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UNIDADE 2 
SISTEMAS DE CONTROLE INDUSTRIAL 
2.1 – Introdução 
O controle automático tem efetivamente desempenhado um papel fundamental no 
avanço da engenharia voltada para Marinha Mercante. Além da extrema importância em 
sistemas de controle para aquecimento do óleo combustível, controle de temperatura da 
água doce pós-resfriamento, empregando inversores de freqüência, na qual está é utilizada 
para esfriar as camisas de um Motor de combustão principal (MCP) empregando de 
inversores de freqüência combinado com uma válvula de três vias, Controle de Nível através 
de diferencial para Caldeira, sistemas para pilotagem de embarcações e estabilidades, para 
Elevação de cargas para Guindastes e outros mais. 
O controle automático tem se tornando de grande importância e parte integrante dos 
modernos processos voltados tanto para Navios como para as Indústrias. 
Apesar da contínua modernização dos processos, a maioria das leis e princípios de 
medição e controle das grandezas físicas escalares se conservam intactas até os dias 
atuais, mas tem sido alvo de grandes polêmicas, quanto à definição ou classificação mais 
adequada, tendo em vista a sua evolução. 
2.2 - Termos Técnicos (Terminologias) 
Nesta subunidade, você deve adquirir as seguintes competências: 
 Entender as terminologias aplicadas ao controle automático. 
 Entender os fundamentos técnicos do controle industrial. 
 
Os termos técnicos nomeiam os elementos do controle automático e visam 
padronizar a linguagem para evitar que se façam interpretações dúbias ou cometam-se 
erros e contradições. No Brasil o documento Legal é o Vocabulário Internacional de 
Termos Fundamentais Gerais de Metrologia, aprovado pela Portaria nº 29, de 10 de 
março de 1995, pelo Presidente do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e 
qualidade Industrial _ Inmetro. 
 A figura 2.1 mostra os principais elementos que compõem um sistema de controle 
automático, pelos quais são divididos em três grupos: elemento primário (sensor), 
elemento secundário (controladores) e elemento final de controle (válvula, motores, 
resistências, exaustores e outros mais). 
 25
 
 
 
1. Diagrama de bloco – É utilizado para dar uma melhor visualização da interdependência 
e interligação dos elementos que compõem o sistema, evidenciando as diferentes 
entradas e saídas das malhas de ação e de realimentação, tornando-as compreensivas. 
 Os blocos não têm apenas uma função ilustrativa, constituem um método eficaz para o 
estudo de sistemas complexos utilizados em software com o Matlab. Cada bloco tem 
uma tradução matemática das funções, podendo-se mesmo estabelecer operações 
entre eles e nas malhas globais que os integram. Como exemplo, temos as figuras: 
1.01, 2.17 e 2.18. 
 
 26
A figura 2.17 mostra, em um diagrama de blocos, todos os elementos do controle 
automático e, logo a seguir, damos a definição de cada um deles. 
 
2. Malha de controle é a combinação de instrumentos interligados para medir e/ou 
controlar uma variável. 
3. Elementos primários são dispositivos, com os quais se consegue detectar (medir) 
alterações nas variáveis do processo. Exemplo: sensores de pressão, indicadores de 
temperatura, placa de orifício e etc. 
4. Elementos secundários são dispositivos que recebem e tratam o sinal do elemento 
primário. Exemplo: transmissores, (temperatura, vazão, nível, pressão e etc.) 
controladores indicadores de temperatura, vazão, nível, pressão e etc. 
 
Fig. 2.18 - Diagrama de blocos do regulador de velocidade de James Watt. 
. 
5. Elemento final de controle (final control element) – É o elemento da malha de controle 
que atua na variável manipulada (vazão) que será explicada logo abaixo, em função de 
um sinal gerado por um comando/controle. Normalmente é uma válvula. 
6. Processo (controlled system) - Trata-se de um determinado sistema industrial (planta) 
que possui um comportamento dinâmico, sobre o qual atuamos a fim de obtermos o 
controle de uma determinada variável ou produto. Um processo denota uma operação 
ou uma série de operações sobre materiais sólidos ou fluidos, na (s) qual (is) se busca 
conseguir que estes materiais se mantenham em um estado de utilização adequado a 
uma qualidade preestabelecida. Exemplo: água de alimentação de uma caldeira, sistema 
de óleo lubrificante de um motor Diesel, etc. 
7. Variáveis do processo (PV) – São as grandezas físicas medidas, manuseadas, 
monitoradas e controladas com objetivo de manter as condições do processo em perfeito 
funcionamento. Exemplo: As principais grandezas são: temperatura, pressão, vazão e 
nível. 
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8. Variável manipulada (MV) (manipulated variable )- É a variável (agente físico) que é 
manuseada com o objetivo de manter a variável controlada dentro de valores 
preestabelecido. Por exemplo, numa caldeira é a vazão da água de alimentação, para 
manter o nível do tubulão dentro de certas condições estabelecidas, no caso de controle 
de temperatura do óleo combustível pode ser a vazão da água de um 
9. Variável controlada (controlled variable) - É o agente físico (variável) que está 
submetido a um controle, ou seja, é aquela que deseja ser controlada dentro de um valor 
desejado. Exemplo: no controle de uma caldeira pode ser o nível da água do tubulão, 
pressão de vapor, ou a combustão. 
10. Variável secundária - é o agente físico (variável) mais próximo da variável controlada e 
que de forma instantânea interfere na mesma. No caso do controle de uma caldeira, é a 
vazão de vapor produzida. 
11. Variável de entrada (command variable) - É o valor emitido pelo elemento de ajuste do 
set point para o comparador. 
12. Valor de referência ou Set Point (SP) - É o valor com o qual se pretende manter a 
variável controlada. Também é chamado de valor desejado. 
13. Meio controlado – É a energia ou material do processo, no qual a variável é controlada. 
Exemplo: no sistema de óleo lubrificante de um motor Diesel, é o óleo lubrificante. 
14. Agente de controle – É o elemento que altera o meio controlado, é a energia ou 
material do processo, da qual a variável manipulada é uma condição ou característica. 
Exemplo: em um trocador de calor a vapor o agente de controle é o vapor, pois a 
variável manipulada é o vapor e no controle de uma caldeira é a água de alimentação. 
15. Perturbação - É um sinal indesejável, que tende a desestabilizar o sistema e, 
conseqüentemente, alterando o valor da variável controlada. 
16. Sensor - É o elemento de um instrumento de medição que entra em contato direto ou 
não com a variável que se deseja controlar, detectando qualquer alteração ocorrida com 
a mesma. A informação mensurada é condicionada e transmitida ao comparador do 
controlador. O sinal emitido, às vezes, precisa ser amplificado ou convertido 
(transduzido). 
17. Detetor (detector) – Dispositivo ou substância que indica a presença de um fenômeno, 
se necessariamente fornecer um valor de uma substância. 
18. Conversor (converter) - Tem a função de converter um sinal de controle padrão enviado 
pelo transmissor ou sensor em outro sinal padrão de controle. Pode converter sinal 
elétrico em pneumático; elétrico em hidráulico; analógico em digital; e vice-versa. 
Normalmente são instalados entre o sensor e o comparador, ou entre o controlador e o 
elemento final de controle. Exemplo: Tenho uma válvula pneumática que trabalha com 
sinal padrão pneumático de 3 à 15 psi e um controlador elétrico que gera um sinal de 
controle de 4 à 20 mA, para que a minha válvula possa operar, terei que transforma a 
natureza elétrica/eletrônica para pneumática através do conversor. 
 28
19. Transdutor de medição (measuring transducer) – Dispositivo que fornece uma 
grandeza de saída que tem uma correlação determinada com a grandeza de entrada. 
Esse termo é empregado, por um grande número de técnicos, no lugarde conversor. 
20. Comparador - Sua função é comparar o valor medido ou lido pelo elemento primário 
com o valor de referência, gerando um sinal de erro, cuja amplitude é proporcional à 
diferença algébrica entre o sinal de referência (setpoint) e o sinal de realimentação 
(feedback). 
21. Controlador (controller) - Sua função é gerar um sinal de controle, o qual irá posicionar 
o elemento final de controle, a fim de manter a variável controlada dentro do valor 
desejado. Esse sinal varia de amplitude em função do sinal de erro enviado pelo 
comparador. É desejado que esta ação do controlador seja feita no menor tempo 
possível. 
22. Transmissor (transmitter) – Dispositivo que detecta uma variável de processo por meio 
de um elemento primário e que tem um sinal de saída cujo valor é proporcional ao valor 
da variável controlada. 
23. Amplificador de sinal - Tem a função de amplificar o sinal do sensor ou do controlador, 
quando esse é muito baixo, garantido uma informação precisa. Podem ser pneumáticos 
(bico palheta), elétricos e eletrônicos. 
24. Sinal de desvio ou de controle (deviation) – É a diferença da equação algébrica entre 
o valor desejado e o valor da variável controlada medido, ou seja, é o resultado gerado 
pelo comparador. Também denominado sinal de erro. 
25. Atuador (actuator) - É a parte móvel do elemento final de controle, que recebe o sinal de 
acionamento do transdutor. Pode ser pneumático ou elétrico. 
 
