(1)1
1
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Noções Básicas
Noções Básicas
2
2
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressores
Compressores
Q
Q
Objetivo:
Objetivo:
fornecer energia ao g
fornecer energia ao g
á
á
s para
s para
que o mesmo passe a um n
que o mesmo passe a um n
í
í
vel de
vel de
press
press
ã
ã
o mais elevado.
o mais elevado.
Q
Q
O processo deve exercer um controle
O processo deve exercer um controle
sobre o compressor, dito de
sobre o compressor, dito de
capacidade, para que o mesmo forne
capacidade, para que o mesmo forne
ç
ç
a
a
a vaz
3
3
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressores
Compressores
PRESSÃO
Volume
4
4
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressor Centrífugo
Compressor Centrífugo
Impelidor
Impelidor
–
–
Força centrífuga
Força centrífuga
Difusor
5
5
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Dinâmicos
Dinâmicos
-
-
RESUMO
RESUMO
Q
Q
O impelidor fornece a energia por
O impelidor fornece a energia por
unidade de massa: “Head”
unidade de massa: “Head”
Q
Q
No difusor a energia dinâmica é
No difusor a energia dinâmica é
transformada em estática
transformada em estática
2
2
c
h
H
=
∆
+
∆
)
(PV
u
h
H
S
=
∆
=
∆
+
∆
6
6
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressor Centrífugo
Compressor Centrífugo
Q
Q
As irreversibilidades (atritos,
As irreversibilidades (atritos,
v
v
ó
ó
rtice [velocidades M>1],
rtice [velocidades M>1],
“
“
stall
stall
”
”
) que ocorrem tanto nos
) que ocorrem tanto nos
impelidores quanto nos
impelidores quanto nos
difusores, faz com que parte
difusores, faz com que parte
da energia potencial de fluxo
da energia potencial de fluxo
seja convertida em energia
seja convertida em energia
interna
7
7
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressores Dinâmicos de
Compressores Dinâmicos de
múltiplos estágios
múltiplos estágios
8
8
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Configurações dos Estágios de Compressão
9
9
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Curvas Características dos
Curvas Características dos
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
10
10
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Vari
Vari
á
á
veis que governam a cada instante o
veis que governam a cada instante o
funcionamento do compressor:
funcionamento do compressor:
•
•
A press
A press
ã
ã
o de suc
o de suc
çã
çã
o (Ps).
o (Ps).
•
•
A temperatura de suc
A temperatura de suc
çã
çã
o (Ts).
o (Ts).
•
•
A press
A press
ã
ã
o de descarga (Pd).
o de descarga (Pd).
•
•
A natureza do g
A natureza do g
á
á
s (peso molecular
s (peso molecular
e o coeficiente adiab
e o coeficiente adiab
á
á
tico).
tico).
Q
Q
Como resultado do seu desempenho:
Como resultado do seu desempenho:
•
•
A vaz
A vaz
ã
ã
o volum
o volum
é
é
trica aspirada na suc
trica aspirada na suc
çã
çã
o (Vs).
o (Vs).
•
•
A pot
A pot
ê
ê
ncia necess
ncia necess
á
á
ria
ria
à
à
compress
compress
ã
ã
o (W).
o (W).
•
11
11
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Curva “Head” x Vazão
Curva “Head” x Vazão
Q
Q
Com o objetivo de fornecer informa
Com o objetivo de fornecer informa
çõ
çõ
es acerca do
es acerca do
comportamento e desempenho de suas m
comportamento e desempenho de suas m
á
á
quinas,
quinas,
os fabricantes dos compressores costumam utilizar
os fabricantes dos compressores costumam utilizar
as curvas caracter
as curvas caracter
í
í
sticas.
sticas.
12
12
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Qual a vazão pelo compressor
Qual a vazão pelo compressor
?
?
