Frequentemente são encontradas
situações em que duas ou mais
variáveis possuem limitações de
operação por razões de economia, eficiência ou segurança. Em outras situações, os sistemas de controle envolvem uma variável manipulada e várias variáveis controladas. Levando- se em consideração um sistema SISO,
a ação de controle seletiva é
empregada de maneira adequada nestas situações utilizando seletores automáticos. As estratégias de seleção são empregadas nos seguintes casos: 1. Proteção de equipamentos;
2. Auctioneering (controle leiloeiro); 3. Instrumentação redundante; 4. Funções de controle não-lineares.
Existem vários tipos de controladores seletivos. Segue-se a descrição de dois tipos mais populares:
1. Controle Overrride
(proteção dos equipamentos) 2. Controle Auctioneering
(controlador leiloeiro)
Controle Override
Durante a operação normal de uma planta, durante a partida ou parada de um processo é possível que situações de alto risco operacional ocorram podendo submeter os equipamentos a danos irreparáveis. Nestes casos é necessário mudar a ação normal de controle e prevenir que a variável de processo ultrapasse limites mínimo e máximo estipulados.
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Nestas situações, utilizam-se as
chaves seletoras (HSS – High Selector Switch e LSS – Low Selector Switch) para a seleção de sinal de controle
entre controladores, como
representado nos sistemas a seguir, definidos como controles override.
a) Sist. de controle de uma caldeira Normalmente, a pressão do vapor de uma caldeira é controlada através da manipulação da vazão de descarga da mesma. Ao mesmo tempo, ao nível de água na caldeira não deve cair abaixo de um limite mínimo necessário para manter a serpentina de aquecimento imersa. De acordo com o sistema a
seguir um controlador override,
usando uma chave seletora de baixa,
mantém a pressão da caldeira
controlada em condições normais. Caso o nível caia abaixo do valor mínimo especificado a válvula da linha de descarga passa a ser comandada pelo controlador de nível.
Figura 9.2 – Controle Override de uma
Caldeira.
b) Sistema de controle de uma unidade de compressão
A descarga do compressor é
controlada através de um sistema se controle de vazão. Para prevenir um aumento da pressão de descarga acima do valor máximo permitido utiliza-se um controlador override. A ação de controle é transferida da malha de vazão para a malha de pressão quando a pressão de descarga excede o valor máximo.
Controle Auctioneering (Leiloeiro)
Auctioneering é o termo usado para descrever a seleção do maior valor entre um conjunto de entradas em um sistema de controle. Um exemplo clássico de aplicação desta estratégia é o controle de temperatura de um reator catalítico tubular onde se
processa uma reação altamente
exotérmica de oxidação do o-xileno para produzir anidrido ftálico. Esta
reação produz um perfil de
temperatura ao longo do reator onde o
maior valor de temperatura é
conhecido como hot spot. O local onde ocorre o hot spot depende das condições da linha de alimentação do
Figura 9.3 – Controlador Override de um
90 EQ817 – Controle de Processos Material de Apoio
reator (temperatura, vazão,
concentração, etc) e da atividade catalítica. Além disso, a temperatura
hot spot também depende da
temperatura e da vazão do fluido refrigerante utilizado para resfriar o reator.
O principal objetivo de controle deste sistema é manter a temperatura de hot spot abaixo do limite crítico definido. Portanto, é necessária uma estratégia que localize o hot spot e forneça a ação de controle apropriada. Isto é efetuado através da instalação de diversos sensores de temperatura ao logo do leito catalítico e utilizado um controlador Auctioneering para selecionar a temperatura mais alta que será usada para a malha de controle da vazão de refrigerante do reator.
CONTROLADORES SPLIT-RANGE
O controle split-range é uma
montagem particular que utiliza no mínimo dois elementos finais de controle comandados simultaneamente pelo mesmo sinal. No split-range o sinal de saída do controlador é dividido normalmente entre duas válvulas de controle. Tais sistemas não são muito comuns em processos químicos, mas fornecem uma segurança adicional e uma otimização operacional.
Neste tipo de controle têm-se
basicamente as condições descritas a seguir:
A primeira, quando se tem uma malha de controle com uma variável atuando dentro de uma faixa prefixada, a saída da variável desta faixa provocando a intervenção de uma segunda variável. Este tipo de controle pode ser aplicado na manutenção da temperatura do fluxo de saída de dois trocadores de calor ligados em serie (Figura 9.5). O processo é utiliza para aquecer um produto cuja vazão sofre muita variação. Quando houver vazão baixa, basta apenas um trocador de calor para aquecer o produto, e quando
houver vazão alta, tem-se a
necessidade de utilizar os dois
trocadores de calor.
Supondo que, do ponto de vista de segurança, as válvula devam fechar em caso de falta de ar; tem-se então o controlador de ação reversa (ao se aumentar a temperatura, diminui-se o sinal de saída). Se a vazão do produto é baixa , atuara a válvula de vapor TCV-101B porque tem-se o sinal de saída do controlador compreendido entre 50 e 100% ( 9 - 15 PSI ). A medida que aumenta a vazão, o controlador de temperatura diminui o seu sinal de saída, até que, quando
Figura 9.4 – Controlador Auctioneering de
um reator catalítico. Figura 9.5 – Controlador Split-range aplicado em um sistema de trocadores de calor em série.
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tivermos o sinal menor que 50% (9 PSI), a válvula TCV-101B permanecera totalmente aberta; tem-se, então o primeiro trocador trabalhando no máximo de seu rendimento, e tem-se a válvula TCV-101A começando a abrir e iniciando o funcionamento do segundo trocador. Quando ocorrer o
máximo de vazão determinada,
teremos duas válvulas totalmente
abertas e os dois trocadores
trabalhando no máximo de sua
potência.
Outra aplicação bastante
representativa de uso de controlador split-range é o controle de pressão de um tanque através de uma injeção de
N2 (Figura 9.6).
Caso houvesse a necessidade de reduzir a pressão no tanque e o simples fechamento total da válvula de N2 não fosse suficiente para baixá-la, o controlador de pressão atuaria em
uma válvula de purga para a
atmosfera, baixando a pressão do vaso.
Se a pressão estiver acima do seu set- point, o controlador (PIC) reduzirá a admissão de N2. Quando PCV-101B estiver totalmente fechada, a pressão será reduzida pela abertura da válvula de purga PCV-101A. Esta ação sobre as válvulas é obtida dividindo-se a
faixa do sinal de saída do controlador. Por exemplo, o sinal pneumático representado atuará em PCV-101B de 3 a 9 psig, e em PCV-101A de 9 a 15 psig, como apresentado na Figura 9.7.
Figura 9.6 – Controlador Split-range aplicado em um vaso de pressão
Figura 9.7 - Controlador Split-range aplicado em um vaso de pressão.