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Sistema de controle é o nosso assunto da aula de hoje.
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Sistema de controle: Válvulas Vaportec
Nós falaremos na aula de hoje sobre teorias.
O que existe então por trás das válvulas e sistema de controle.
Isto é, para sistemas de vapor.
E também de outros fluidos industriais.
Considerando então o que podemos controlar.
Através destes métodos variáveis.
Que pode ser pressão, temperatura, nível, densidade e outras.
Controle Automático: o que é necessário
Existem muitas razões para usar controle automático.
Dessa forma, vamos citar as principais para um sistema ou processo.
Assim, para usar o controle automático são:
Segurança
A primeira razão para a existência de um controle automático.
Dar então ao processo ou sistema segurança operacional.
Os processos assim podem ser complexos e perigosos.
Por isso é muito importante e necessário o controle automático.
Estabilidade
A segunda razão que vamos falar então.
Dessa forma, fazer o sistema ou processo trabalhar.
Isto é, de maneira constante e previsível.
Sem preocupações com flutuações então.
Ou gastos com paradas de operação.
Precisão
No princípio de estabilidade.
Podemos introduzir o controle com precisão.
O controle preciso é requerido pelas fábricas.
Para evitar assim danos na produção.
Aumentando assim a qualidade do produto.
Além disso, promove o conforto operacional.
Ainda sobre os três parâmetros básicos de controle automático.
Eles originam então outros benefícios como:
- Economia
- Velocidade
- Confiabilidade
- Tempo
Mas, há três parâmetros mais importantes nas aplicações de controle.
Eles são então a segurança, estabilidade e precisão.
Terminologia de controle automático
Termos específicos são utilizados dentro do controle industrial.
Principalmente para evitar confusões.
À primeira vista estes parecem assim cair em contradições.
Assim como acontecem em algumas gírias.
Pois podem ser desconhecidas ou terem outros significados.
Isso então, em algumas indústrias.
O fato é que não se deve persistir com as gírias em sistema de controle.
Porque as mesmas palavras ou frases se usam.
Para todos os tipos de controle:
- Tubulações
- Robótica
- Controladores eletrônicos
- Controle de ação direta
- Temperatura
- Velocidade
É importante usar esses termos de forma correta. Porque seus significados são internacionais.
Sistema de controle: elementos
Vamos comparar então os elementos de controle automático ao trabalho humano.
- Os olhos acompanham o movimento do nível de água. Esse é indicado na escala do visor detector ou sensor.
- Seus olhos são o sensor. Eles enviam então um sinal para o cérebro. Este interpreta o sinal: o controlador.
- O cérebro é o controlador. Ele decide então enviar um sinal para o músculo do braço. Que é o atuador.
- Esse músculo do braço: o atuador. Através então da mão, atua a válvula: aparelho de controle.
Temos um artigo no Blog que já explicamos sobre isso: Válvula de controle para fluidos industriais.
Se quiser saber mais, acesse nossos Cursos Vaportec.
O processo feito por humano é seguro, estável e preciso?
Podemos assumir então que este processo não tem valor financeiro.
Ou seus componentes não são prejudiciais ao meio ambiente.
Portanto o overflow ou a falta de água não será perigoso.
Mas, também não será econômico em tempo de produção e qualidade.
Quanto a estabilidade do processo é afinal preocupante.
Pois o operador deverá ter habilidade para manuseio.
E deverá então estar atento de forma constante atento.
Assim, a precisão não é uma característica deste processo.
Pois o operador somente responderia por um erro.
De certa forma visível.
Resumo de Terminologia
Valor de ajuste ou de set point.
É aquele na escala do sistema de controle. Para obter assim a condição desejada.
Valor de controle e da condição de controle.
Hoje em dia mantida sobre condições estáveis.
Desvio é então a diferença entre o valor desejado.
E o valor de controle na condição atual.
Offset é o desvio que permanece então constante.
Sensor é o elemento que responde de forma direta.
isto é, para o valor da condição de controle.
Condição de controle. A condição desejada de processo.
Que pode ser a qualidade, produtividade, etc.
Então, esse é o objetivo do sistema de controle.
- Controlador – Recebe o sinal do sensor e envia um sinal de controle para atuar o atuador.
- Atuador – Elemento que ajusta o aparelho de controle, proporcional ao sinal do controlador.
- Aparelho de controle – O elemento final em um sistema de controle.
Aliás, há muitos outros termos.
Que são usados dessa forma no campo para controle automático.
Iremos falar então no decorrer do curso.
Controle automático: sistema de controle
As variáveis de controle podem ser muitas.
Algumas são temperatura, pressão, nível e vazão.
Além disso a densidade e outros.