Q
Q
Ler as condições do processo, supor um
Ler as condições do processo, supor um
rendimento, calcular o “head”, entrar nas
rendimento, calcular o “head”, entrar nas
curvas com a rotação e obter a vazão e o
curvas com a rotação e obter a vazão e o
rendimento, repetir até convergir.
rendimento, repetir até convergir.
es
te dos gas
R - cons
ento
ren
η
bático
oente adia
k -
Onde
P
P
MW
RT
k
k
H
k
k
S
D
S
tan
dim
exp
:
1
1
1
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
−
=
−
η
η
K
η
K
s
d
S
d
P
P
T
T
1
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
=
η
ρ
×
×
=
H
V
S
Pot
13
13
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Limites operacionais dos
Limites operacionais dos
compressores dinâmicos
compressores dinâmicos
14
14
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Limite de “surge” do compressor
Limite de “surge” do compressor
dinâmico
dinâmico
Q
Q
Quando a vaz
Quando a vaz
ã
ã
o de um compressor din
o de um compressor din
â
â
mico
mico
cai abaixo de um certo valor tem in
cai abaixo de um certo valor tem in
í
í
cio um
cio um
fen
fen
ô
ô
meno conhecido como
meno conhecido como
“
“
surge
surge
”
”
:
:
•
•
Se caracteriza por oscila
Se caracteriza por oscila
çõ
çõ
es nas
es nas
press
press
õ
õ
es e vaz
es e vaz
õ
õ
es, freq
es, freq
ü
ü
entemente
entemente
incluindo uma vaz
incluindo uma vaz
ã
ã
o reversa.
o reversa.
•
•
Comportamento bastante inst
Comportamento bastante inst
á
á
vel, com a
vel, com a
emiss
emiss
ã
ã
o de um ru
o de um ru
í
í
do aud
do aud
í
í
vel e
vel e
acompanhado em geral por fortes
acompanhado em geral por fortes
vibra
15
15
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Limite de “surge” do compressor
Limite de “surge” do compressor
dinâmico
dinâmico
Q
Q
Dependendo da intensidade do
Dependendo da intensidade do
“
“
surge
surge
”
”
pode
pode
-
-
se danificar seriamente os
se danificar seriamente os
mancais, os selos, e o pr
mancais, os selos, e o pr
ó
ó
prio rotor da
prio rotor da
m
m
á
á
quina, diminuindo a disponibilidade
quina, diminuindo a disponibilidade
da mesma e abaixando a confiabilidade
da mesma e abaixando a confiabilidade
da Unidade
da Unidade
.
.
16
16
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
O fenômeno do “surge”
O fenômeno do “surge”
17
17
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Surge
Surge
-
-
Instabilidade Operacional
Instabilidade Operacional
Vazão
Vazão
Tempo
Tempo
Surge
Surge
Violento
Violento
Surge
Surge
Incipiente
Incipiente
18
18
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Curva de “surge” da máquina
Curva de “surge” da máquina
Q
Q
A mudan
A mudan
ç
ç
a de rota
a de rota
çã
çã
o provoca uma
o provoca uma
varia
varia
çã
çã
o na vaz
o na vaz
ã
ã
o limite para o
o limite para o
“
“
surge
surge
”
”
.
.
Q
Q
Pode
Pode
-
-
se construir uma curva que tem
se construir uma curva que tem
normalmente o aspecto geral de uma
normalmente o aspecto geral de uma
par
19
19
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Linha de Surge
Linha de Surge
Ponto de Surge muda
Ponto de Surge muda
com o peso molecular e
com o peso molecular e
temperatura de sucção
temperatura de sucção
20
20
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Variação da curva de “surge”
Variação da curva de “surge”
(Menor o MW)
21
21
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Limites de Operação do
Limites de Operação do
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Limite de “stonewall”
Limite de “stonewall”
•
•
Acima de certas vazões as velocidades
Acima de certas vazões as velocidades
podem atingir o regime supersônico
podem atingir o regime supersônico
•
•
Abrupta queda no rendimento
Abrupta queda no rendimento
•
•
Não ameaça a integridade da máquina
Não ameaça a integridade da máquina
Limite de
Limite de
“stonewall”
“stonewall”
22
22
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Principais controles dos
Principais controles dos
Compressores Dinâmicos
23
23
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controles de Compressores
Controles de Compressores
Q
Q
Controle de Capacidade (Objetivo do
Controle de Capacidade (Objetivo do
processo)
processo)
•
•
Vazão
Vazão
•
•
Pressão
Pressão
Q
Q
Controle “Anti
Controle “Anti
-
-
surge” (limites ou
surge” (limites ou
restrições de operação das máquinas)
restrições de operação das máquinas)
24
24
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Controle de Capacidade
Controle de Capacidade
25
25
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Acionadores
Acionadores
Q
Q
Os compressores din
Os compressores din
â
â
micos industriais
micos industriais
s
s
ã
ã
o acionados normalmente por:
o acionados normalmente por:
•
•
Turbinas a vapor.