2.3 - Identificação e Símbolos de Instrumentos Gerais 
As normas técnicas aplicadas ao controle automático industrial estabelecem 
símbolos gráficos e codificações para identificação alfanumérica ou funções programadas, 
que serão utilizadas nos diagramas P&I e nas malhas de controle. 
Os símbolos gráficos e codificações estabelecidas pelas normas propiciam uma 
melhor facilidade para o entendimento dos diagramas e malhas de instrumentação e 
viabilizar a comunicação entre usuários, projetistas e fornecedores. 
Também, não devemos esquecer que no Brasil quem dita às normas técnicas 
aplicadas ao controle automático industrial ou a automação é a ABNT (Associação Brasileira 
de Normas Técnicas), que por sua vez procura acompanhar as normas internacionais mais 
aceitas por fabricantes e usuários. 
Os navios brasileiros de longo curso e de cabotagem, em função do tipo de 
automação aplicada às máquinas, são classificados pela Diretoria de Portos e Costa, de 
acordo com a Normas da Autoridade Marítima para Embarcações Empregada na 
Navegação de Mar Aberto (NORMAM 01), Anexo 1-C (Diretrizes Específicas para 
 29
Elaboração dos CTS ), Item 4, Notação para Grau de Automação (NGAPM) do sistema de 
máquinas para navios.. 
2.3.1 Padronização da Norma Técnica S5.1 da ISA (The Instrumentation, 
Systems and Automation Society) 
 A Norma mais utilizada na área de instrumentação e controle de processos é a 
estabelecida pela ISA, definida como Norma S5.1. Esta também é a adotada pela ABNT 
- NRB-8190 outubro/1983. 
A padronização Isa considera que cada instrumento ou função programada será 
identificado por um conjunto de letras e um conjunto de algarismos como pode ser visto 
abaixo pela tabela 1. 
 1 º G R U P O D E L E T R A S 2 º G R U P O D E L E T R A S 
LETRA V A R I Á V E L M E D I D A F U N Ç Ã O 
 1ª Letra Modificadora Passiva ou de Informação Ativa ou de Saída Modificadora
A Análise Alarme 
B Chama 
C Condutividade elétrica Controlador 
D Densidade Diferencial 
E Tensão Sensor 
F Vazão Razão 
G Escolha do usuário Visão direta 
H Manual Alto 
I Corrente elétrica Indicador 
J Potência Varredura, 
Seleç. manual 
 
K Temporização Taxa variação 
com o tempo 
 Estação de controle 
L Nível Lâmpada piloto Baixo 
M Umidade Instantâneo Médio, 
Intermediário 
N Escolha do usuário 
O Escolha do usuário Orifício de 
restrição 
 
P Pressão Conexão para 
teste 
 
Q Quantidade Integração, 
Totalização 
 
R Radiação Registrador 
S Velocidade, Freqüência Segurança Chave 
T Temperatura Transmissor 
U Multivariável Multifunção Válvula, Damper 
V Vibração, Análise 
mecânica 
 
W Peso, Força Poço ponta de 
prova 
 
X Não classificada Eixo dos X Não classificada Não classificada Não 
classificada 
Y Estado, Presença, 
Seqüência de eventos 
Eixo dos Y Relé, Conversor 
Solenóide 
 
Z Posição, Dimensão Eixo dos Z Acionador, Atuador, 
Elemento final de 
controle. 
 
 30
 
 
TABELA 1 – Identificação das letras utilizadas em diagrama P&I de malha de controle (Norma ISA 
S5.1 e SAMA). 
 A primeira letra do conjunto de letras indica a variável medida/controlada 
(Grandezas Físicas) e as letras subseqüentes indicam o tipo de instrumento e também 
podendo informar a função que o instrumento desempenha na malha de controle. O 
primeiro algarismo indica a área/fábrica e o segundo indica à malha à qual o 
instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para completar a 
identificação, poderá ser acrescido um sufixo. 
 Outras observações sobre essa Norma: 
a) Uma letra tipo “escolha do usuário” é utilizada para cobrir significados não listados 
e que serão utilizados de maneira repetitiva em um projeto particular. O significado 
da letra deve ser definido na legenda. 
b) A letra “A” cobre todos os tipos de analisadores. Recomenda-se que o tipo de 
análise realizado pelo instrumento seja definido fora do círculo de identificação. 
c) A função passiva “G” aplica-se a instrumentos ou dispositivos que fornecem uma 
indicação visual não calibrada, como os visores de vidro e monitores de TV. 
d) No caso de diagramas P&I, se necessário, as funções associadas com o uso da letra 
subseqüente “Y” são definidas fora do circulo de identificação. 
e) Os termos modificadores “altos”, “baixo”, “médio” ou “intermediário” correspondem 
a valores das variáveis medidas, e não aos valores dos sinais correspondentes, a 
não ser que seja indicado de outra forma. 
f) Os termos modificadores “alto”, “baixo”, quando aplicados a posições de válvulas e 
outros dispositivos abre-fecha (on-off), são definidos como se segue: 
I - “alto” denota que a válvula está na posição completamente aberta ou se 
aproxima desta, e 
II - “baixo” mostra que ela está na posição totalmente fechada ou se aproxima 
desta. 
g) O termo “registrador” aplica-se a qualquer forma de armazenamento permanente de 
informações que permite recuperação por quaisquer meios; 
h) A primeira letra “V” (vibração ou análise mecânica) desempenha o mesmo papel em 
monitoração de máquinas que a letra “A” desempenha em análise de maneira geral. 
i) Exceto para a variável vibração, espera-se que as demais variáveis de análise 
mecânica sejam definidas fora do círculo de identificação. 
A seqüência de letras de identificação funcional de um instrumento ou função 
programada começa com uma primeira letra selecionada, de acordo com a tabela 2.1. As 
letras de funções passivas ou de informação devem seguir em qualquer ordem; as letras de 
funções ativas ou de saída seguem-nas também em qualquer ordem, com exceção da letra 
de função de saída “C” (controle), que deve preceder a letra “V” (válvula), quando ambas 
coexistirem. Se forem utilizadas letras modificadoras, estas deverão ser interpostas de 
forma que fiquem posicionadas seguindo imediatamente as letras que elas modificam. 
A numeração da malha pode ser feita de forma paralela ou serial. Usualmente na 
indústria, utiliza-se numeração paralela. O número total dentro de um grupo não deve 
exceder de quatro. Todas as letras de identificação funcional deverão ser letras maiúsculas. 
 31
 Exemplo: A tabela 2.3 mostra um exemplo de instrumento identificado de acordo 
com a Norma ISA S 5.1. 
T RC - 2 10 0 2 A 
VARIÁVEL 
(controlada ou 
medida)FUNÇÃO 
(registrador 
controlador) 
ÁREA DE ATIVIDADE 
(planta ou fábrica) 
N.º SEQUENCIAL DA 
MALHA 
S 
U 
F 
I 
IDENTIFICAÇÃO FUNCIONAL IDENTIFICAÇÃO DA MALHA X O 
 Onde: 
T = Variável medida: TEMPERATURA; 
R = Função passiva ou de informação: REGISTRADOR; 
C = Função ativa ou de saída: CONTROLADOR; 
2 1 = Área de atividade ou fábrica, onde o instrumento ou função programada atua; 
0 2 = Número seqüencial da malha; 
A = Sufixo. 
TABELA 2.3 – exemplo de identificação do instrumento TRC-2102A 
 
A figura 2.20 mostra os símbolos utilizados para representar os tipos de sinais de 
controle de processo automatizado ou que circulam em uma malha de controle, de acordo 
com a norma ISA em referência. 
 
 
Fig. 2.20 – Simbologia para representação de sinais de controle. 
 
 
A figura 2.3 mostra os símbolos dos instrumentos gerais utilizados para representar 
instrumentos ou função programada e a figura 2.4 mostra os símbolos e funções de 
processamento de sinais padronizados pela Norma ISA. 
 32
 
 
A padronização ISA também considera que quando a uma elaboração de um 
diagrama de controle, a identificação do instrumento será escrita dentro do símbolo geral e 
que em casos específicos, sua função será detalhada pelo acréscimo de um símbolo de 
processamento de sinais (figura 2.4) ao seu símbolo geral. 
 
 
 
 33
Fig. 2.21 – Símbolos e funções de processamento de sinais (ISA E SAMA). 
SÍMBOLO FUNÇÃO SÍMBOLO FUNÇÃO 
 
 SOMA 
 
MULTIPLICAÇÃO 
 
MÉDIA 
 
DIVISÃO 
 
SUBTRAÇÃO 
 
EXTRAÇÃO DE RAIZ 
QUADRADA 
 
PROPORCIONAL 
 
EXTRAÇÃO DE RAIZ 
 
INTEGRAL 
 
 
 
EXPONENCIAÇÃO 
 
DERIVATIVO 
 
FUNÇÃO NÃO LINEAR 
 
SELETOR DE SINAL ALTO 
 
LIMITE SUPERIOR 
 
SELETOR DE SINAL BAIXO 
 
LIMITE INFERIOR 
 
POLARIZAÇÃO 
 
LIMITADOR DE SINAL 
 
FUNÇÃO TEMPO 
 
CONVERSÃO DE SINAL 
 
 
 
 
 34
2.4 SISTEMAS DE CONTROLES 
A palavra sistema tem diversas aplicações. Emprega-se para designar pequenos 
sistemas como o sistema de injeção de combustível dos veículos, grandes e complexos 
sistemas como o nosso sistema nervoso ou como o sistema econômico mundial ou como o 
sistema de defesa americano, sistema de informação, sistema de controle de planta 
industrial, sistema de controle de navegação dos navios e dos aviões, etc. 
CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS 
Primeira - compõem-se de muitas partes diferentes. 
- os componentes podem ser bastante distintos (elementos físicos, humanos, regras e 
regulamentos sobre as inter-relações dos elementos) 
Segunda - interação de seus diversos componentes (cada um influencia sobre o outro). 
Terceira - evoluem de um estado para outro (em pequenos intervalos de tempo os sistemas móveis 
parecem estáticos). 
Quarta - em sua maioria, são homeostáticos (quando observados em ciclos de curtos períodos, 
seu funcionamento parece manter continuidade ou estabilidade. Por outro lado, quando 
observados em períodos bastante longos, tendem a evoluir e mudar seu estado). 
Quinta - seqüência: alimentação  processador  saída  realimentação  processador. 
TABELA 2.1 – Características dos sistemas. 
À primeira vista, parece imprópria a utilização do termo para conjuntos tão diferentes, 
mas na prática esses conjuntos apresentam várias características comuns, como é 
demonstrado no quadro da tabela 2.1. 
A literatura científica define sistema como sendo: 
 “é uma combinação de componentes físicos que agem em conjunto para atingir im 
determinado objetivo”. 
O conceito sistema pode ser aplicado a fenômenos abstratos dinâmicos, como 
aqueles em encontrados na economia. Dessa maneira, a palavra ’ sistema’ pode ser 
empregada para se referir a sistemas físicos, biológicos, econômicos e outros. Em qualquer 
sistema há sempre uma unidade central processadora e todo sistema possui um tipo de 
controle. 
 Exemplos: 
a) controle político exercido por funcionários sobre diversos sistemas sociais; 
b) computadores de controle para sistemas de armas militares; 
c) controle da navegação pelo piloto automático, etc. 
 
