Aula 1 - Apresentação da Disciplina e Introdução a Controle de Processos

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GR02779 - CONTROLE DE PROCESSOS
2º Semestre de 2021
Profa. Msc. Eng. Débora Mazzali
AULA 1
Sejam bem vindos !!
OBJETIVOS
❖ Fornecer ao aluno ferramentas para entender, analisar, aplicar técnicas de
modelagem, controle, simulação e sintonia de controladores, bem como,
compreender o funcionamento de projeto de controladores usando estratégias
de controle voltados a processos industriais.
❖ Serão apresentados modelos e técnicas de controle utilizadas em indústrias
químicas, petróleo, alimentos, papel e celulose, entre outras.
BIBLIOGRAFIA
❖ ALVES, J. L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos, ed. LTC, 20 Acervo
Virtual.
❖ FRANCHI, C. M. "CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES.", 1 ed.,
São Paulo, Érica, 2011.
❖ Garcia, Cláudio. Controle de Processos industriais: estratégias convencionais. Vol. 1. São
Paulo, Blucher, 2017.
❖ SMITH, C. A. ; CORRIPIO, A. B. Princípios e Prática do Controle Automático de Processo, ed.
LTC, 200 Acervo Virtual.
NOTAS DE AULA
• O material de apoio serão as literaturas apresentadas nas Referencias
Bibliográficas existentes na Biblioteca Digital da USF e conteúdos
disponibilizados pelo professor.
• As aulas gravadas serão disponibilizadas na sala virtual da disciplina,
sempre ao final de cada aula para utilização durante as atividades de
Pós-aula da semana.
• As atividades de Pré-aula e Pós-aula são de suma importância para a
compreensão e fixação do conteúdo apresentado nas aulas
síncronas.
AVALIAÇÕES DO SISTEMA USF
• Método de ensino:
Pré-aula => Leitura sobre conteúdo da aula: Literaturas de Referência
Aula => Apresentação do conteúdo teórico e prático
Pós-aula => Questionário virtual: Exercícios
• Atividades de aula:
2 Práticas de competências (30% da N1 e N2)
2 Avaliações (70% da P1 e P2)
• Critério de aprovação:
N1 = 45% + N2 = 45% + PFG = 10%.
• Opcional
N3 = 100% - utilizado para melhorar ou substituir as notas das avaliações N1 e N2.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
❖ Introdução a controle de processos
❖ Modelagem matemática para controle de processos
❖ Transformada de Laplace e Função de transferência
❖ Função de transferência
❖ Diagrama de Blocos
❖ Análise do comportamento dinâmico de processos
❖ Análise e Projeto de malhas de controle (controle 
feedback)
❖ Estrutura da malha de controle SISO, MIMO e 
tipos de controladores
❖ Efeito das ações integral e derivativa sobre o 
desempenho do sistema
❖ Sintonia de controladores
❖ Análise em regime estacionário
❖ Análise de Estabilidade de controladores
ATIVIDADES DE PRÉ-AULA, AULA e 
PÓS-AULA
PREMISSAS DA APRENDIZAGEM
1. Na aula não se aprende, se entende.
2. Aprende-se estudando individualmente.
3. Estudar é executar: escrever e resolver exercícios.
4. Para memorizar bem o entendimento da aula necessário estudar já no dia seguinte.
COMO ESTUDAR PARA ESSA DISCIPLINA
1. Estudar antecipadamente a aula do dia através da atividade de PRÉ-AULA que contem a teoria e
os exemplos conceituais.
2. Acompanhar AULA, tomar notas e tirar dúvidas durante as aulas.
3. Estudar pelos LIVROS referenciados na bibliografia da disciplina e evitar sites de internet/youtube.
4. Rever a teoria (fazer resumos) antes de fazer os exercícios de PÓS-AULA.
5. Fazer exercícios de PÓS-AULA (das listas e dos livros) sem auxílio de outros colegas ou gabaritos.
6. Lembre-se: Não funciona estudar na véspera da prova.
ATIVIDADES DE PRÉ e PÓS-AULA
#FICA_A_DICA
✓ O aprendizado e sucesso das atividades depende do interesse e empenho de cada um.
✓ As diretrizes e conceitos para resolução das atividades de pós-aula são apresentados durante as
aulas. Portanto, participe das atividade de pré-aulas e das aulas semanalmente ( regularmente ),
evitando ficar com dúvidas, faltas e redução de nota.
✓ Lembre-se que todas as literaturas de apoio estão disponibilizado na Biblioteca Digital da USF e
na sala virtual da disciplina.
✓ Utilize experiências práticas vivenciadas em ambientes profissionais a que você teve ou tem
participado.
✓ Não deixe a atividade para ser feita na última hora. Lembre-se que a nota final depende do
resultado da soma de todas as atividades do semestre.