Turbinas a vapor.
•
•
Motores el
Motores el
é
é
tricos.
tricos.
•
•
Turbinas
Turbinas
à
à
g
g
á
á
s.
s.
Q
Q
O controle de capacidade depende do
O controle de capacidade depende do
tipo de acionador.
tipo de acionador.
26
26
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle de Capacidade dos
Controle de Capacidade dos
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Controle da vazão
Controle da vazão
Q
Q
Controle da pressão de sucção
Controle da pressão de sucção
Q
Q
Controle da pressão de descarga
Controle da pressão de descarga
Q
Q
Métodos:
Métodos:
•
•
Variação da rotação
Variação da rotação
•
•
Estrangulamento da sucção
Estrangulamento da sucção
•
27
27
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle de Capacidade
Controle de Capacidade
(Pressão de descarga constante)
(Pressão de descarga constante)
28
28
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Controle “Anti
29
29
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Objetivo: Impedir que o compressor
Objetivo: Impedir que o compressor
opere com vazões inferiores ao limite
opere com vazões inferiores ao limite
de “surge”.
de “surge”.
Q
Q
Método: Recircular ou aliviar para a
Método: Recircular ou aliviar para a
atmosfera (no caso de sopradores de
atmosfera (no caso de sopradores de
ar) a vazão excedente, o que pode
ar) a vazão excedente, o que pode
representar um custo operacional.
representar um custo operacional.
30
30
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
31
31
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
32
32
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
O controle necessita de um TEMPO
O controle necessita de um TEMPO
para atuar (v
para atuar (v
á
á
lvulas, medidores, a
lvulas, medidores, a
resposta do processo, etc.)
resposta do processo, etc.)
Q
Q
Tamb
Tamb
é
é
m existe uma incerteza est
m existe uma incerteza est
á
á
tica
tica
a respeito da localiza
a respeito da localiza
çã
çã
o exata do limite
o exata do limite
de
de
“
“
surge
surge
”
”
.
.
Q
33
33
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estrat
Estrat
é
é
gia de controle
gia de controle
“
“
anti
anti
-
-
surge
surge
”
”
Não existe uma
Não existe uma
estratégia de
estratégia de
controle
controle
“anti
“anti
-
-
surge”
surge”
ótima
ótima
para qualquer
para qualquer
caso.
caso.
34
34
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Economia operacional
Economia operacional
–
–
menor folga
menor folga
poss
poss
í
í
vel.
vel.
Q
Q
Versatilidade
Versatilidade
–
–
Suportar varia
Suportar varia
çõ
çõ
es das
es das
condi
condi
çõ
çõ
es operacionais, ter modos
es operacionais, ter modos
degradados de opera
degradados de opera
çã
çã
o em caso de
o em caso de
falhas dos sensores, etc.
falhas dos sensores, etc.
Q
35
35
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
36
36
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia de Controle Anti
Estratégia de Controle Anti
-
-
surge
surge
(
1
)
*
*
)
273
)
(
(
*
848
*
)
/
.
(
⎟⎟
−
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
=
Alfa
C
S
P
R
Alfa
MW
C
T
z
kg
m
kgf
H
37
37
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia de Controle Anti
Estratégia de Controle Anti
-
-
surge
surge
)
273
)
(
(
*
*
0848
.
0
.)
/
(
*
)
/
(
2
3
+
=
C
T
z
abs
cm
kgf
P
MW
m
kg
S
S
S
ρ
)
/
(
*
)
/
(
)
/
(
kg
h
V
m
3
h
kg
m
3
M
SURGE
=
SURGE
ρ
S
)
/
(
*
Folga
M
kg
h
SP
=
SURGE
38
38
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia de Controle Anti
Estratégia de Controle Anti
-
-
surge
surge
%)
100
0
(
*
.)
/
(
*
10
2
D
ou
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
W
PROJ
S
MAX
MED
h
P
abs
cm
kgf
P
M
M
A
39
39
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
h
lg
W
S
D
S
D
P
P
K
PV
P
P
f
a
fo
SP
×
×
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×
=
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge de
surge de
Compressores Dinâmicos
Compressores Dinâmicos
Q
Q
Medição de vazão (compensação de P&T, trecho
Medição de vazão (compensação de P&T, trecho
reto, tipo, rapidez do transmissor, etc.)
reto, tipo, rapidez do transmissor, etc.)