 Resumindo, um sistema é constitui-se por três funções básicas: medir, comparar e 
corrigir. 
 
 
 
 35
 
Exemplos de sistemas de controles automáticos serão apresentados abaixo: 
Sistema de controle de Nível por Diferencial de Pressão. 
 
No sistema de controle mostrado abaixo, tem objetivo de controlar o nível do 
reservatório através da manipulação da vazão de saída do líquido no reservatório. 
 
 
A Fig. 1.7 mostra a ligação elétrica do sistema. Inicialmente, o nível do líquido no 
tanque deve ser medido. A medição pode ser feita, por exemplo, através de um transmissor 
de pressão diferencial (d/p cell), por ultra som, radar e etc. O transmissor de nível mede a 
pressão exercida pela altura de coluna líquida, que é o nível, amplifica e converte esta 
pressão diferencial em um sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc. Quando calibrado 
corretamente, o transmissor gera uma saída de 4 mA cc quando o nível estiver em 0% e a 
saída será de 20 mA cc quando o nível estiver em 100% da faixa calibrada. 
Esta corrente analógica é transmitida através de um cabo trançado, eventualmente 
blindado, para o controlador. O controlador geralmente está na sala de controle centralizada, 
distante do processo. O controlador compara a variável do processo medida (nível, no 
exemplo) com o valor do ponto de ajuste. Se houver um desvio que vai ser a diferença 
algébrica entre esses dois valores (Set Point – Variável Controlada), o controlador enviará 
um sinal de correção para o elemento final de controle, onde nesse caso é uma válvula de 
controle com atuador pneumático, podendo ser do tipo diafragma, que trabalhará de 0 a 
 36
100% de abertura com uma faixa de sinal pneumático de 3 a 15 psi. Como podemos notar, 
os dois são de naturezas diferentes, necessitando de uma interface entre o controlador 
eletrônico e o atuador pneumático da válvula, para converter o sinal eletrônico padrão de 4 a 
20 ma cc no sinal pneumático de 3 a 15 psi. Esta interface é o transdutor i/p. 
O atuador pneumático, por sua vez, varia a posição da válvula, procurando manter 
uma vazão adequada do líquido (Variável Manipulada) na saída do tanque até nível atingir o 
valor de referência (Set Point). 
Se ocorrer um distúrbio ou uma perturbação, aumentando ou diminuído a vazão na 
entrada do tanque, o nível do produto no tanque poderá subir ou descer, com isso, o 
transmissor de nível enviará um sinal para o controlador, onde irá alterar sua saída, como 
resposta. A saída do controlador irá aumentar um pouco a saída da válvula, aumentando a 
vazão do líquido deixando o tanque. O nível do tanque irá voltar ao ponto de ajuste 
desejado. 
 
Aplicação: 
 Está estratégia de controle de nível é utilizada para controlar a admissão de água do 
tubulão. 
 
Sistema de controle de Temperatura. 
Esse sistema de controle tem o objetivo de controlar a temperatura do líquido através 
de uma resistência elétrica. 
 
 
 37
Nesse processo podemos utilizar um medidor do tipo PT-100, termopar, pirômetro e 
outros, para medir a variação da temperatura do líquido contido ou armazenado no interior 
do tanque. 
O princípio de funcionamento é o mesmo do relatado acima só que a grande 
diferença, é que está sendo utilizada uma resistência em vez de uma válvula de controle 
como elemento final de controle. 
O sensor de temperatura envia um sinal elétrico/eletrônico de 4 a 20 mA para o 
controlador que irá comparar o valor medido com um valor de referência da temperatura. Se 
houver um desvio, enviará um sinal de correção inserindo ou não mais resistências para 
manter a temperatura do líquido dentro do valor desejado (Set Point).Observação: O Sinal do controlador só será recebido diretamente pelo elemento final 
de controle, se o atuador da válvula for da mesma natureza do controlador, se não, o sinal 
terá que ser convertido por um transdutor. 
 
Aplicação: 
 Este sistema de controle de temperatura pode ser utilizado para realizar o 
aquecimento do óleo pesado HFO de alimentação do Motor de Combustão Principal, 
também no aquecimento dos tanques de cargas utilizando serpentinas de latão-
alumínio e etc. 
 
2.5 CONTROLE DE PROCESSO. 
Os principais controles de processos são: controle manual, controle automático e 
controle auto-operado, embora existam outros tipos de controles citados abaixo. 
Objetivo do Controle. 
O objetivo de um controle de processo, basicamente, visa manter os valores das 
variáveis do processo igual ou próximo ao valo de referência (Set Point) na presença ou não 
de perturbações das cargas. 
Sintonizar um Controlador. 
A sintonia do controlador ‚ é uma operação que deve ser feita com o processo em 
regime permanente, na condição mais provável de operação, depois que todas as condições 
do projeto tenham sido cumpridas como: equipamentos instalados e de todos os 
instrumentos calibrados. 
Toda vez que a malha de controle sofre modificações, como por exemplo, alteração 
da faixa de medição da variável controlada, colocação ou retirada do extrator de raiz 
 38
quadrada, mudança da característica da válvula de linear para igual percentagem, 
colocação ou retirada do posicionador da válvula, mesmo que o processo continue estável 
para aquela determinada condição, as suas margens de ganho e de fase foram alteradas e 
a malha deve ser re-sintonizada. 
 Sintonizar um controlador significa nada mais que, ajustar os parâmetros 
(Proporcional, Integral e Derivativo) para que se alcance um bom controle. 
Bom controle é um crítico desempenho que depende da aplicação. 
Você sabia o que é um bom controle? 
 Um bom controle é um controle rápido, sem erro, sem overshoot e sem oscilação, onde 
pode ser visto pelo gráfico abaixo. 
 
 
1) td – tempo de atraso. 
2) tp – tempo de pico. 
3) Mp – Over Shoot (Sobre Sinal). 
4) ts – tempo de acomodação. 
 39
 
Bom controle é muito critico quando se depende do desempenho de uma da 
aplicação. 
Como por exemplo, na figura abaixo de um braço robótico movendo um recipiente 
com nitroglicerina ou um manipulador robótico responsável em abrir arco voltaico ou 
utilizado durante o processo de construção da estrutura de um navio, onde o objetivo é dar 
pontos de solda em carcaças de automóveis em uma linha de produção na indústria 
automobilística, o controlador deverá ser sintonizado sem overshoot e sem oscilação, ou 
seja, a resposta será lenta e amortecida. 
 
No sistema de controle de uma válvula pneumática de três vias é diferente do 
exemplo citado acima, já que nesse sistema o que visa é um controle rápido com pequena 
oscilação, desde que não prejudique o sistema mecânico da válvula de controle automático. 
2.5.1 Controle Manual 
Qualquer que seja o processo industrial, a ação do controle ocorre sobre uma ou 
mais grandezas físicas (variáveis), com o objetivo de manipular a relação de entrada / 
saída de material ou de energia, de maneira que as variáveis do processo sejam mantidas 
 40
dentro de valores estabelecidos. Como sabemos, qualquer grandeza física pode ter seu 
valor intencionalmente alterado, salvo aquelas em que há limitações práticas, como alguns 
dos fenômenos naturais. 
 O controle manual (figuras 2.1 e 2.2) exige a presença de um operador no local, 
,sendo que, o controle é realizado manualmente através de instrumentos com indicação 
no local, podendo ser analógico que com conhecimentos de procedimentos 
operacionais de algum processo, pode opera algum equipamento de controle como 
por exemplo: válvula de controle direcional de 5 vias e duas posições, onde será estuda 
no capítulo 5, controle manual de liga e desliga da bomba que alimenta o tanque de 
sedimentação, válvula que realiza a cambagem do óleo combustível do Motor de 
Combustão Principal (transferência) para o tanque de armazenamento, chave elétrica, 
etc., o qual por sua vez produz alterações na variável física que esta sendo controlada. 
 
Fig. 2.1 – Sistema de controle manual de uma caldeira. 
 
 Exemplo: 
 
Partindo da idéia de controlar o nível de água de um tanque (figura 2.2), em função da 
demanda (consumo), ocorreria a seguinte situação: 
 Se a demanda fosse pequena, todas as vezes que o nível atingisse um ponto mínimo, 
teríamos que abrir a válvula de entrada e regular a vazão de entrada até que o tanque 
atingisse o nível máximo e então fechá-la; 
 Porém, se a demanda fosse grande, teríamos que manter a válvula de entrada aberta, 
regulando para não deixar o tanque transbordar. 
 41
 CONCLUSÃO – Nesta condição seria necessário uma pessoa com total atenção ao 
controle do tanque e dependeríamos de sua experiência e habilidade para não ocorrer 
um problema (avaria). Assim, teríamos um controle de produção empírico ou manual. 
 
 
Fig. 2.2 – Controle manual do nível de um tanque de água (cisterna). 
No caso do trocador de calor, o termo processo signif ica a operação 
de adição de energia calorí f ica ao f luido fr io (f luido a ser aquecido), ocorrerá 
uma transferência de energia térmica entre o vapor e o f luido a ser aquecido. 
 
