Controle de processos

O termo “controle de processos” costuma ser utilizado para se referir a sistemas que têm por objetivo manter certas variáveis de uma planta industrial entre os seus limites operacionais

64 desejáveis. Estes sistemas de controle podem necessitar constantemente da intervenção humana, ou serem automáticos, como, por exemplo, o controle de temperatura de um forno (CAMPOS e TEIXEIRA, 2010).

Para Dunn (2013), controle de processo é o controle automático de uma variável de saída por meio da medição da amplitude do parâmetro de saída a partir do processo, comparando-a com um valor desejado ou estabelecido e realimentando um sinal de erro no intuito de controlar uma variável de entrada.

Os sistemas de controle podem ser em malha aberta ou em malha fechada e a escolha por uma dessas opções depende da viabilidade de aplicação. Para Kuo (1985) citado por Faccin (2004) sistemas retroalimentados torna o controle mais rápido, preciso e menos sensível a distúrbios e discrepâncias entre o modelo e o processo real, por isso é a estratégia mais utilizada em sistemas industriais. O controle em malha aberta, apesar da simplicidade, somente é aconselhado em sistemas nos quais as entradas são conhecidas antecipadamente no tempo e nos quais não há distúrbios, e o seu desempenho é fortemente influenciado pela qualidade do modelo utilizado. A principal desvantagem do uso da retroalimentação, é a diminuição da estabilidade do sistema (capacidade do sistema de seguir os comandos de entrada), podendo inclusive tornar instável, um sistema estável. Desta forma, é imprescindível a correta escolha do tipo de controlador a ser usado, bem como a realização de um projeto adequado para cada sistema específico.

2.5.2.1 Sistema de controle em malha aberta (SCMA)

No controle em malha aberta, um operador atua sobre o sistema de acordo com a leitura de dados do processo. Um sistema de controle em malha aberta utiliza um controlador conectado em série com o processo a ser controlado, de modo que a entrada do processo deve ser tal que sua saída se comportará como desejado. A característica importante é que a ação de controle independe da saída.

Observe-se que um sistema de controle deste tipo fornecerá a saída desejada se não ocorrerem perturbações externas que alterem o valor da saída ou alterações paramétricas

65 internas do sistema. Se alguma destas ocorrer, a saída muda, mas a ação de controle continua exatamente a mesma.

Os sistemas de controle em malha aberta são simples e baratos, mas não compensam as possíveis variações internas de uma planta, nem as perturbações externas inerentes a um processo industrial. Outra desvantagem do controle em malha aberta é a sobrecarga de trabalho repetitivo e sem interesse para o operador. Este tipo de controle estimula o operador a ser consertativo e operar em uma região mais segura e menos econômica (CAMPOS e TEIXEIRA, 2010).

Para um sistema em malha aberta, a entrada é escolhida com base na experiência, de tal forma que o sistema dê o valor de saída desejado. Essa saída, entretanto, não é modificada de forma a seguir as alterações nas condições de operação (BOLTON, 1995)

Um condicionador de ar, é um bom exemplo de controle em malha aberta (Figura 2.27). A entrada do sistema é um sinal determinado pela chave seletora. A temperatura obtida no ambiente é determinada pela seleção da potência do equipamento. Se houver mudanças nas condições ambientais, uma janela for aberta, por exemplo, a temperatura variará porque não é possível compensar a saída. Não há realimentação para ajustar e manter a temperatura a um valor constante (BOLTON, 1995).

Figura 2.27 – Exemplo de um controle em malha aberta. Fonte: Adaptado de Bolton (1995).

Com a implementação de um controle em malha fechada estes problemas são eliminados.

Entrada

Saída

Temperatura

desejada

Temperatura

Aquecedor/resfriador

elétrico

66 2.5.2.2 Sistemas de controle em malha fechada (SCMF)

O controle em malha fechada dispensa a intervenção humana. No controle em malha fechada há uma programação para que o próprio sistema ajuste o processo automaticamente de acordo com os valores pretendidos.

Um Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF) utiliza uma medida adicional da saída (resposta) real a fim de compará-la com a resposta desejada do sistema. O SCMF também é chamado servomecanismo. O termo servomecanismo era originalmente empregado para denotar uma classe de sistemas de controle para os quais a referência era constante. Atualmente o termo servomecanismo é usado em sentido amplo, significando Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF).

No entanto, usa-se ainda a expressão problema de servomecanismo em conexão com o objetivo de seguir uma referência constante e problema de rastreamento, em conexão com o objetivo de seguir uma referência que varia com o tempo. Embora o conceito de sistema de controle em malha aberta seja usado, sistemas de controle reais são essencialmente de malha fechada. Isto leva à definição geral de sistemas de controle.

Com esse sistema o “controlador”, compara o valor desejado com o valor medido, caso haja um desvio entre estes valores, a saída é manipulada de forma a eliminar este desvio ou erro. Assim, o controle em malha fechada mantém a variável do processo no seu valor desejado, compensando as perturbações externas e as possíveis não linearidades do sistema. A variável manipulada pelo controlador pode ser a abertura de uma válvula, ou a rotação de uma bomba, ou a rotação de um compressor, a velocidade de uma esteira etc.

Na Figura 2.28 é apresentado com detalhes o diagrama funcional de um Sistema de Controle em Malha Fechada (SCMF). Neste diagrama são mostrados os principais componentes do sistema de controle.

67 Figura 2.28 - Diagrama de um sistema de controle em malha fechada. Fonte:

Fundamentos de Controle Clássico.