Q
Q
Válvula de controle (rapidez, tipo, dimensionamento,
Válvula de controle (rapidez, tipo, dimensionamento,
etc.)
etc.)
Q
Q
Cálculo do “set
Cálculo do “set
-
-
point” (compensação de P&T,
point” (compensação de P&T,
influência do MW, etc.)
influência do MW, etc.)
40
40
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Pontos Importantes da Instrumentação
Pontos Importantes da Instrumentação
-
-Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge
surge
Q
Q
Controlador
Controlador
–
–
Evitar a saturação (anti
Evitar a saturação (anti
-
-
reset
reset
windup
windup
), e com “
), e com “
scan
scan
” de pelo menos
” de pelo menos
200 ms.
200 ms.
Q
Q
Válvula de reciclo:
Válvula de reciclo:
•
•
Tempo de atuação da ordem de 1 seg.
Tempo de atuação da ordem de 1 seg.
(“
(“
Booster
Booster
” para d >4”)
” para d >4”)
•
•
Característica LINEAR (Globo)
Característica LINEAR (Globo)
•
•
Dimensionada para a vazão de projeto com
Dimensionada para a vazão de projeto com
70% da pressão da pressão de projeto.
70% da pressão da pressão de projeto.
Q
Q
Medidor de vazão
Medidor de vazão
–
–
Rápido, respeitando
Rápido, respeitando
trecho reto, baixo ruído.
41
41
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia Dinâmica de
Estratégia Dinâmica de
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge
surge
Abrir
Abrir
rápido
rápido
e
e
fechar
fechar
lentamente:
lentamente:
42
42
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia Dinâmica de
Estratégia Dinâmica de
Controle Anti
Controle Anti
-
-
surge
surge
Antecipação
43
43
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Exemplo de Aplicação de
Exemplo de Aplicação de
Controle de “anti
Controle de “anti
-
-
surge”
surge”
44
44
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Exemplo de um controle “anti
Exemplo de um controle “anti
-
-surge”
surge”
Q
Q
O compressor de g
O compressor de g
á
á
s
s
ú
ú
mido da RPBC tinha
mido da RPBC tinha
um hist
um hist
ó
ó
rico de
rico de
“
“
surge
surge
”
”
muito grande antes
muito grande antes
de 1990, que provocavam a parada da
de 1990, que provocavam a parada da
m
m
á
á
quina por vibra
quina por vibra
çã
çã
o alta
o alta
.
.
Q
Q
Baixa continuidade operacional da UFCC.
Baixa continuidade operacional da UFCC.
Q
Q
Desafio: projetar um controle que absorvesse
Desafio: projetar um controle que absorvesse
uma grande varia
uma grande varia
çã
çã
o no peso molecular do
o no peso molecular do
g
g
á
á
s (compressor recebe g
s (compressor recebe g
á
á
s n
s n
ã
ã
o apenas da
o apenas da
UFCC, mas de diversas outras unidades).
UFCC, mas de diversas outras unidades).
45
45
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Compressor de gás da UFCC
Compressor de gás da UFCC
-
-RPBC
RPBC
46
46
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controle da máquina
Controle da máquina
Q
Q
O controle
O controle
“
“
anti
anti
-
-
surge
surge
”
”
que existia na
que existia na
m
m
á
á
quina era um PID simples, cuja vari
quina era um PID simples, cuja vari
á
á
vel
vel
controlada era o diferencial de press
controlada era o diferencial de press
ã
ã
o no
o no
medidor de vaz
medidor de vaz
ã
ã
o na descarga de cada
o na descarga de cada
est
est
á
á
gio, e o
gio, e o
“
“
set
set
-
-
point
point
”
”
era constante
era constante
e fixado
e fixado
pelo operador.
pelo operador.
Q
Q
Esta estratégia seria aceitável quando as
Esta estratégia seria aceitável quando as
condições de sucção são constantes, o que
condições de sucção são constantes, o que
não é verdade para o segundo estágio.
não é verdade para o segundo estágio.