No exemplo i lustrado abaixo, bem como nos outros casos de 
controle de processos, a função fundamental do sistema de controle é 
manipular a relação entra/saída de energia ou material , de maneira que as 
variáveis do processo sejam mantidas dentro dos l imites estabelecidos. 
Nesse processo o operador terá como função medir a temperatura do fluido 
aquecido (variável controlada) e manipular a vazão de entrada do vapor adicionado ao 
trocador (variável manipulada), de forma a manter a temperatura da variável controlada no 
 42
valor desejado (ponto de ajuste ou set point). Ou seja, o operador irá medir a temperatura do 
fluído aquecido através do tato; que será comparado mentalmente com a temperatura 
desejada (ponto de ajuste ou set point), que está armazenado em seu cérebro, com base na 
diferença entre esses dois valores (erro), fará a computação (definirá como e quanto irá 
atuar) e, em seguida, atuará na válvula de admissão de vapor fazendo a correção. 
 
2.5.2 Controle Automático (Desenvolvimento da Automatização). 
Quando uma parte, ou a totalidade das operações executadas pelo trabalhador, é 
realizada por um equipamento que funciona com um determinado tipo de energia 
(mecânica, pneumática, hidráulica ou elétrica), temos um controle automático. 
Até poucas décadas atrás, o comando e o controle de funcionamento de todas as 
máquinas e/ou de todos os equipamentos eram feitos por operadores humanos. Nessa 
forma, há uma associação da força e sincronismo da máquina com o pensamento do 
homem. A máquina ou o equipamento, não dispondo de quaisquer meios de informação, 
tem um comportamento que se repete uniformemente, indiferente às alterações do meio. A 
isso denominamos mecanização ou automatização. 
Você sabia? 
 Na automatização, é o operador que, dispondo de informações sensoriais dos dados 
dos instrumentos de medida e de informações de várias ordens, introduz correções na 
atuação do sistema (máquinas ou equipamentos) de modo que sejam atingidas as 
condições desejadas 
 Exemplo: 
 torneiro comanda os movimentos do seu torno mecânico clássico de acordo com a 
forma desejada da peça que está fabricando, e em função das medidas que faz de vez 
em quando. Se deixar por conta do torno mecânico, este só poderá ir até a sua 
autodestruição. Neste caso, o operário é, de certo modo, senhor da máquina. Pode 
comandá-la e parar quando desejar. 
 43
Naautomatização, todos os movimentos das máquinas são rigorosamente 
sincronizados e cronometricamente repetidos, exigindo dos operários movimentos 
repetitivos e monótonos que servem a máquina dentro de rigorosos limites de tempo. O 
operador fica reduzido à condição de escravo da máquina, sem qualquer possibilidade de 
alterar o seu comportamento. É um trabalho penoso e subumano, responsável por inúmeros 
casos de acidentes de trabalhos, com graves conseqüências para o trabalhador. 
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE! 
 Segundo Horta Santos (1987), o conceito de automatização está indissoluvelmente 
ligado à sugestão de movimento automático, repetitivo, mecânico e é, portanto, 
sinônimo de mecanização. E mecanismo implica ação cega, sem correção. 
 Exemplo: 
 Se utilizarmos um controle automático simples ou mecanizado, empregando uma vál-
vula comandada por uma bóia que pode ser visto pela figura 2.03, todas as vezes que o 
nível de água baixar devido à demanda (consumo) ou por alguma perturbação ocorrida 
no processo como um vazamento por alguma conexão, a bóia de nível, vai atuar 
mecanicamente na válvula de entrada do tanque, manipulando o valor da vazão de 
entrada da água (Variável Manipulada) através da abertura da mesma que, com isso, o 
nível do tanque (Variável Controlada) será estabilizado no valor de referência (Set 
Point). Quando o distúrbio for sanado e o consumo normalizar, o processo voltará as 
suas condições normais de operação. 
 
Fig. 2.3 - Controle automático (mecânico) do nível de água de uma cisterna por bóia. 
 
A figura 2.4 mostra um controle automático, onde foi mostrado anteriormente por um 
operador manualmente. A medição é feita pelo Transmissor de Temperatura (TT) que é 
enviada ao controlador, onde vai comparar o valor medido pelo transmissor (TT) com o 
ponto de ajusto dado pelo operador (set point) para obtenção do valor do erro (Erro = Set 
Point – Variável Controlada) e a computação (que irá considerar os ajustes e tipos de 
ações de controle utilizadas) são executadas pelo controlador de temperatura (TRC), 
 44
enquanto a correção será efetivada pela válvula de controle (TV) com base no sinal 
recebido do TRC. 
 
 
Figura 2.4 Controle Automático de Temperatura. 
 
 Virtualmente, todos os sistemas de controle automático possuem os mesmo 
elementos e funções básicas que são: medição, comparação, computação correção 
(atuação). 
2.5.3 Controle Auto-operado. 
O controle auto-operado é um controle em que a energia necessária para 
movimentar a parte operacional pode ser obtida diretamente, através da região de detecção, 
do sistema controlador. 
 Deste modo, este controle auto-operado obtém toda a energia necessária para o seu 
funcionamento do próprio meio controlado. 
 
. 
 
 45
 
Esses sistemas são larga-
mente empregados no controle de 
pressão de compressores e nível de 
água de caldeira. Apresentam como 
principais vantagens a sua 
simplicidade de projeto, construção 
e operação. Como desvantagem, 
temos os seguintes problemas de 
estabilidade: opera, utilizando 
somente parte da capacidade total 
da válvula, e não obtém linearidade 
de controle. 
 
Fig. 2.34 – Sistema de controle auto-operado. 
 Exemplo: 
 A figura 2.34 ilustra um sistema de controle da pressão de vapor no lado de descarga 
(jusante) da válvula. Verificamos que, por meio de um tubo de pequeno diâmetro, que 
conecta a tubulação do lado de saída da válvula ao atuador da mesma, a pressão do 
fluido atua diretamente no diafragma do atuador da válvula. O ponto de ajuste (set point) 
é mudado, atuando-se no parafuso externo de ajuste de pressão. Assim, enquanto a 
pressão do fluido empurra o diafragma da válvula para cima, a mola empurra-o no 
sentido contrário; conseqüentemente o posicionamento do obturador (plugue) será 
função da resultante dessas pressões que atuam no diafragma e das pressões que 
atuam no próprio obturador. 
 Observamos que não há uma linearidade de controle, pois, à medida que a compressão 
da mola aumenta, sobe o valor da pressão necessária para posicionar o obturador da 
válvula. 
2 .5 .4 Cont ro le D is t r ibu ído com Energ ia Pneumát ica 
A energia pneumática foi à primeira forma de processamento de sinal a ser 
empregada na automatização de processo industrial e junto com ela surgiu à estratégia e/ou 
a filosofia de Controle Distribuído. 
Você sabia? 
 Nos primórdios do Controle Distribuído, os instrumentos de controle (reguladores 
mecânicos, controladores pneumáticos, medidores, etc.) eram instalados próximo aos 
equipamentos do processo a serem controlados. A ação do controle era executada pelo 
operador, e a comunicação entre operadores e o gerenciamento da operação da planta 
eram feitos por troca de informações verbais.
 46
Os primeiros controladores pneumáticos de conexão direta ao processo só foram 
empregados por volta de 1930, porém foi mantida a filosofia de controle distribuído, ou 
seja, o controlador e a interface homem-máquina (IHM) permaneceram junto do 
processo (no campo). 
 
2 .5 .5 Cont ro le Cen t ra l i zado Pneumát ico 
O aumento do tamanho das plantas industriais e da complexidade do processo exigiu 
pesquisas que resultaram num grande desenvolvimento das técnicas de controle 
automático. Destas pesquisas destacaram-se algumas citadas a seguir : 
a ) a teoria da reação desenvolvida por H. Niquist, da Bell Company, em 1932. Essa 
teoria definiu o primeiro método de análise de sistema à realimentação e 
estabeleceu um critério para o estudo de estabilidade em tais sistemas. O conceito 
de estabilidade é extremamente importante na operação de sistemas de controle; 
 Um sistema estável é aquele que permanecerá em repouso, a menos que sofra uma 
distúrbio (perturbação) de fonte externa, e que retornará ao estado de repouso quando 
todas as excitações desaparecerem. 
b ) a definição do conceito de realimentação (feedback) – 
 Neste tipo, o equipamento (controlador) age sobre o elemento de controle (válvula de 
controle), baseando-se em informações da variável física controlada, detectadas na 
saída do processo, por instrumentos de medidas (sensor); 
c ) a fabricação do primeiro controlador com ação proporcional mais integral (PI). 
d ) a padronização da faixa de alimentação (20 a 22 PSI) e de transmissão de sinal 
pneumático (3 a 15 PSI), durante a década de 40; 
e ) o emprego dos instrumentos do tipo transmissor pneumático (bico-palheta), relés 
pneumáticos, foles, amplificadores e controladores a corda; 
f ) o aperfeiçoamento de funções tais como: extração de raiz quadrada, 
multiplicação, etc.; e 
g ) com estes as salas de controle. 
As figuras a seguir ilustram alguns desses componentes. 
 47
 
 
Fig. 2.4 – Exemplo de transmissor pneumático – SIEMENS. 
 Nos transmissores de pressão, as variáveis de processos são convertidas em sinais 
pneumáticos padronizados de (3 a 15 PSI.) e transmitidos para as salas de controle, 
onde são manipulados, e o resultado amplificado e enviado até os atuadores dos 
elementos finais de controle dos processos. 
 
A – Estrator de raiz quadrada 
 48
 
B – IHM 
 
C - Somador 
Fig. 2.5 –Elementos da automatização pneumática. 
Com o estabelecimento, por Normas Técnicas, de padrões para a automatização 
pneumática houve uma grande aceitação e possibilitou a expansão dos sistemas de 
controle centralizados, os quais são encontrados até os dias atuais controlando plantas 
industriais, principalmente as que exigem seguranças intrínsecas, como é o caso das 
caldeiras em refinarias e navios. 
 Exemplo 1: 
 Se empregarmos um controlador pneumático de nível (figura 2.6), controlando a vazão 
a montante (entrada) correspondente a demanda à jusante (saída). Quando aparecer 
uma alteração de nível, o controlador aumentará ou diminuiráo valor do sinal para o 
atuador da válvula, fazendo com que ela abra ou feche para compensar a variação do 
nível. 
 
