olá, Paulo.

      Você pode enviar uma mensagem para um consultor de engenharia de gestão através deste link ou falar diretamente conosco pelo numero (21) 3938-7294.

      Att

  2. preciso d um sensor de leitura. d modo k leia umas peça q estão num tapete rolante d modo a alertar a presença dad peças no final do tapete rolante

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