47
47
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Análise estática da estratégia de
Análise estática da estratégia de
controle “anti
controle “anti
-
-
surge”
surge”
MW
T
P
P
P
fator
V
T
Z
R
P
MW
P
fator
V
P
fator
W
SUCÇÃO
SUCÇÃO
PLACA
DESCARGA
SUCÇÃO
SUCÇÃO
PLACA
DESCARGA
SUCÇÃO
PLACA
DESCARGA
×
∆
×
×
=
×
×
×
=
∆
×
×
=
∆
×
×
=
ρ
ρ
ρ
ρ
48
48
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Análise estática da estratégia de
Análise estática da estratégia de
controle “anti
controle “anti
-
-
surge”
surge”
Q
Q
Supondo a curva de “surge” como uma
Supondo a curva de “surge” como uma
parábola:
parábola:
MW
T
P
P
P
fator
P
P
MW
T
k
zRk
V
H
S
SUCÇÃO
PLACA
D
S
D
S
P
SUCÇÃO
P
2
2
2
2
1
1
)
(
×
∆
×
×
×
=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
×
−
×
=
α
η
α
φ
MW
T
P
P
P
fator
P
P
MW
T
k
zRk
S
SUCÇÃO
PLACA
D
S
D
S
P
2
2
2
1
×
∆
×
×
×
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
×
×
−
α
η
49
49
IBP
-Cur
so Con
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nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Análise do controle antigo no
Análise do controle antigo no
segundo estágio
segundo estágio
Q
Q
A estratégia produzia
A estratégia produzia
folgas exageradas em
folgas exageradas em
rotações baixas para
rotações baixas para
ser efetiva.
ser efetiva.
50
50
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Análise do controle antigo no
Análise do controle antigo no
segundo estágio
segundo estágio
Q
Q
Hipótese é que
Hipótese é que
o operador
o operador
alterava o SP
alterava o SP
em rotações
em rotações
baixas e ficava
baixas e ficava
sem controle
sem controle
em rotações
em rotações
altas.
altas.
51
51
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Curva de “surge”
Curva de “surge”
Q
Q
Outro problema do sistema da RPBC
Outro problema do sistema da RPBC
era a curva de
era a curva de
“
“
surge
surge
”
”
, que n
, que n
ã
ã
o
o
apresentava a forma cl
apresentava a forma cl
á
á
ssica de uma
ssica de uma
par
par
á
á
bola.
bola.
52
52
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Curva de
Curva de
“surge”
“surge”
53
53
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Estratégia adotada
Estratégia adotada
Q
Q
Os fatores
Os fatores
“
“
a
a
”
”
e
e
“
“
b
b
”
”
s
s
ã
ã
o obtidos da
o obtidos da
curva de surge da m
curva de surge da m
á
á
quina, dos dados
quina, dos dados
do medidor de vaz
do medidor de vaz
ã
ã
o, e das condi
o, e das condi
çõ
çõ
es
es
esperadas de temperatura do
esperadas de temperatura do
compressor
compressor
.
.
SUCÇÃO
PLACA
D
S
D
P
P
P
b
P
P
a
=
×
∆
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
54
54
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Nova
Nova
Estratégia
Estratégia
Q
Q
Folgas
Folgas
de 10%
de 10%
p/ MW=34.3
p/ MW=34.3
e MW=43.8
e MW=43.8
55
55
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Novo Controle “Anti
Novo Controle “Anti
-
-
surge” do
surge” do
Compressor de gás da UFCC
Compressor de gás da UFCC
-
-
RPBC
RPBC
Q
Q
A parte estática: determinação do SP
A parte estática: determinação do SP
está concluída, mas e a dinâmica
está concluída, mas e a dinâmica
?
?
Q
Q
As v
As v
á
á
lvulas tiveram um tempo de
lvulas tiveram um tempo de
resposta diminu
resposta diminu
í
í
do com o uso de
do com o uso de
“
“
booster
booster
”
”
.
.
Q
Q
Realizada um simula
Realizada um simula
çã
çã
o din
o din
â
â
mica do
mica do
sistema para se ter um pr
sistema para se ter um pr
é
é
-
-
sintonia do
sintonia do
PID
PID
’
’
s (capacidade e
s (capacidade e
“
“
anti
anti
-
-
surge
surge
”
”
).
).
