Sensores Em Processos Mecanicos - Fluxo Consultoria

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

“Sensores em Processos são capazes de controlar: velocidade, corrosão, pressão, deformação, vazão e resistência.”

Uma medição é o ato de atribuir um valor específico a uma variável física, e um sistema é a ferramenta que você utiliza para realizar essa atividade. Assim, trazemos nesse artigo as diversas formas de usar os sensores em processos mecânicos para aquisição e controle de dados com segurança, principalmente para indústrias.

Parece fácil, não? Mas as medições mecânicas podem possuir diversas naturezas e trazer diversos desafios. Algumas das principais informações com captação possibilitadas pelo uso de sensores são: velocidade, corrosão, pressão, deformação, vazão e resistência.

Para iniciarmos a discussão, é importante sabermos o “beabá” do funcionamento da grande maioria dos intrumentos dessa natureza e apresentaremos como o uso de sensores em processos pode ajudar uma empresa e melhorar o controle produtivo.

Ciclo de medição de sensores em processos industriais - Fluxo Consultoria

Existem quatro estágios principais para que isso ocorra:

1- Estágio do sensor-transdutor
2- Estágio do condicionamento de sinal
3- Estágio de saída
4- Estágio de controle da realimentação

Para os leigos, os quatro estágios significam que o seu sensor precisa captar e entender o sinal que o usuário quer medir, transformando-o de uma natureza contínua (velocidade, por exemplo) para um número que possa ser lido e tabelado (grandeza discreta). Após o seu uso, ele precisa ser capaz de ler outras medições e replicá-las sempre que necessário.

Sensores são instrumentos capazes de realizar medições e fornecer informações necessárias para controle de diversos processos mecânicos, químicos, biológicos, físicos, etc. Para que se entenda um pouco melhor o que representam, abaixo discutiremos um pouco de seu funcionamento.

Antes de tudo, é preciso realizarmos alguns esclarecimentos sobre os sensores em processos:

Algumas definições para ajudar a entender esse artigo:

Resolução – menor valor de incremento no sinal de entrada que é percebido no sinal de saída.
Erro – instrínseco às medições, o erro traz diferenças entre o valor real e o valor exibido nos mostradores.
Calibração – processo de ajuste baseado em medições comparativas.

Fatores que modificam e interferem numa medição em processos mecânicos

Diversos são os fatores que podem alterar de alguma forma o sinal de saída mostrado pelo seu sensor. Dentre eles possuímos o ruído, a interferência, a aleatoriedade e os próprios erros de escalas de medida. Quando erros assim acontecem, eles podem interferir em um valor constante ou dependente do sinal de entrada, deslocando a sua curva de saída de dados, ou modificar o sinal do seu sensor, inclinando a curva da saída de dados.

Outros erros comuns que ocorrem nas medições são dados pela histerese e pela não-linearidade.
Independente da natureza do erro, é importante ter em mente que, quanto mais preciso o seu equipamento for, mais caro e sofisticado ele precisará ser, muitas vezes não compensando um investimento tão alto em equipamentos com erros tão baixos.

Tipos de sinal dos sensores

Basicamente, para o nível deste artigo, o que importa para o uso de sensores em processos é saber a diferença entre o sinal dinâmico e o sinal estático, e como a medição precisa ser feita em cada um dos casos.

O sinal estático é aquele constante ao longo do tempo, e para que se faça a calibração do instrumento, apenas as magnitudes da entrada conhecida e da saída medida são relevantes. Isso acontece pois não há variação da grandeza medida ao longo do tempo, então sabe-se que um sensor estático já está  calibrado para medir coerentemente o valor correto. Em geral, são medidos por sistemas chamados de “Sistemas de Ordem Zero”.

O sinal dinâmico é o que muda ao longo do tempo, e exige sensores com maior rapidez de resposta para que sejam confiáveis. Para que isso ocorra, é preciso entendermos como se comporta a amplitude, a frequência e o padrão de onda gerado pelo sinal, para que possamos reconstruí-lo a partir do valor expressado na saída do sensor. Um “Sistema de Primeira Ordem” ou um “Sistema de Segunda Ordem” podem expressar esses valores, a diferença entre eles é a existência ou não de forças dissipativas no processo.

Probabilidade e Estatística

É importante saber e notar que, para um dado conjunto de medições, precisamos usar os conceitos de probabilidade e estatística para basear as nossas conclusões. Isso é necessário para definir o melhor valor representativo para a sua medição, bem como um valor coerente de variação dos seus dados e a precisão deles. Isso é muito útil quando tratamos de limites de uma grandeza ou do uso de um sensor, por exemplo.
A partir de cálculos de médias, desvios padrões, variâncias e distribuições, esse ramo nos fornece muitos insumos para entender um dos principais problemas de qualquer medição: os erros aleatórios e sistemáticos.

Os erros simplismente fazem parte do processo de medição. Nenhum equipamento é perfeito a ponto de fornecer uma resposta 100% exata. Ele pode ter sua origem na confecção do aparelho, na unidade de medida e até na utilização das diversas peças de um sensor operando em conjunto.

Principais sensores e dispositivos de medição de tensão elétrica

Dentre os muitos modelos no mercado, os que mais se destacam nesse quesito são:

  • Osciloscópio, que fornece uma representação analógica e mede magnitude de tensão elétrica no tempo para sinais dinâmicos.
  • Potenciômetro, que fornece medições de tensões de correntes contínuas.

Principais dispositivos de medição de resistência

Dentre os muitos modelos no mercado, os que mais se destaca, nesse quesito são:

  • Circuitos em Ponte, que medem grandezas como indutâncias e capacitâncias (uma das principais é conhecida como Ponte de Wheastone).
  • Circuitos de Ohmímetro, sensores que determinam a resistência através da aplicação da Lei de Ohm.

Outras aplicações – sensores em processos industriais

Para medições de temperatura, que é uma das variáveis da engenharia mais comumente utilizadas e medidas, usam-se alguns tipos principais de aparelhos e técnicas. Para que as medições de um sensor de temperatura façam sentido, é importante atentar-se para a escolha da escala, que pode ou não ser absoluta (Celsius, Kelvin…).

Dentre as principais maneiras de se medir temperatura, destacam-se os termômetros por resistência elétrica, termômetros bimetálicos, termômetros de bulbo e termistores. Cada qual com a sua especificação e aplicação, eles variam muito na eficiência e precisão das medidas e no preço do investimento, e é preciso analisá-los comparativamente caso o intuito seja esse tipo de medição.

Para medições de pressão e velocidade, os principais intrumentos utilizados são os manômetros e barômetros, onde alguns transdutores de pressão são utilizados. Esse tipo de medição é muito usada para fluidos em movimento, logo existem diversos sensores em processos mecânicos  ou industriais.

As medições de vazão estão intimamente ligadas à economia, pois é nela que muitos erros e muitas 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 encotrados no mercado.

Por fim, os medidores de deformação nos fornecem dados importantes sobre diversos 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.

Hoje, grande parte da engenharia de métodos e experimentos é baseada em Controle e Automação, onde o uso da Mecatrônica e de sensores para aquisição de dados com arduino é cada vez mais comum.

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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 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

  2. 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

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