Fig. 2.6 - Automatização do controle do nível de uma cisterna por controlador pneumático com 
estratégia de realimentação 
 49
 Exemplo 2: 
 sistema de controle de vazão, ilustrado na figura 2.7, funciona da seguinte forma: 
 
Fig. 2.7 - Controle automático por realimentação da vazão de água - 
com controlador pneumático CP4150 do fabricante 
FISHER. 
 Possui uma alimentação de ar 
de controle de 30 PSI, que 
passa pelo controlador e 
distribui-se para válvula de 
controle e para o conjunto bico 
palheta conforme determina a 
atuação de controle. A vazão 
do fluido que circula pela 
tubulação é regulado pela 
válvula de controle, conforme o 
sinal do n (L). O valor desejado 
(set-point) é estabelecido por 
meio de ajuste das pressões 
que agem nos foles (E) e (B), 
que por sua vez mantém a 
palheta (C) numa determinada 
posição em relação ao bico 
(D). 
 Qualquer variação da vazão produz uma mudança no valor da pressão que é detectada 
pelo sensor de pressão (T) do tipo Bourdon formato C. Essa variação atua na palheta 
(C), aproximando-a ou afastando-a do bico (D), proporcionalmente. A resultante desse 
equilíbrio de força é a pressão que atua na válvula de controle. Como o controle é do 
tipo de ação proporcional, acumula-se um erro de regime que necessita de tempo em 
tempo ser eliminado pela atuação do botão de “reset manual”. 
Os instrumentos de um sistema de automatização pneumática são de grande 
durabilidade; porém realizam apenas uma função, tem um tempo de resposta lento, não são 
precisos, ocupam grandes espaços, dificilmente podem ser substituído por um de outro 
fabricante e tem um custo alto tanto para aquisição como de manutenção. Por essas 
desvantagens se comparadas com as novas tecnologias, fazem com que a automatização 
pneumática, para novos projetos, sejam preteridas. 
2.6 TIPOS DE MALHA DE CONTROLE 
Os objetivos desse conteúdo são os seguintes: 
1. Conceituar malha de controle. 
2. Mostrar as diferenças básicas entre malha aberta e malha fechada. 
3. Apresentar as características da malha fechada com realimentação negativa. 
 50
Por mais complexo que seja o processo, seu controle automático é realizado pela 
malha de controle. O sistema de controle com muitas variáveis independentes pode ser 
dividido sucessivamente até se chegar ao módulo unitário mais simples, que é a malha de 
controle de uma única variável. 
Definição de Malha. 
 É uma série de instrumentos que, se comunicam e estão interligados entre si, na 
qual produz um resultado útil e desejado, com pequena ou nenhuma supervisão, ou 
seja, sem a intervenção humana. 
 
 A principal característica de uma planta de processo bem projetada, sob o ponto de 
vista de controle, é a grande produção com poucos operadores de processo. 
Ha muitos modos diferentes de se instrumentar um processo, sob o ponto de vista de 
equipamentos. Pode-se usar a instrumentação pneumática ou a eletrônica, pode-se usar a 
técnica analógica ou a digital, pode-se escolher entre a arquitetura modular ou a integral, 
pode-se ter o controlador montado no campo ou na sala de controle remota. Porém, a 
despeito de todas as alternativas, a teoria básica permanece sempre a mesma. O processo 
vê caixas pretas, que desempenham funções especificas, qualquer que seja a natureza dos 
circuitos interiores e o local de montagem. 
2.6.1 Sistema em Malha Aberta (open-loop) 
Algumas pessoas denominam essa forma de controle como um sistema de 
comando, visto que haverá um sinal que comandará uma ação, não havendo nenhum 
controle por parte dos equipamentos e sim pela observação do operador. 
Definição de Malha aberta. 
 No sistema de malha aberta, o sinal de saída não exerce ação de controle no 
sistema. Isto quer dizer que o sinal de saída não é medido, nem utilizado como 
realimentação para ser comparado com a entrada como pode ser visto pelo 
diagrama em bloco realizado abaixo. 
 
 
 51
 Exemplo1: 
 Pretende-se manter o navio num rumo constante, no sentido oeste → este (figura 2.27). 
O timoneiro comanda o leme ate que o navio alcance a posição desejada (set point), 
então basta fixar o leme que o rumo se mantém. Ora, todos sabem que, devido aos 
ventos e correntes, (perturbações), isso não vai acontecer. Portanto, haverá um grande 
erro, que será corrigido mediante mudança na posição do leme para o valor desejado. 
Neste tipo de controle, o homem desempenha as funções de sensor, comparador e 
controlador. A malha de controle só é fechada mediante a intervenção do operador. 
 
 
Fig. 2.27 – Diagrama de blocos do controle do rumo do navio em malha aberta. 
 
Você sabia? 
 
 Um processo que é controlado por meio de um sistema de comando (malha aberta) não 
deve trabalhar sozinho porque apresenta erro muito grande. 
 
 Exemplo2: 
Pretende-se controlar a temperatura de óleo combustível que passa por um trocador 
de calor (figura 2.28). Verifica-se a temperatura com que o óleo entra no aquecedor e 
determina-se a temperatura que se deseja na saída (set-point). Então, abre-se a válvula de 
controle de vapor, procurando manter uma vazão que leve a alcançar o valor desejado da 
variável controlada (temperatura do óleo). Após um certo tempo, ao verificar o medidor de 
temperatura de saída do óleo, nota-se que ela apresenta um erro. É necessário modificar a 
vazão do vapor, atuando na posição da válvula. 
 52
 
Fig. 2.28 - Controle da temperatura de óleo combustível em um aquecedor em malha aberta – Controle 
Antecipativo 
2 .6 .2 Conce i to de Antec ipação ( f eed forw ard ) 
Esse conceito estabelece que se deva fazer uma avaliação prévia da demanda de 
um produto, para que com o resultado da avaliação possamos agir nos ajustes do processo. 
Ou seja, caracteriza-se por oferecer uma correção no processo, antecipadamente, a fim de 
evitar um futuro desvio. 
 No controle Feedforward, o distúrbio é medido e, baseado num valor de set point 
para a variável controlada, é calculado o valor necessário para a variável 
manipulada de maneira a evitar que a variável controlada seja alterada. 
É o conhecimento especial sobre o processo que limita a aplicação prática do 
controle por antecipação. Precisam ser bem conhecidos tanto os ganhos em regime 
estacionário quanto as constantes de tempo e os tempos mortos que apresentam o 
processo. 
 
Fig. 2.8 – Exemplo de controle automático por antecipação – 
Aquecimento de um ambiente. 
 
 
 53
2.6.3 ontrole em Malha Fechada (close-loop) C
 Neste sistema, por meio de sensores, mede-se o valor da variável controlada, o qual 
é transmitido ao controlador, que compara o valor medido com o valor desejado (set-
point). Se houver erro de desvio, é enviado um sinal de correção ao elemento final de 
controle, que, atuando na variável manipulada, busca corrigir esse erro. 
 
Fig. 2.29 – Esquema de controle elétrico do leme em malha fechada 
 Exemplo
plo, podemos citar o controle do rumo de um navio pelo piloto automático. 
tabilizar o navio no rumo desejado, é necessário de tempos em tempos 
 e controle do leme da figura 2.29, quando os cursores dos dois 
 se encontram na posição central, a tensão entre as duas tomadas 
 
 Como exem
Depois de es
corrigir o desvio (distúrbios), provocado pelo vento, correntes, ondas, etc. A correção é 
feita comparando o rumo real, com o rumo desejado. Essa hipótese é representada pela 
figura 2.29, com o diagrama de blocos correspondente mostrado da figura 2.30. 
 Funcionamento: 
No sistema d
potenciômetros
médias é nula: não há nenhum sinal de saída. Quando o timão é girado, o cursor 
S1 desloca-se da sua posição central, dando origem ao aparecimento de uma 
diferença de potencialentre S1 e S2. A amplitude desta diferença depende do 
afastamento de S1 em relação a S2. A fase da diferença de potencial depende, por 
sua vez, do sentido do deslocamento de S1. Quando S1 se desloca para a 
esquerda de S2, aproxima-se do terminal A da fonte de alimentação (CA) que 
serve de referência. Em conseqüência, a diferença de potencial entre S1 e S2 está 
em fase com a tensão entre o ponto A e B. Quando ocorre ao contrário, o 
deslocamento de S1 é para a direita de S2 e o cursor S1 aproxima-se do terminal B 
 54
 
Fig. 2.30 – Diagrama de blocos do controle do rumo do navio em malha fechada. 
 
Dependendo da forma como atua o controlador, um sistema de controle em malha 
fechad
 
a) controle automático descontínuo (on/off ou step controllers); e 
b) controle automático contínuo (continuous controllers). 
Observação ambos serão estudados mais adiante. 
 
 
 
 
 
 
a poderá ser classificado como: 
 55
Exemplo 1: A figura a seguir ilustra a representação da malha de controle do sistema 
de resfriamento do motor principal (MCP) de um navio construído nos anos 70. 
Fig. 2.22 – Representação da malha de controle do sistema de resfriamento do MCP de um navio 
construído nos anos 70. 
Exemplo 2: Automatização pneumática da combustão de uma caldeira com Malha de 
controle do tipo limite cruzado com dois combustível moduláveis. 
 