Existem então outros elementos de medição.
Isto é, os sensores, transdutores e transmissores.
Além dos detectores e outros.
Há algumas variáveis que podem então ser manipuladas.
Isto é, o vapor, água, ar, eletricidade, óleo ou gás.
Assim, o aparelho de controle pode ser uma válvula.
Além disso, a resistência ou outro.
Para demonstrarmos os princípios concentraremos em:
- Válvula: aparelho de controle
- Temperatura: variável de controle
- Sensor de temperatura: é o elemento de medição
- Vapor: variável manipulada
Tipos de Controle
Imagine então um controle de temperatura.
Dessa forma, ele é composto de válvula, atuador e sensor.
Que detectam assim a temperatura interna de uma sala.
O sistema de controle deve então estar em equilíbrio.
Assim o sensor indica a temperatura na sala.
Quando ela alcança o valor desejado: set point.
Isto é, acontece algo para a válvula de controle.
Quando o sensor registrar uma mudança de temperatura: desvio.
Existe então um termo técnico que relata o movimento da válvula.
Dessa forma, quando ocorre a mudança de temperatura no fluido controlado.
Que pode então ser o ar da sala e é conhecido como: modo de controle.
Ou algumas vezes ação de controle.
Por isso, há dois tipos básicos de modo de controle
• On/Off: A válvula está aberta ou fechada de forma completa. Sem posição intermediária.
• Contínuos: A válvula pode mover de forma contínua. Entre aberta ou fechada de forma completa.
Ou ainda manter em uma posição intermediária.
Controle On/Off
De forma ocasional conhecemos como controle de dois passos.
Ou então duas posições.
Este é sem dúvida o tipo de controle mais simples.
Considere afinal um tanque de água.
O objetivo então é aquecer o conteúdo do tanque.
Usando assim um trocador de calor de serpentina simples.
Na tubulação de entrada para a serpentina foram instalados.
Uma válvula de duas vias com um atuador pneumático ligado a um termostato.
Dessa forma. situado na água do tanque.
O termostato está ajustado para 60 oC.
Que é a temperatura que desejamos manter a água no tanque.
Se o acionamento do termostato da válvula estiver ajustado para 60 oC.
Ele terá que acionar a válvula de forma rápida, abrir ou fechar.
Para as mínimas variações do sistema. Causando instabilidade de controle.
Controle Flutuante
Este é similar ao controle On/Off.
Exceto pelo limite de acionamento de alta e baixa.
A válvula para na posição que estiver.
Usamos então o exemplo anterior.
Assumimos que um sistema de controle flutuante está agindo. Na válvula e atuador.
Isto é, quando a temperatura da água do tanque muda.
Para fora dos limites de alta e baixa.
O sistema de controle move o obturador da válvula na direção correta.
Controle contínuo: sistema de controle
O controle contínuo é também conhecido como controle modulante.
Ou modulating control.
A válvula então é capaz de ser movida de forma contínua.
Para qualquer posição em qualquer variação de processo.
Diferente do controle on/off. A válvula na posição aberta ou fechada por completo.
Ou do controle flutuante. A válvula move somente quando está fora da zona morta.
Dessa forma, há três tipos de controle modulante:
- Proporcional (P).
- Integral (I).
- Derivativo (D).
Precisamos considerar a combinação entre eles como; P + I, P + D, P + I + D.
Através destas combinações é possível obter o melhor controle. Para as variações do processo.
A ação proporcional será a ação responsável pelo controle e as ações.
A integral e derivativa que são ações corretivas da proporcional.
Controle proporcional: sistema de controle
Esta é a ação mais básica do modo de controle contínuo.
Em geral é conhecido então pela letra P.
Isto é, a definição desta forma de controle.
A válvula move então de maneira corretiva.
Proporcional as mudanças de variáveis do processo ou desvio.
Resumo dos modos de controle
a) P ou proporcional é o controle básico.
b) P + I ou controle proporcional com ação integral. Introduzindo o reset automático de um controlador. proporcional. O sinal de saída varia em um range proporcional ao desvio.
c) P + D ou controle proporcional mais ação derivativa. Causa então a variação no sinal de saída.
Em um range proporcional ao range de mudança do desvio.
d) P + I + D é o modo de controle mais complexo, mas explora as vantagens dos controles P + I e P + D.
Portanto, o controlador de três termos possui três modos de controle:
1) Ação proporcional (P) com ganho ajustável para obter estabilidade.
2) Ação de Reset (Integral) (I) para compensar mudanças de carga.
3) Ação Derivativa (Derivative) (D) para aumentar a resposta da válvula. Quando ocorrer rápidas mudanças da carga.