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE 
PROCESSOS
Profa. Msc. Eng. Débora Mazzali
AULA 1
CONEITOS BÁSICOS
DEFINIÇÕES
• Planta é uma parte de um equipamento, eventualmente um conjunto de itens de uma
máquina, que funciona conjuntamente, cuja finalidade é desenvolver uma dada operação.
• Processo é qualquer operação ou sequência de operações, envolvendo uma mudança de
estado, de composição, de dimensão ou outras propriedades que possam ser definidas
relativamente a um padrão. Pode ser contínuo ou em batelada.
• Sistema é uma combinação de componentes que atuam conjuntamente para transformar
propriedades físicas ou químicas de matérias primas em produtos (objetivo).
Calor (Fogo)
Aumento da 
temperatura 
da água
Exemplo: Sistema de aquecimento da água.
CONEITOS BÁSICOS
PROCESSOS INDUTRIAIS
Conjunto de operações complexas que realizam transformações entre matérias
primas para transformá-las em produtos, geralmente mudando as propriedade
físicas e/ou químicas. Utilizam uma quantidade de energia disponível e sempre
buscam máxima economia de tempo e custos.
Exemplo: Sistema de produção de etanol, açúcar e energia elétrica.
CONEITOS BÁSICOS
PROCESSOS INDUTRIAIS
Conjunto de operações
complexas que realizam
transformações entre
matérias primas para
transformá-las em produtos,
geralmente mudando as
propriedade físicas e/ou
químicas. Utilizam uma
quantidade de energia
disponível e sempre buscam
máxima economia de
tempo e custos.
Exemplo: Sistema de produção de 
etanol, açúcar e energia elétrica.
DESAFIOS DA INDÚSTRIA
• Redução de consumo específico de matéria-prima, energia, insumos químicos e água;
• Redução dos desperdícios;
• Redução de custos de produção;
• Maximizar tempo de vida de equipamentos;
• Maximizar benefícios econômicos;
• Garantia da qualidade e das especificações do produto;
• Respeitar as restrições de operações;
• Atender normas ambientais;
• Realizar operações com segurança
PORQUE CONTROLAR PROCESSOS 
INDUSTRIAIS?
Para atingir os objetivos propostos é necessário monitorar e
intervir no processo. Só assim é possível:
• Reduzir os efeitos de perturbações externas ou distúrbios;
• Manter a estabilidade do processo;
• Otimizar o tempo, custo e desempenho do processo.
O que estudamos em controle de processos?
• A resposta das variáveis de processo em função de uma das
variáveis mais importantes.
• A causa e a solução de todos os problemas => tempo e
custo.
POR QUE O TEMPO IMPORTA?
O projeto muitas vezes é feito para o estado estacionário...
Quanto tempo para atingir esse estado estacionário?
Δt?
COMO FAZER CONTROLE DE PROCESSOS?
Para fazer um processo operar de maneira automática é preciso entender 
sua dinâmica.
PARA PODERMOS ALTERÁ-LA!
= (balanços de massa, energia, forças, cargas elétricas) 
+ equações constitutivas + reações + operações unitárias
( transiente )
CONTROLE DE PROCESSOS
ESTRUTURA GERAL
Instrumentação do Processo
Controle Regulatório
Controle Avançado - MPC
Otimização
Prog. da Produção
Plan. 
Estratégico
Segundo
Minuto
Hora
Dia
Mês
Nível de 
Decisão
Pirâmide da Automação de Sistemas
EXEMPLO DO PROCESSO DE ETANOL
SISTEMA DE PRODUÇÃO 
DE ETANOL, AÇÚCAR E 
ENERGIA ELÉTRICA.
EXEMPLO DE VEÍCULO AUTÔNOMO
Estrutura dos diferentes 
Níveis de Controladores
IMPORTANCIA DE CONTROLAR 
PROCESSOS INDUSTRIAIS
❖ Controle de processos são fundamentais para o correto funcionamento dos
processos industriais e de outros sistemas automatizados;
❖ Os processos apresentam diversos desafios para o engenheiro de controle e
automação. Etapas: Modelagem, controle, automação e otimização.
❖ O entendimento do processo é fundamental para obter um projeto adequado
para a estrutura de instrumentação e controle;
❖ Dominar os conceitos teóricos é o primeiro passo para o sucesso do projeto. O
Segundo, é dominar a tecnologia;
❖ É muito importante utilizar sistemassimples sempre que possível;
❖ O retorno econômico da implantação de uma soluções de controle é
imprescindível na pratica.