Fig. 2.23 – Diagrama P&I da malha de controle da combustão de uma caldeira - Tipo limite cruzado 
com dois combustíveis moduláveis 
 56
2.7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO PROCESSO 
Na implantação e operação de um sistema de controle automático deve-se levar em 
consideração que cada processo apresenta, pelo menos, dois efeitos que devem ser 
analisados cuidadosamente: 
a) mudança na carga do processo, e 
b) inércia do processo. 
2.7.1 Mudança na Carga do Processo 
 Carga de um processo - É a quantidade total de agente de controle exigida em um 
dado instante, para manter as condições de equilíbrio do processo. 
Para compreendermos essa característica, observemos o seguinte exemplo: 
 
Fig. 2.24 – Controle eletrônico CLP da temperatura da água de um reservatório aquecido por vapor. 
 Exemplo: 
 Um produto (água fria) passando por um trocador de calor (figura 2.24) é continuamente 
aquecido com vapor (agente de controle) e requer uma certa quantidade de vapor, para 
manter a sua temperatura ao nível desejado, enquanto o produto estiver escoando a 
uma determinada velocidade. Um aumento no escoamento do produto (aumento de 
demanda) exige mais vapor. Já um aumento na temperatura do produto na entrada do 
trocador de calor requer menos vapor. Estas situações representam mudanças de 
carga. 
 Qualquer modificação na carga do processo exige uma correspondente modificação 
na ajustagem do elemento de controle final, a fim de manter o equilíbrio (a variável 
controlada permanecer no ponto prefixado, set-point). 
 57
As modificações na carga do processo ocorrem devido os distúrbios do processo e 
estes podem ser de três tipos: distúrbios de alimentação, distúrbios de demanda e distúrbios 
de ponto de ajuste (set point). 
a) Distúrbios de alimentação - É uma mudança de energia ou de produto que 
ocorre na entrada do processo. No nosso exemplo a mudança pode ocorrer: na 
vazão e/ou na temperatura da água e na temperatura, na pressão e/ou na vazão 
de vapor. 
b) Distúrbios de demanda – É uma mudança de energia ou de produto que ocorre 
na saída do processo. No nosso exemplo é uma mudança na vazão da água 
aquecida (maior ou menor consumo). 
c) Distúrbios de ponto de ajuste – É uma alteração no valor/ponto estabelecido 
para que o processo fique estabilizado. No nosso exemplo, poderíamos desejar 
que água estabilizasse em 75º C. e por uma razão qualquer sofreu uma 
mudança para 65º C.. São alterações difíceis para o sistema de controle pois, 
têm que atravessar o processo inteiro para serem medidas e controladas. 
 A grandeza e a velocidade na mudança da carga do processo são fatores 
importantes para a instrumentação e os sistemas de controle. 
2.7.2 Inércia do Processo 
Em processos que envolvem modificações rápidas, a resposta dinâmica da variável 
controlada é uma característica importante. 
 Inércia do processo - é o tempo que a variável controlada requer para alcançar um 
novo valor, ao ocorrer uma modificação na carga. 
Os processos têm a característica de atrasar as mudanças nos valores das variáveis 
do processo. Essas ações são denominadas de atrasos de tempo do processo e são 
causados por três propriedades: resistência, capacitância e tempo morto. 
a) Resistência – São as partes do processo que resistem a transferência de energia ou de 
material. 
 Exemplos: 
 A inclusão de um poço aumenta em muito o atraso de tempo do elemento primário 
(sensor). Sempre que possível, recomenda-se evitar a utilização de qualquer dispositivo 
que diminua a velocidade de resposta do elemento primário. 
 No medidor de temperatura tipo Bourdon, a resistência ao fluxo de fluído no tubo capilar 
provoca um atraso de tempo. Por essa razão se deve evitar grandes comprimentos de 
tubo capilar. 
 58
 Nos sistemas de comando/controle hidráulico ou pneumático também temos um atraso 
de tempo, provocado pela resistência ao fluxo de fluído na tubulação entre o elemento 
primário e o transmissor. Por essa razão, entre esses elementos a tubulação deve ser a 
mais curta possível. 
 Nas válvulas de controle a inércia física e os atritos da haste, obturador e sede 
provocam atraso de tempo. Para diminuir esse problema é necessário manter o 
elemento final de controle em ótimas condições por meio de uma manutenção 
cuidadosa e utilizar posicionador. 
b) Capacitância - Apesar da capacidade ser um termo familiar para medir a habilidade de 
um processo reter energia (unidade de quantidade), um fator mais importante é dado 
por sua capacitância. 
 Capacitância é a medida de habilidade de um processo reter uma quantidade de 
energia ou material, por unidade de quantidade de alguma variável de referência. 
Em função de sua capacitância, os processos podem ser monocapacitivos ou 
multicapacitivos. Para distingui-los, analisam-se as curvas de reação do processo. 
 Normalmente, um processo monocapacitivo tem um gráfico cuja curva de reação é 
uma reta inclinada em um determinado ângulo e o multicapacitivo possui um gráfico 
cuja curva de reação é um “S”. 
Para uma melhor compreensão de capacitância vejamos o exemplo seguinte: 
 
Fig. 2.25 - Comparação entre capacitância e capacidade. 
 
 
 59
 Exemplos: 
 A figura 2.25 mostra dois tanques de formatos diferentes, mas com a mesma 
capacidade volumétrica (160 m3). Cada tanque possui uma capacitância diferente, 
baseada na altura do líquido. O tanque com oito metros (8 m) de altura possui uma 
capacitância volumétrica de líquido de 20 m3 por metro de altura (160/8); ao passo que 
o tanque com quatro metros (4 m) de altura apresenta uma capacitância de 40 m3 por 
metro de altura (160/4). Deve-se, portanto, identificar sempre a capacitância com o tipo 
de energia ou com o tipo dos materiais envolvidos. 
 A capacitância térmica de um líquido é definida em termos de energia calorífica 
(Joule, calorias) exigida para elevar a temperatura do líquido por graus centígrados. 
 A capacitância volumétrica do tubo capilar provoca uma atraso de tempo considerável, 
que unido à resistência ao fluxo do fluido forma o par RC. Assim, sempre que possível 
se deve evitar a aplicação de tubos capilares de grande comprimento. O mesmo 
acontece com os meios de transmissão hidráulicos ou pneumáticos. 
 Lembre-se: capacitância é uma característica dinâmica do processo e capacidade é 
uma característica volumétrica do processo. 
c) Tempo morto – também chamado tempo de transporte– é o atraso verificado entre a 
ocorrência de uma alteração no processo e a sua percepção pelo elemento de medição. 
O tempo morto ocorre no transporte de massa ou energia através de um dado percurso. 
O comprimento do percurso e a velocidade de propagação da massa ou da energia 
definem o tempo morto. 
2.8 TIPOS DE COMANDOS 
2.8.1 Comando Por Servomecanismo 
 Os servomecanismos são projetados para fazer com que a saída do sistema 
acompanhe fielmente as mudanças do ponto de ajuste (valor do referência, set point, 
etc) . 
Fig. 2.31 – Esquema do controle do leme do navio por servomecanismo elétrico (motores síncrono). 
 60
Qualquer servomecanismo deve ser capaz de receber uma ordem e executá-lo 
fielmente. Na saída do sistema, a variável controlada é normalmente uma posição mecânica 
ou, então, suas derivadas no tempo, tais como velocidade e aceleração. 
Exemplos típicos são o controle do leme do navio e a transmissão de sinal entre o 
telegrafo da ponte de comando e da máquina, que são comandados por motores síncrono, 
pois as variações do rumo impostas pelo timão são amplificadas de tal maneira a permitir o 
posicionamento correto do leme com um mínimo de esforço do piloto. A figura 2.31 ilustra o 
comando do posicionamento do leme a partir da ponte de comando por motores síncronos. 
2.8.2 Comando Automático Industrial 
Consiste num conjunto de elementos interligados em malha aberta que já foi 
estudado anteriormente, isto é, as informações processadas nesses elementos apresentam-
se num único sentido, da entrada para a saída. Classificam-se: 
a) quanto ao modo de atuação do comando: 
a1 - comando simples; e 
a2 - comando com neutralização. 
b) quanto à variável de entrada: 
b1 - entrada fixa; 
 b2 - entrada variável. 
2 .8 .2 .1 Comando S imp les 
Neste sistema, o comando simples atua diretamente sobre o elemento final de 
comando. As perturbações não podem ser eliminadas, por isso seu valor é acrescido ou 
suprimido da variável comandada. A figura 2.32 ilustra esse tipo de controle em um 
diagrama de blocos. 
 
Fig. 2. 32 – Diagrama de blocos com os elementos do sistema de comando simples. 
 
2 .8 .2 .2 Comando com Neut ra l i zação 
O sistema de comando com neutralização permite que apenas uma determinada 
perturbação seja neutralizada a fim de que esta não atue sobre a saída. Não será eliminada 
qualquer outra perturbação não prevista. 
 61
O neutralizador deve realizar função inversa do elemento final de comando, 
invertendo também o sinal de perturbação à sua entrada. A figura 2.33 ilustra esse tipo de 
controle. 
 
Fig. 2. 33 - Diagrama de blocos com os elementos do sistema de comando com neutralizador. 
 