56
56
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Controle “Anti
57
57
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Interação entre o controle de
Interação entre o controle de
capacidade e o “anti
capacidade e o “anti
-
-
surge”
surge”
58
58
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Controlador “anti
Controlador “anti
-
-
surge”
surge”
Industrial
Industrial
Q
Q
Minimizar a interação entre o controle
Minimizar a interação entre o controle
de capacidade e o “anti
de capacidade e o “anti
-
-
surge”:
surge”:
•
•
Controlador
Controlador
“
“
anti
anti
-
-
surge
surge
”
”
pode abrir a
pode abrir a
v
v
á
á
lvula de reciclo com uma velocidade
lvula de reciclo com uma velocidade
maior do que a que ele fecha a mesma.
maior do que a que ele fecha a mesma.
•
•
Ajustar a sintonia dos controladores.
Ajustar a sintonia dos controladores.
•
59
59
Controle de Compressores
Controle de Compressores
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
60
60
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Funções de transferência
61
61
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
O objetivo do desacoplamento
O objetivo do desacoplamento
é
é
projetar um sistema externo ao
projetar um sistema externo ao
processo de maneira a cancelar os
processo de maneira a cancelar os
efeitos das intera
efeitos das intera
çõ
çõ
es entre as malhas
es entre as malhas
de controle.
de controle.
Q
Q
Com isto, pode
Com isto, pode
-
-
se sintonizar melhor os
se sintonizar melhor os
controladores PID e ter melhor
controladores PID e ter melhor
desempenho.
desempenho.
62
62
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
Para desacoplar um processo com uma
Para desacoplar um processo com uma
matriz de fun
matriz de fun
çõ
çõ
es de transfer
es de transfer
ê
ê
ncia
ncia
G
G
,
,
introduz
introduz
-
-
se uma matriz de desacoplamento
se uma matriz de desacoplamento
D
D
, de tal forma que a resultante
, de tal forma que a resultante
T
T
seja
seja
diagonal.
diagonal.
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⇒
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
22
11
22
12
21
11
22
12
21
11
0
0
T
T
T
D
D
D
D
D
G
G
G
G
G
63
63
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
64
64
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
Mas como obter a matriz
Mas como obter a matriz
D
D
? Isto pode ser feito
? Isto pode ser feito
invertendo
invertendo
-
-
se a matriz do processo
se a matriz do processo
G:
G
:
Q
Q
Existem 2 graus de liberdade.
Existem 2 graus de liberdade.
(
)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
−
=
×
=
⇒
=
×
−
22
11
11
12
22
21
11
22
21
12
22
11
1
1
T
G
T
G
T
G
T
G
G
G
G
G
D
T
G
D
T
D
G
e
22
22
11
11
G
T
G
T
=
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
=
1
1
22
12
11
21
G
G
G
G
D
65
65
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Funções de transferência do
Funções de transferência do
sistema de compressão
sistema de compressão
Q
Q
Modelo:
Modelo:
Função
Ganho (KP)
Constante de Tempo
(Tp)
G
11 -1.87
18.50
G
12 1.59
6.82
G
21 0.21
6.95
G
22 0.66
5.92
66
66
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
O desacoplador pode ser calculado e implementado
O desacoplador pode ser calculado e implementado
como um “lead
como um “lead
-
-
lag”:
lag”:
Q
Q
A fun
A fun
çã
çã
o de transfer
o de transfer
ê
ê
ncia em malha aberta entre a
ncia em malha aberta entre a
sa
sa
í
í
da do controlador de capacidade (M
da do controlador de capacidade (M
1
1
) e a press
) e a press
ã
ã
o
o
(Y
(Y
1
1
)
)
é
é
G11, mas com o desacoplador:
G11, mas com o desacoplador:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
×
−
=
−
=
1
82
.
6
1
92
.
5
41
.
2
22
12
12
s
s
G
G
D
-22
12
21
11
1
1
G
G
G
G
M
Y
×
=
67
67
IBP
-Cur
so Con
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egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
Sintonia sem desacoplador:
Sintonia sem desacoplador:
Q
Q
Sintonia com desacoplador:
Sintonia com desacoplador:
CONTROLADOR
Ganho (Kc)
Tempo Integral (Ti)
Capacidade
-0.75
10 seg
Anti-surge
5.0
120 seg
CONTROLADOR
Ganho (Kc)
Tempo Integral (Ti)
Capacidade
-1.0
5 seg
Anti-surge
4.5
28 seg
68
68
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desempenho
Desempenho
69
69
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento entre Malhas
Desacoplamento entre Malhas
Q
Q
O controle de compressores din
O controle de compressores din
â
â
micos
micos
apresenta uma particularidade especial.
apresenta uma particularidade especial.