RETORNOS DO CONTROLE DE PROCESSOS
ESTRATÉGIAS DE CONTROLE
REPRESENTAÇÃO MATEMÁTICA
REPRESENTAÇÃO MATEMÁTICA
CONTROLE DE PROCESSOS
Descrição das variáveis de interesse:
VM = variável manipulada (MV em inglês) ou de controle (VC em português)
VP = variável de processo (PV em inglês) ou controlada (CV em inglês)
P = perturbações ou distúrbios (D em inglês)
Diagrama de Blocos, 
Sinais e Sistemas
VC
VP
P
CONTROLE DE PROCESSOS
No exemplo do fogão:
VC = abertura da válvula que controla a
vazão do gás no aquecedor
VP = temperatura da água
P = temperatura ambiente
Atuador = botão que regula a abertura da
válvula
Sensor = visual
Diagrama de Blocos, 
Sinais e Sistemas
VC
VP
P
UM POUCO DE HISTÓRIA
RELÓGIODE ÁGUA COM 
RGULADOR FLOTANTE
270 AC
Grego Ktesibios
Caixa de água que 
utilizamos atualmente
UM POUCO DE HISTÓRIA
MÁQUINA DE VAPOR E 
RGULADOR
1769 James Watt
UM POUCO DE HISTÓRIA
CONTROLE DE VELOCIDADE 
DE UM CARRO AUTONOMO
No exemplo do VA:
VC = posição do acelerador que 
controla a potencia do motor
VP = velocidade do carro
P = inclinação da pista, vento.
Atuador = pedal do acelerador 
que regula a potencia do motor
Sensor = visual
Ilustração de estratégia de controle
Exemplo mecânico de controle de velocidade de um carro
EXEMPLO: CALDEIRA A GÁS
CONTROLE DE 
TEMPERATURA DA ÁGUA
No exemplo industrial temos:
VC = abertura da válvula que 
controla a vazão de gás no 
queimador
VP = temperatura da água
P = temperatura e vazão de 
água da entrada
VP
VC
P
Atuador Processo Sensor VPVC
P
COMO CONTROLAR
Controle Manual Controle Automático
ESTRUTURAS DE CONTROLE
Controle em malha aberta
Controle em malha fechada
CV
MVRV
D2D1
D2D1
RV MV
e
CV
ESTRUTURAS DE CONTROLE
Controle Feedback (estrutura realimentada)
VM = variável manipulada (MV em inglês) ou de controle (VC em português)
VP = variável de processo (PV em inglês) ou controlada (CV em inglês)
P = perturbações ou distúrbios (D em inglês)
Perturbação
VC
VPVR
P
e
ESTRUTURAS DE CONTROLE
Controle Feedforward (estrutura antecipativa ou pré-alimentada)
VM = variável manipulada (MV em inglês) ou de controle (VC em português)
VP = variável de processo (PV em inglês) ou controlada (CV em inglês)
P = perturbações ou distúrbios (D em inglês)
Perturbação
VM VPControlador
P
ESTRUTURAS DE CONTROLE
CONTROLE DA TEMPERATURA DO BANHO
Procedimento
Abrir rapidamente o registro de água até certa vazão, “sem” medir a temperatura.
VM = temperatura da água
VP = vazão de água
P = temperatura ambiente
Sensor = mão
Atuador = Registro de água
• Controle Antecipativo: 
Abrir o registro da água e aguardar o aumento da temperatura da 
água.
• Controle Realimentado: 
Medir a temperatura e ajustar a vazão de água para a temperatura 
desejada.
PARAMETRIZAÇÃO
ESPECIFICAÇÕES (OBJTIVOS)
• Manter a temperatura da água em um valor fixo.
• Manter a temperatura da água em uma faixa de operação.
• Fazer a temperatura variar de acordo com o perfil desejado.
• Eliminar em um dado tempo o efeito e alguma perturbação.
“ O OBJETIVO DENPENDE DE CADA APLICAÇÃO ”.
GENERALIZANDO
Processos são MIMO
• Várias variáveis manipuladas
• Várias variáveis controladas ou VPs (algumas medidas e outras não)
• Várias perturbações
Os objetivos dependem de cada aplicação, mas geralmente combinam 
estabilidade, restrição de perturbações e aspectos econômicos.
Importante:
• Escolher adequadamente as variáveis manipuladas
• Escolher as medidas ou estimações
• Escolher a configuração de controle
• Projeto de controle = ferramentas
ATIVIDADE PÓS-AULA
Aplique os conhecimentos 
adquiridos na pré-aula e aula
resolvendo as atividades de 
pós-aula propostas na sala 
virtual da disciplina. 
Lembre-se que as atividades 
pós-aula são de suma 
importância para a 
compreensão e fixação do 
conteúdo apresentado nas 
aulas síncronas.
ESTEJA PREPARADO! 
E PARTICIPE DA AULA
debora.mazzali@usf.edu.br