2 .8 .2 .3 Comando de En t rada F ixa 
 Um sistema de comando com entrada fixa é aquele em que a variável de entrada 
permanece inalterada ao longo do tempo. Como exemplo, temos, um sistema de comando 
para partida simples de motores elétricos. 
2 .8 .2 .4 Comando de En t rada Var iáve l 
Um sistema de comando com entrada variável é aquele em que a variável de entrada 
pode assumir valores diferentes em função do tempo ou de uma seqüência de operação. 
Estes, por sua vez, podem ser de dois tipos: comando temporizado e comando seqüenciado 
2 .8 .2 .5 Comando Tempor i zado 
 São aqueles em que a variação de entrada de comando ocorre em função somente do 
tempo. 
 Estes sistemas apresentam o inconveniente de possibilitar que o tempo de uma 
operação não tenha sido suficiente (devido a perturbações, por exemplo) e o temporizador 
inicie nova operação com a anterior ainda não completada. Como exemplos deste sistema, 
temos: luzes cadenciadas, operações de carga e descarga de produtos, etc. 
2 .8 .2 .6 Comando Seqüenc iado 
 São aqueles em que a entrada de comando varia em seqüência e em função do 
encadeamento de operações sucessivas. 
São mais confiáveis do que os temporizados, pois uma operação nova só é iniciada 
após a anterior ter sido executada. São exemplos deste sistema máquinas operatrizes, 
linhas de montagem, etc. 
 62
2.9 ESTRATÉGIAS DO CONTROLE AUTOMÁTICO 
A nossa indústria e os navios com plantas automatizadas na base de sistemas 
rígidos, com conexão ponto-a-ponto, encontravam, e ainda encontram, grandes 
dificuldades para atualizar os equipamentos destes sistemas de controle. Pois os fabricantes 
desenvolveram esses sistemas baseados em modelos de comunicação proprietário, em 
que buscavam reserva de mercado para seus produtos, de tal forma que muitos deles não 
se comunicam nem com os equipamentos produzidos pelo próprio fabricante. Não houve, 
portanto, uma preocupação com a informação, a mobilidade e a estrutura dessa informação, 
fatores esses que são tão importantes quanto à construção do prédio ou do navio, os 
equipamentos e os empregados, para que a empresa se torne competitiva. 
As estratégias de controle podem ser: 
a) por realimentação (feedback), também chamado regulatório; 
b) por antecipação (feedforward), também chamado antecipatório; 
c) caracterizado; 
d) modelagem matemática; e 
e) otimização ou otimizado. 
Em uma Indústria ou em uma companhia de navegação atual, as pessoas envolvidas 
com o controle da planta/navio possuem objetivos distintos, mas estão perfeitamente 
sincronizados com o objetivo maior. Uma falha em qualquer uma das áreas compromete as 
metas estabelecidas. Seja qual for a estratégia de controle adotada, deve-se levar em 
consideração que as decisões devem ser rápidas para que os resultados financeiros sejam 
compensadores, pois há cada vez mais uma acirrada concorrência entre fabricantes e 
prestadores de serviço. 
Nestas condições, a comunicação torna-se um dos principais elementos do sistema, 
pois a disponibilidade, no momento certo, das informações adequadas da área de produção 
(chão-de-fábrica, praça de máquinas) permite desde o gerente (chefe de máquinas) até o 
operador (oficial de quarto) tomar as decisões apropriadas. Portanto, é preciso uma grande 
atenção com ela, pois quanto menor for o tempo de produção, maior será a possibilidade de 
levar vantagens sobre o concorrente. 
 Assim, a produção industrial de nossos dias, aponta para a necessidade de um 
gerenciamento centralizado que interligue todos os subsistemas e assuma de modo 
integral o controle. 
A necessidade da centralização da informação obriga que os processos e suas 
instalações sejam totalmente automatizados e monitorados, assim como haja uma troca de 
informações entre as unidades funcionais, de maneira compreensiva. Para tanto, é 
necessário que o controle da planta seja distribuído e hierarquizado; seja instalado próximo 
do processo e que se comunique com o centro de supervisão e todos os setores envolvidos 
com a produção. Nos navios deve se comunicar com o passadiço. 
 63
Na sala de operação (CCM ou passadiço), o controle, a monitorização e a supervisão 
são feitos por meio de terminais computadorizados, conforme é ilustrado na figura 2.26. 
Atualmente, são empregados vídeos coloridos, com tamanho razoável, que mostram 
imagens dinâmicas do processo. O monitoramento constante permite não só visualizar as 
grandezas em operação normal e alterá-las, mas também detectar prematuramente falhas. 
 
Fig. 2.26 - Console do centro de controle da máquina (CCM) de um navio. 
Desta forma, nos dias atuais predomina sistemas flexíveis, nos quais com pequenos 
ajustes é possível substituir alguns dos equipamentos da malha de controle pelo de outro 
fabricante. 
Você sabia? 
 A flexibilização nos sistemas de comunicação é um dos principais requisitos para que 
haja uma ótima interação na automação de processos. 
Dependendo da forma como atua o controlador, um sistema de controle em malha 
fechada poderá ser classificado como: 
c) controle automático descontínuo (on/off ou step controllers);e 
d) controle automático contínuo (continuous controllers). 
Ambos serão estudados abaixo. 
2.9.1 Sistema de controle automático descontínuo 
No controle automático, não é necessária a presença do operador para que haja 
controle de uma determinada variável. A malha de controle é fechada mediante o sinal 
enviado pelo sensor para o comparador do controlador, ou seja, através de uma 
mensagem de realimentação (feedback). 
De todos os modos de controle, o controle “On-Off” é o mais simples e também o 
mais barato, por isso, é largamente utilizado. 
 64
Você sabia? 
 Considera-se sistema de controle descontínuo aquele sistema pneumático, 
hidráulico, mecânico, eletromecânico, elétrico ou eletrônico, cujo sinal de saída do 
controlador apresenta apenas dois níveis: máximo e mínimo (alto e baixo). Também é 
conhecido como controle tudo ou nada, duas posição, liga–desliga, on-off. 
No dia-a-dia e na maioria das literaturas disponíveis emprega-se o termo on-off para 
esse sistema de controle ou simplesmente para controlador. Por essa razão, daqui em 
diante adotaremos a mesma postura. O sinal de saída de um controlador on-off é 
representado pela equação abaixo: 
 
Observa-se, pela equação, que o sinal de saída do controlador é mudado de ligada 
para desligada ou vice-versa, quando o sinal de erro passa pelo zero, ou seja, quando o 
sinal da variável controlada passa pelo set point. Assim, o elemento final de controle, que 
em geral é uma válvula comandada por solenóide, move-se rapidamente da posição 
totalmente aberta para a posição totalmente fechada, ou vice-versa, sem posições 
intermediária de abertura 
O controle on-off é utilizado na indústria em sistema de segurança e para controlar 
malhas de menor importância, sendo que os principais sistemas que é empregado são: 
sistema de armazenamento de ar, sistema de ar-condicionado, sistema de câmaras 
frigoríficas e sistemas de segurança. Os controladores on-off mais utilizados são: 
pressostato, termostato, fluxostato, chave de nível, chaves-limite e detetores de chama. 
 
Fig. 2.35 – Trocador de calor a vapor com controle on-off sem zona morta. 
 
 
 65
Características peculiares permitem classificar o sistema de controle on-off nos 
seguintes tipos: sem zona morta (sem histerese), com zona morta (com histerese) e com 
largura de pulso. A figura 2.35 exemplifica um sistema de controle on-off de duas posição 
sem zona morta (histerese) com o gráfico da ação do controle. 
2.9.1.1 Sistema Descontínuo com Zona Morta (diferencial) 
 Este modelo caracteriza-se por criar uma zona morta ou zona diferencial no controle 
on-off, utilizando-se de duas chaves-miniatura. 
Com a introdução da zona diferencial, a freqüência de oscilação diminui, diminuindo 
o desgaste do elemento final de controle; porém a amplitude de oscilação aumenta, 
piorando a qualidade do controle. 
 
Fig. 2.36 – Trocador de calor com sistema de controle on-off com zona morta. 
Neste tipo de controle, o elemento final de controle apresenta um tempo de 
comutação muito curto, exigindo uma alta velocidade de atuação. Por esta razão são 
empregados em processos que apresentam uma velocidade de reação lenta, uma vez que a 
quantidade de energia, entrando e saindo do processo, é ligeiramente superior e inferior 
respectivamente às necessidades operacionais. Também caracteriza-se pela variável 
controlada oscilar continuamente dentro de uma faixa que tem como valor principal o set 
point. Essas oscilações variam em amplitude e freqüência de acordo com as alterações de 
carga ocorridas no processo. 
 Exemplo 
 Um sistema típico de controle on-off é o controle da pressão de um reservatório de 
ar comprimido. Esse controle é feito por um pressostato que aciona uma válvula 
solenóide. As perturbações aparecem em função da variação da descarga e da 
temperatura. 
 66
 
A figura 2.37 ilustra o processo, o 
quadro a seguir identifica os elementos com 
suas principais características e adiante é 
explicado o funcionamento. 
 
 
Fig. 2.37 - Reservatório de ar com sistema de 
controle on-off da pressão 
 
A - Reservatório metálico, alimentado com ar comprimido cuja pressão é constante e igual a 1,2 
kg/cm². A descarga é contínua. 
B - Pressostato diferencial de 0,1 a 0,4 kg/cm² (faixa real de medição 0 a 4 kg/cm²), utilizado para 
comandar a válvula solenóide. 
C - Válvula solenóide, montada em série na rede de ar comprimido que alimenta o reservatório. 
D - Registrador de pressão (escala 0 a 1 kg/cm², velocidade do gráfico 1 mm/s). Permite registrar as 
variações da pressão (variável controlada) em função do tempo. 
E - Válvula de descarga (acionamento manual), pode ser usada para simular perturbações no 
processo. 
F - manômetro de Bourdon (escala de 0 a 1,6 kg/cm²); 
G - redutor de pressão; e 
H - interruptor bipolar. 
Tabela 2.4 – Elementos principais do sistema de ar comprimido localizados no reservatório de ar. 
Funcionamento do pressostato (Fig. 2.37): 
 A pressão a ser controlada P exerce uma força sobre o elemento elástico (fole S) 
(também pode ser uma membrana/diafragma). Os movimentos do fole S são 
transmitidos para a alavanca L1 cujo apoio está em F1. A alavanca L1 está solidamente 
ligada a uma haste B, que comanda o comutador C. 
 Quando a haste está na posição A’, os contatos 3 e 4 estão fechados; quando está na 
posição A, são os contatos 1 e 2 que estão fechados. As molas de aferição M1 e M2 
estão em oposição com os movimentos do fole, de modo que a mudança dos contatos 
aconteça de acordo com os valores máximo (Pa) e mínimos (Pf) prefixados para a 
pressão. A tensão necessária das molas de calibração é obtida por meio dos 
respectivos parafusos V1 e V2, e os valores escolhidos são legíveis nas respectivas 
escalas S1 e S2, por meio dos ponteiros I1 e I2.. 
 67
 Atuando-se no parafuso V1, escolhe-se o valor da pressão que provocará o fechamento 
dos contatos 3 e 4. Atuando-se no parafuso V2, escolhe-se o valor da pressão que 
provocará a abertura dos contatos 3 e 4 e o fechamento dos contatos 1 e 2, ou seja, o 
valor do diferencial de pressão (p). 
 valor da pressão de fechamento Pf é obtido, somando-se o valor definido com o 
parafuso V1 com o valor definido com o parafuso V2 . O limite R3 evita a ruptura do 
dispositivo de controle no caso da pressão atingir valores superiores aos máximos 
previstos. O limite superior da alavanca L1 é R1 
 
 
Fig. 2.37 - Pressostato em corte. 
 
