pela equipe editorial
A técnica de medição, monitoramento e controle de processos industriais de forma automática antes dos sistemas eletrônicos, eram feitos por sistemas de controles pneumáticos. Resumidamente podemos dizer que os sistemas pneumáticos em recebiam uma alimentação de uma fonte pneumática gás inerte (normalmente ar comprimido). Atualmente a fonte pneumática foi substituída por uma fonte elétrica. A conversão dos sinais dos sensores que hoje são eletrônicos microprocessados no passado eram realizados por um conjunto “bico/Palheta” que variava o sinal de saída conforme o valor de variação desse dispositivo variando um valor que padrão de 2 a 15 PSI que hoje foi substituído por um padrão de corrente de 4 – 20 mA.
Por exemplo, um transmissor de pressão pneumático indica pressão de entrada zero como saída de 3 PSI e sinal de pressão de entrada de 100% como 15 PSI em vez de 4-20mA, pois ainda não foi inventado. Aqui estamos discutindo sobre antigos transmissores pneumáticos.
Embora a eletricidade seja comumente usada como meio de transferência de energia em longas distâncias, ela também é usada em instrumentação para transferir informações. Um simples “loop” de corrente de 4-20 mA usa corrente contínua para representar uma medição de processo em porcentagem de span, como neste exemplo:
O transmissor detecta uma pressão de fluido aplicada do processo que está sendo medido, regula a corrente elétrica no circuito em série de acordo com sua calibração (4 mA = sem pressão; 20 mA = pressão total) e o indicador (amperímetro) registra essa medição em uma escala calibrado para ler em unidades de pressão. Se a faixa calibrada do transmissor de pressão for de 0 a 250 PSI, a escala do indicador também será rotulada para ler de 0 a 250 PSI. Nenhum operador humano lendo essa escala precisa se preocupar com a forma como a medição vai do processo para o indicador – o meio de sinal de 4-20 mA é transparente para o usuário final como deveria ser.
A pressão do ar pode ser usada como meio de sinalização alternativo à eletricidade. Imagine um transmissor de pressão projetado para produzir uma pressão de ar variável de acordo com sua calibração, em vez de uma corrente elétrica variável. Tal transmissor teria que ser fornecido com uma fonte de ar comprimido de pressão constante em vez de uma tensão elétrica, e o sinal de saída resultante seria transportado para o indicador via tubulação em vez de fios:
O indicador neste caso seria um manômetro especial, calibrado para ler em unidades de pressão do processo, embora acionado pela pressão do ar comprimido limpo do transmissor em vez de diretamente pelo fluido do processo. A faixa mais comum de pressão de ar para instrumentos pneumáticos industriais é de 3 a 15 PSI. Uma pressão de saída de 3 PSI representa a extremidade inferior da escala de medição do processo e uma pressão de saída de 15 PSI representa a extremidade superior da escala de medição.
Aplicado ao exemplo anterior de um transmissor calibrado para uma faixa de 0 a 250 PSI, a falta de pressão do processo resultaria no transmissor emitindo um sinal de ar de 3 PSI e a pressão total do processo resultaria em um sinal de ar de 15 PSI. A face deste medidor especial “receptor” seria rotulada de 0 a 250 PSI, enquanto o mecanismo real operaria na saída de faixa de 3 a 15 PSI pelo transmissor. Assim como no loop de 4-20 mA, o usuário final não precisa saber como as informações são transmitidas do processo para o indicador. O meio de sinal de 3-15 PSI é mais uma vez transparente para o operador.
Normalmente, um valor de pressão de 3 PSI representa 0% da escala, um valor de pressão de 15 PSI representa 100% da escala e qualquer valor de pressão entre 3 e 15 PSI representa uma porcentagem proporcional entre 0% e 100%. A tabela a seguir mostra os valores de corrente e porcentagem correspondentes para cada incremento de 25% entre 0% e 100%. Todo técnico de instrumentos encarregado de manter instrumentos pneumáticos de 3 a 15 PSI grava esses valores na memória, porque eles são referenciados com tanta frequência:
Os sistemas pneumáticos de controle de temperatura, vazão e nível foram todos fabricados para usar o mesmo princípio de sinalização de pressão de ar de 3-15 PSI. Em cada caso, o transmissor e o controlador são fornecidos com ar comprimido limpo a uma pressão modesta (20 a 25 PSI, geralmente) e os sinais do instrumento viajam através da tubulação.
