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 3 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

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