Fig. 2.38 - Esquema do pressostato. 
Atuação do pressostato quando varia a pressão (Fig. 2.38): 
 Quando a pressão é nula, os contatos 3 e 4 estão fechados. Quando houver um 
aumento de pressão P, o fole S se distende, elevando a extremidade direita da alavanca 
L1, ao mesmo tempo que a extremidade esquerda coloca a mola M1 sob tração. Antes 
que a alavanca L1 tenha descrito um ângulo capaz de provocar a mudança dos 
contatos, encosta na alavanca L2 vencendo também o momento da mola M2. Os 
contatos 3 e 4 abrem-se. 
 Quando a pressão diminui, depois de ter atingido o ponto de fechamento, os contatos 3 
e 4 permanecem abertos até a alavanca L2 atingir o seu encosto limite R2, ou seja, os 
contatos 3 e 4 permanecem abertos durante todo o intervalo compreendido entre 0,8 e 
0,5 Kg/cm², fechando exatamente quando a pressão atinge o valor de 0,5 Kg/cm. 
 68
 
Fig. 2.39 - Elemento final de controle 
(válvula solenóide). 
A válvula solenóide. A figura 2.39 ilustra a descrição. A 
solenóide é alimentada com uma tensão elétrica de C.A. de 
220 V., fornecida pelos contatos 3 e 4 do pressostato que 
estão em série com o circuito de alimentação. Quando a 
solenóide é percorrida pela corrente, suas bobinas criam 
um campo magnético de excitação que atraem o núcleo (3), 
preso ao obturador da válvula, provocandoa abertura da 
mesma e, conseqüentemente, permitindo a passagem de 
ar. No caso contrário, solenóide desalimentada, uma mola, 
não representada no desenho, mantém o obturador de 
encontro à sede, ou seja, a válvula permanece fechada. 
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO CONTROLE ON-OFF 
 
Basicamente todo controlador do tipo ON-OFF apresenta as seguintes 
características: 
a) A correção independe da intensidade do desvio 
b) O ganho é infinito 
c) Provoca oscilações no processo 
d) Deixa sempre erro de off-set 
 
2.9.1.2 Sistema de Controle Descontínuo por Válvula Termostática 
Também é um sistema de controle on-off. O ajuste da faixa de operação, ou melhor, 
dizendo, dos limites máximos e mínimos são ajustados no termostato. A figura 2.40 e 2.41 
ilustra esse tipo de controle para um sistema de aquecimento de ar por meio de água 
quente. 
 69
 
Fig. 2.40 – Válvula termostática de 3 vias em corte. 
 
 
Fig. 2.41 – Controle on-off, por meio de válvula termostática, de um sistema de aquecimento de ar. 
 
 
 
 
 70
2.9.2 Sistema De Controle Automático Contínuo 
 
 São os sistemas de controle automático em malha fechada, que apresentam um 
controlador capaz de manter a variável controlada dentro do valor desejado por meio 
de modulação contínua, ou seja, podendo assumir qualquer valor compreendido entre 
os limites máximo e mínimo. 
Dependendo da forma como a informação de erro é processada, ou seja, da ação de 
controle, podemos dispor de um sistema de controle estático, dinâmico ou combinado, nos 
seguinte modos: 
a) controle proporciona [P] (estático); 
b) controle integral [I] (dinâmico); 
c) controle derivativo [D] (dinâmico) e; 
d) controle combinado [PID] (estático e dinâmico). 
2.9.2.1 Controle Proporcional (P) 
O modo de controle proporcional pode ser considerado como uma evolução do modo 
de controle on-off. O sinal de saída (sinal de ação de controle) de um controlador 
proporcional pode assumir qualquer valor, desde que compreendido entre os limites máximo 
e mínimo, que depende das condições do processo. Esse valor é o resultado de uma 
relação matemática proporcional entre o sinal de saída (sinal de ação de controle ) do 
controlador e o erro verificado (desvio). 
Você sabia? 
 A amplitude de correção é proporcional a amplitude do erro (desvio), e estabiliza a 
variável controlada próximo do ponto de ajuste (valor de referência, set point), dentro 
de uma faixa predeterminada entre 0 % a 100 %. (banda proporcional). 
Em outras palavras, a ação de controle proporcional é o ajuste de 
proporcionalidade entre a mudança da posição do elemento final de controle para 
determinada mudança da variável controlada. Isto se consegue mediante o controle do 
ganho do controlador. 
 O erro é a diferença entre o valor desejado (variável de entrada, set-point) e o valor 
da variável controlada (sinal de realimentação). 
E = SP – Vc 
E = erro 
SP = valor da variável de entrada (set-point, ). 
Vc = valor da variável controlada. 
 71
 Ganho do controlador é a diferença entre o sinal que entra e o sinal que sai do 
controlador. 
O termo ganho é oriundo do crescimento das análises técnicas para controle de 
processos. O ganho proporcional indica o quanto a posição da válvula é alterada para um 
dado erro. Portanto, mostra o quanto a válvula é sensível ao erro. Matematicamente Kp 
pode ser expresso como: 
 S 
Kp = --------- 
 R 
 
Kp = ganho proporcional; 
S = variação de saída da variável controlada; 
R = variação de entrada (referência). 
 
 O primeiro ajuste do controlador é o ganho e varia entre 0,2% a 20%. 
A figura 2.42 mostra a curva de resposta de um controlador proporcional com 
diversos valores de ganho proporcional. Nota-se que, à medida que o ganho proporcional do 
controlador aumenta, o erro diminui e o sistema responde mais rapidamente às variações 
 
Fig. 2.42 – Curvas de respostas de um controlador proporcional em função do ganho. 
Banda proporcional é um parâmetro ajustável que se estabelece dentro da faixa 
real; é a mudança requerida na entrada para produzir uma mudança de amplitude na saída, 
devido à ação do controle proporcional. Ou melhor, dizendo: 
 Banda proporcional é a faixa de variação necessário na variável controlada (variável 
do processo) para que o elemento final de controle (válvula de controle) realizar o seu 
percurso completo. Isto é, varie de 0 a 100% da sua abertura. 
 
 72
 100 % 
 BP % = --------- 
 Kp 
 
Kp = ganho proporcional 
BP = banda proporcional em percentagem 
Faixa real são os valores compreendidos entre os limites máximos e mínimos que a 
variável controlada pode alcançar dentro do processo. 
 Quanto maior for o percentual da banda proporcional, menor é a mudança da posição 
da válvula quando ocorrer mudança na variável controlada; e 
 Quanto maior o percentual da banda proporcional menor é o ganho do controlador e 
vice-versa. 
 
Fig. 2.43 - Gráfico da resposta de um controlador com ação proporcional mostrando o erro de regime (off-set). 
 Posição da válvula (V) é igual ao ganho do controlador multiplicado pelo valor do erro 
mais a posição M da válvula. 
 
 
 
V (t) = Kp . E (t) + M 
 
V = posição da válvula (saída do controlador). 
Kp = ganho proporcional (% / %). 
E = erro. 
M = abertura da válvula quando a variável 
controlada está no set point. Ou saída do 
controlador quando o erro E(t)] for zero. 
Aposição M é indicada na equação anterior é freqüentemente chamada de RESET 
MANUAL. 
Quando um controlador é projetado com as características da ação proporcional, ele 
deve, pelo menos, conter estes dois ajustes, um para Kp e o outro para M. Por esta razão 
o controle torna-se mais complicado pela necessidade de saber qual o ajuste de Kp e M 
que melhor se adapta ao sistema. 
Não levaria muito tempo para que um o operador do processo descobrisse uma série 
de deficiências no controle proporcional. 
 73
 
Características do Controle Proporcional. 
Fig. 2.44 - Gráfico do controle proporcional em função da variável manipulada. 
a) Modo de controle proporcional não contém nenhum elemento dinâmico, sua ação 
depende do valor do erro e independe de sua velocidade ou tempo de duração. 
b) Mudanças de cargas sucessivas provocarão o surgimento do erro de regime (off-set). A 
ação de controle proporcional apresenta um inconveniente que é de não corrigir o erro 
quando ele for constante. É necessário, de tempo em tempo (predeterminado), fazer 
um Reset manual. Para se analisar o surgimento do erro de regime, deve-se conhecer 
primeiro as diferentes fontes de distúrbios dos processos (a figura 2.44 ilustra o erro de 
regime). 
c) Caso o valor do erro ultrapasse a faixa da banda proporcional, o sinal de saída saturará 
em 0 % ou 100 %, dependendo do sinal do erro. Quando o erro está fixo, o sinal de 
saída do controlador proporcional não varia, porém se o erro estiver variando o sinal de 
saída também estará variando. 
d) Ponto de ajuste (set point, valor desejado, variável de entrada ou valor de referência) 
sempre corresponde a 50 % da variação total da banda proporcional, pois desta maneira 
o controlador terá condições de corrigir erros tanto acima como abaixo do valor 
desejado. gráfico de um controle proporcional em função do erro. 
Em função do sinal de saída do controlador proporcional, o controle pode ser 
classificado de: ação direta e ação inversa. 
 Controlador proporcional de ação direta é aquele no qual o sinal de saída aumenta à 
medida que o sinal de entrada da variável controlada aumenta. 
 Controlador proporcional de ação inversa é aquele no qual o sinal de saída diminui à 
medida que o sinal de entrada da variável controlada aumenta.