Ela decorre do fato de uma das suas
Ela decorre do fato de uma das suas
malhas de controle, a de
malhas de controle, a de
“
“
anti
anti
-
-
surge
surge
”
”
,
,
s
s
ó
ó
necessitar atuar em algumas
necessitar atuar em algumas
situa
situa
çõ
çõ
es.
es.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
=
1
0
1
11
21
G
G
D
70
70
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desacoplamento para controle
Desacoplamento para controle
de Compressores Dinâmicos
71
71
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Desempenho
Desempenho
72
72
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
--
Simulação
Simulação
Dinâmica
Dinâmica
–
–
Hipóteses
Hipóteses
Q
Q
A válvula e os medidores de vazão e
A válvula e os medidores de vazão e
pressão são instantâneos
pressão são instantâneos
Q
Q
Volume de 1 m3 entre descarga e a
Volume de 1 m3 entre descarga e a
válvula de retenção
válvula de retenção
Q
Q
Sistema digital (PLC) tem ciclo de
Sistema digital (PLC) tem ciclo de
execução de 250 ms
execução de 250 ms
Q
Q
A estratégia de controle é simples,
A estratégia de controle é simples,
apenas um controlador PI
73
73
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Q
Q
Perda instantânea da vazão de
Perda instantânea da vazão de
alimentação da máquina no tempo igual à
alimentação da máquina no tempo igual à
1000 segundos
1000 segundos
Simulação
Simulação
Dinâmica
Dinâmica
74
74
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Q
Q
Ciclos de 500 ms (depende da curva da
Ciclos de 500 ms (depende da curva da
máquina e dos volumes).
máquina e dos volumes).
Simulação
75
75
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Q
Q
Uso da estratégia de dois Pis (lento p/
Uso da estratégia de dois Pis (lento p/
fechar e rápido p/ abrir).
fechar e rápido p/ abrir).
Simulação
Simulação
Dinâmica
Dinâmica
76
76
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Q
Q
Agora com válvula lenta (5 seg.).
Agora com válvula lenta (5 seg.).
Simulação
77
77
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Simulação
Simulação
Dinâmica
Dinâmica
78
78
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
A estratégia de controle é o principal fator
A estratégia de controle é o principal fator
para o bom desempenho do controle das
para o bom desempenho do controle das
máquinas (estática
máquinas (estática
–
–
cálculo do SP, como
cálculo do SP, como
dinâmica).
dinâmica).
A dinâmica da válvula é muito mais crítica
A dinâmica da válvula é muito mais crítica
para retirar a máquina do “surge” em
para retirar a máquina do “surge” em
grandes perturbações.
grandes perturbações.
O ciclo de execução não é o mais crítico,
O ciclo de execução não é o mais crítico,
valores da ordem de 100 ms são
valores da ordem de 100 ms são
satisfatórios (considerando ciclos de surge
satisfatórios (considerando ciclos de surge
de 200 ms).
de 200 ms).
Simulação
79
79
Exemplos de Problemas
Exemplos de Problemas
Operacionais
Operacionais
80
80
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Falha do soprador
Falha do soprador
Q
Q
Falha de fabricação com fadiga e ruptura
Falha de fabricação com fadiga e ruptura
da palheta
da palheta
Q
Q
Agravado por eventos de “surge” (operação
Agravado por eventos de “surge” (operação
próxima do “surge”” alta pressão de
próxima do “surge”” alta pressão de
descarga e baixa vazão)
81
81
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Perda de Eficiência do Compressor
Perda de Eficiência do Compressor
Q
Q
Redução da vazão
Redução da vazão
pela máquina e
pela máquina e
diminuição da carga
diminuição da carga
da Unidade.
da Unidade.
82
82
IBP
-Cur
so Con
trole R
egulatório Avançado e Si
nt
on
ia
de
C
ont
rola
dore
s P
ID
–
Se
temb
ro
/2
005
Incrustrações
Incrustrações
no Compressor
no Compressor
Q
Q
Mudança das
Mudança das
características.
características.
