Instrumentação e controlo, transdutores e condicionadores de sinal

robótica

Adriano A. Santos Departamento de Engenharia Mecânica Instituto Politécnico do Porto

AUTOMAÇÃO E CONTROLO

3.ª Parte

INTRODUÇÃO Nesta terceira parte da instrumentação e controlo, transdutores e condicionadores de sinal, irá ser abordada a sensorização relacionada com o controlo dos atuadores usados nos sistemas de rega e de distribuição de água. Assim sendo, os transdutores agora apresentados têm como objetivo principal controlar o estado de pressurização das redes de distribuição de água ou de rega bem como o caudal e velocidade de distribuição. Por outro lado, e quando falamos de controlo destes sistema, devemos contar com estes elementos mas também com sensores de nível quer estejam associados a reservatórios de água quer funcionem como simples interruptores, liga/desliga, para o controlo do nível de água num poço ou represa. A sensorização ao nível das redes de distribuição, quer para rega quer para consumo público, permitem entregar a água nos consumidores ﬁnais à pressão desejada e na quantidade pretendida.

MEDIDORES DE PRESSÃO O controlo de pressão dos sistemas de distribuição de fluidos, e da água em particular, pode ser realizado através de diversos tipos de medidores desde os do tipo mecânico, por comparação de densidades de dois fluidos (coluna de mercúrio) ou através de transdutores eletromecânicos que permitem enviar os valores obtidos (na forma de tensão ou corrente) para um sistema de medição e controlo. Os manómetros do tipo mecânico são elementos de controlo que permitem, de forma direta, verificar o valor da pressão no sistema a controlar. Estes elementos são constituídos por elementos primários elásticos que se deformam de acordo com a pressão do fluido, arrastando consigo um ponteiro indicador. Na Figura 1 apresenta-se um manómetro mecânico, do tipo Bourdon (mais utilizados), com acoplamento elétrico e um sensor de pressão com display.

Figura 1. Manómetro mecânico e sensor com transdutores elétricos.

Os manómetros de mercúrio medem a pressão comparando-a com a altura da coluna de água e a densidade de um líquido

conhecido. Funcionam por comparação do diferencial entre dois pontos ligando, cada um deles, a uma coluna de mercúrio lendo-se as diferenças de altura das colunas. Os transdutores de pressão eletromecânicos são equipamentos eletrónicos que utilizam o elemento mecânico, combinado com um transdutor elétrico, para gerar um sinal elétrico correspondente ao valor de pressão medido. Estes podem ser do tipo resistivo, capacitivo e magnético. Os transdutores são constituídos por um elemento elástico que faz variar a resistência (Ohms) de um potenciómetro em função da pressão, enquanto nos transdutores capacitivos o controlo da pressão é realizado através da variação de capacidade que se produz num condensador.

CONTADORES, MEDIDORES DE CAUDAL Os contadores são aparelhos que medem o caudal e o volume de água também chamados de totalizadores. Os contadores são utilizados para medir o caudal que passa num determinado ponto da instalação sob a forma de um caudal volumétrico (m3/h, litro/min) ou sob a forma de caudal mássico (t/h, kg/h, Nm3/h). Apresentam-se segundo várias formas construtivas e princípios de funcionamento que podem ser de placa orifício, tubo de Venturi, tubo de Pitot, turbina, ótico, eletromagnético, efeito de Coriolis, ultrassónicos, pistão rotativo, medidor Vortex, e outros. Dada a grande variedade de modelos referir-se-ão aqui apenas seis tipos de sensores de medição de caudal: os eletromagnéticos, os de turbina, os de efeito de Coriolis, os ultrassónicos, os de tipo Vortex bem como os rotâmetros. Contadores eletromagnéticos Este tipo de contadores funciona com base no princípio da Lei de Faraday que estabelece que a tensão induzida através de um qualquer condutor, ao mover-se perpendicularmente através de um campo magnético, é proporcional à velocidade do condutor. No caso de um medidor de caudal magnético o condutor é o líquido que passa através do campo magnético gerado pelo equipamento. Este contador é normalmente usado com ﬂuidos condutores. O contador é constituído por uma secção de tubo de material não magnético e não condutor, onde são colocadas duas bobines em oposição. O campo magnético B gerado pela bobine, alimentada por uma Corrente Alternada induz, pelo efeito da velocidade V do ﬂuxo, uma tensão que é obtida em dois elétrodos colocados ortogonalmente ao campo magnético e à velocidade. A expressão da tensão é dada por: E=KBv

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Figura 11. Sensores de nível hidrostáticos e respetiva instalação (Endress+Hauser).

Os sensores de nível hidrostáticos têm como base de funcionamento a pressão manométrica dos ﬂuidos. Este sistema de medição de nível é constituído por um sensor, normalmente suspenso ou embutido no fundo do reservatório, imerso no ﬂuido, transmitindo um sinal elétrico (analógico ou digital) correspondente ao nível. Este mede a pressão devida à altura de líquido que existe entre a superfície do líquido e o eixo do instrumento mergulhado no líquido.

CONCLUSÕES Nesta terceira parte do tema Instrumentação e controlo transdutores e condicionadores de sinal abordou-se essencialmente sensores e sinais para o controlo da pressão, níveis de água, caudais e velocidades da água em redes de distribuição ou de rega, quer sejam utilizadas em instalações agrícolas quer em arquitetura paisagísticas ou de redes potáveis de água. Os sinais agora tratados proporcionam-nos uma vasta gama de monitorização e controlo de sistemas de distribuição nos quais a pressão e o caudal se tornam preponderantes, quer para a estabilidade da rede quer para o correto fornecimento de água dentro da pressão esperada e na quantidade pretendida. A utilização deste tipo de sensores é importante não só para a agricultura em geral, para a arquitetura paisagística mas também para os sistemas de distribuição pública de águas de consumo que, em combinação com sistemas de bombagem, controlados por variadores de frequência, permitem responder às diversas solicitações. O controlo de pressão e dos caudais de distribuição garantem a entrega ao consumidor ﬁnal da água à pressão e com o caudal desejado.

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Santos, Adriano A. e Silva, António F. da, Automação Integrada, 2.ª Ed. Porto. Editora Publindústria, 2015. ISBN 9789897231278, pp. 92-106;

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