As diferentes características podem ser resumidas como:
- On off: Instável | Sem precisão | Simples
- Proporcional: Simples | Estável | Fácil de ajustar | Ocorre o Offset
- O proporcional + o integral: Offset na partida do sistema | Instabilidade em mudanças rápidas de carga
- Proporcional + derivativa: Estável | algum offset. Mas, menos que com a ação P sozinha. Rápida Resposta às variações
- Proporcional + integral +derivativa: Mais complexo | Maior precisão | Maior estabilidade | Sem offset
Constante de tempo (Time Constant): sistema de controle
Este é definido como o tempo que leva para um atuador percorrer 63,2% (2/3 ).
Isto é, do seu movimento total.
Devido a imersão em dois fluidos com temperaturas diferentes.
Em outras palavras.
É o tempo que leva para um sinal ou saída de controle alcançar o valor desejado.
Mantendo assim o range original de incremento ou movimento.
Lag: sistema de controle
Lag é um atraso de resposta.
E existe em todos os sistemas de controle.
Considere então uma pequena sala aquecida por um aquecedor.
O qual é controlado assim por um termostato.
Uma janela da sala é aberta admitindo uma quantidade grande de ar frio.
Então, a temperatura da sala cai.
E haverá um tempo até o sensor sentir a queda de temperatura. Isso é o lag de controle.
Sentindo então a queda de temperatura.
O sensor de forma eventual pede mais calor do aquecedor.
Que algum tempo depois esquenta então a sala.
No ponto onde é satisfatório para o termostato.
Isto é, o sistema de lag ou lag térmico.
Rangeabilidade: sistema de controle
Este refere-se a válvula de controle.
E é a relação entre a máxima vazão controlável.
E então a mínima vazão controlável.
No qual a característica da válvula será mantida.
Linear, igual porcentagem, abertura rápida.
Em muitas válvulas, antes de ser alcançada a posição fechada de forma completa.
Não existirá característica de vazão. Pois está fora da rangeabilidade da válvula.
Turndown
Range de Turndown é a razão entre a máxima vazão da válvula e a mínima vazão controlável.
Ele será então menor que a rangeabilidade.
Se a válvula for assim superdimensionada.
Sistema de loop aberto
Em um controle de loop aberto não há retorno de informação.
Ou seja, nenhuma informação de controle do processo ou do sistema é enviada.
Para indicar se está tudo bem. Ou se alguma ação corretiva é necessária.
Controle de Loop Fechado: trabalha com o retorno de informações do processo ou sistema.
Distúrbios
Distúrbios são fatores que entram no processo ou sistema.
Para perturbar os valores do fluido controlador.
Estes distúrbios podem ser causados pela mudança de carga.
Ou ainda por influências externas.
No nosso exemplo de aquecimento.
Se entrarem então algumas pessoas na sala.
Irá constituir assim um distúrbio.
Pois afetará a temperatura da sala.
E além disso, a quantidade de calor necessária para manter a temperatura.
Controle de Feedback
Este é assim um controle de loop fechado. Com um outro nome.
Controle de Feedback leva em conta os distúrbios.
Além do retorno de sinal: feedback destas informações.
Para que ações corretivas possam ser feitas.
Por exemplo, o fluxo de um grande número de pessoas. Mudando a temperatura da sala..
Controle de Cascata
Controle de cascata é feito por dois loops de controle em série.
Onde uma variável é controlada por dois ou mais sinais de entrada.
Ou onde há diferentes tempos de transferência de calor.
Dos elementos do sistema e alta precisão é requerida.
O termo time constant.
Cuja definição é:
o tempo que leva para o atuador alcançar 2/3 de seu movimento total.
É possível também observar o time constant.
Isto é, em outras partes do sistema de controle.
Tais como a resposta do controlador, o sensor e outros.
Todos os instrumentos tem um tempo de lag.
Entre a entrada e a saída de sinal de instrumentação.
Portanto, o sistema de transmissão também terá um tempo de lag.
Não é um problema para os sistemas eletro/eletrônicos.
Mas, um fator que poderá fazer diferença em sistemas de transmissão pneumática.
Reações de Processo
As características dinâmicas são definidas pela reação do processo.
Para uma súbita mudança. Conhecemos como um passo de entrada: step input.
Este pode ser causado por uma mudança rápida na temperatura, por exemplo.
Sistema de controle: conclusão
Desta forma concluímos a teoria acerca de: válvula de controle e sistema de controle.
Além de automação para vapor e fluidos industriais.
Lembrando então que já falamos sobre dimensionamento.
Falamos assim de forma prática sobre as válvulas em si.
Também sobre dicas de como instalar e sobre a manutenção das mesmas.
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