As ilustrações a seguir mostram a aparência de alguns desses aplicativos:
Exemplo: Controle de temperatura de “coluna de lavagem” de biodiesel
Exemplo: Sistema de Controle de Fluxo
Exemplo: Controle de nível do tambor de vapor da caldeira de dois elementos
Os instrumentos pneumáticos como já demostrado utilizam o ar comprimido como sina para transmissor dos valores medidos, essa transmissão eram realizadas por tubos de metal chamos de “tubing”(tubos específicos para aplicação em instrumentação). Todas essa tubulação hoje foi substituida por sinais eletricos mesmo em locais perigosos pois com as novas tecnologias existem dispositivos proprios para uso em áreas onde existem gases explisivos e ou líquidos inflamáveis .
Neste tempo, os técnicos de instrumentação eram denominados técnica mecânicos de instrumentos pois, os instrumentos eram basicamente mecânicos, possuindo seus movimentos comandado por ar e mecanismos complexos e precisavam de ajustes frequentes para manter a precisão.
Nas salas de controle eram preenchidas por filas e filas de indicadoes, registradores e controladores pneumáticos. Desta forma existia uma grande preocupação por garantir a confiabiabilidade das tubulações porque, qualaquer pequeno vazamento era o suficiente ara causar um grande erro no sistema de controle ou mesmo no valores transmitidos pelos instrumentos. Obvio que com advento da instrumentação eletronicas todas essa tubulação não se faz mais necessária, livrando as salas de controle de toda confusão de feixes de tubulação antes necessárias. Uma fotografia tirada da parte superior traseira de um antigo painel da sala de controle mostra uma parte de uma placa de ordenação onde dezenas de conexões de tubos de instrumentos de 1/4 de polegada são organizadas em fileiras organizadas (Nota 1), onde uma infinidade de instrumentos pneumáticos linhas de sinal uma vez conectadas:
Nota 1 : o layout escalonado das conexões de tubos, destinado a melhorar o acesso a cada uma. Lembre-se de que o técnico usou uma chave de 9/16 polegadas para soltar e apertar as porcas do encaixe do tubo, por isso era importante ter espaço de trabalho entre os encaixes para manobrar uma chave.
Cada encaixe da antepara possui uma etiqueta numerada (Nota 2), para fácil identificação e documentação das conexões dos tubos. Diagramas de loop de sistemas de controle pneumático documentaram cada encaixe de antepara onde um sinal de instrumento passou, da mesma forma que diagramas de loop modernos documentam cada bloco de terminais onde uma conexão de sinal elétrico é feita.
Nota 2 : Os números são difíceis de ver aqui, porque todo o painel foi pintado com uma espessa camada de tinta cinza. Este painel em particular foi despojado de todos os instrumentos pneumáticos e equipado com instrumentos eletrônicos, de modo que as fileiras de encaixes das anteparas não servem mais para um propósito, mas para nos lembrar da tecnologia herdada.
Instrumentos pneumáticos são raramente encontrado nas indústrias, Uma das aplicações mais comuns para os componentes do sistema de controle pneumático é a atuação da válvula de controle, onde a tecnologia pneumática ainda domina. Não apenas o ar comprimido é usado para criar a força de atuação em muitos mecanismos de válvulas de controle.
Muitas vezes, esse sinal pneumático se origina de um dispositivo chamado transdutor I/P, ou conversor de corrente para pressão, recebendo um sinal de controle de 4 a 20 mA da saída de um controlador eletrônico e traduzindo essa informação como um sinal pneumático de 3 a 15 PSI. sinal para o posicionador ou atuador da válvula de controle.
(1210) Fisher model 3582 D-ring control valve positioner (manual demonstration) – YouTube