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MALHA DE CONTROLE DE PROCESSO INDUSTRIAL PLANTA PILOTO DE NEUTRALIZAÇÃO DE PH COLABORADORES João Pedro Gonçalves Laura Embiruçu David Linhares Transformando sonhos em realidade Descritivo do processo;1. Detalhamento do elemento primário;2. Detalhamento do transmissor;3. Detalhamento do controlador;4. Função de transferência;5. Algoritmo imputado no controlador;6. Método de sintonia;7. Elemento final de controle;8. Tipos de sinais presentes na malha de controle.9. SUMÁR IO P R O C E S S O N E U T R A L I Z A Ç Ã O D E P H O processo de neutralização de pH O processo consiste em atingir um valor de pH desejado de um influente (distúrbio), mediante o ingresso de um reagente(variável manipulada). Planta-piloto de neutralização de pH localizada no Laboratório de Controle de Processos Industriais da Escola Politécnica da USP. FLUXOGRAMA E L E M E N T O P R I M Á R I O Sensores: Temperatura (TE); Análise (AE). Terminologia Norma ISA 5.1 E L E M E N T O P R I M Á R I O Principais tipos de Sensores de Temperatura: Termistores; Termopares; RTDs (resistências térmicas); Interruptores bimetálicos; Sensores de infravermelho. E L E M E N T O P R I M Á R I O T E R M O P A R E S Funcionam a partir da diferença de temperatura entre as suas extremidades, que possuem uma diferença de potencial que pode ser medida. Vantagens: Baratos; Precisos em uma faixa de temperatura limitada; Pequenos e compactos. Desvantagens: Faixa de temperatura limitada; Precisão limitada em comparação com outros tipos de sensores de temperatura. E L E M E N T O P R I M Á R I O T E R M O P A R E S Sensores do tipo termopares: E L E M E N T O P R I M Á R I O T E R M I S T O R E S Funcionam com base na variação da diferença de potencial gerada por dois metais diferentes unidos na extremidade do dispositivo. Vantagens: Mais precisos e confiáveis do que os termistores; Capazes de suportar temperaturas extremas; Ideal para aplicações que requerem medições precisas. Desvantagens: Mais caros do que outros tipos de sensores de temperatura; Requerem circuitos de amplificação externos para a medição. E L E M E N T O P R I M Á R I O T E R M I S T O R E S Sensores do tipo termistores: E L E M E N T O P R I M Á R I O R T D S Funcionam com base na variação da resistência elétrica de um material sensível à temperatura. Vantagens: Muito precisos e confiáveis; Capazes de suportar temperaturas extremas; Ideal para aplicações que requerem medições precisas. Desvantagens: Mais caros do que outros tipos de sensores de temperatura; Requerem circuitos de amplificação externos para a medição. E L E M E N T O P R I M Á R I O R T D S Sensores do tipo RTDS: E L E M E N T O P R I M Á R I O I N T E R R U P T O R E S B I M E T Á L I C O S Funcionam através da deformação de uma lâmina bimetálica, composta por duas camadas de metais diferentes soldados juntos. Vantagens: Baixo custo; Fácil de instalar e usar; Capaz de funcionar em uma ampla faixa de temperaturas; Ideal para medição de temperatura acessível e confiável. Desvantagens: Precisão limitada; Sensibilidade limitada; São afetado por fatores como deformação da lâmina e variação da espessura da lâmina Requerer uma calibração frequente. E L E M E N T O P R I M Á R I O I N T E R R U P T O R E S B I M E T Á L I C O S Sensores do tipo Interruptores bimetálicos: E L E M E N T O P R I M Á R I O S E N S O R E S D E I N F R A V E R M E L H O São sensores de temperatura baseados na detecção de radiação infravermelha emitida por objetos quentes. Vantagens: Permitem medir temperaturas a distância; Ideal para aplicações que requerem uma medição sem contato. Desvantagens: Influenciados por fatores ambientais, como a presença de fumaça ou poeira; Não são tão precisos em ambientes com temperaturas extremas ou variações rápidas de temperatura. E L E M E N T O P R I M Á R I O S E N S O R E S D E I N F R A V E R M E L H O Sensores do tipo sensores de infravermelho: TRANSM ISSOR O processo de neutralização ocorre no tanque do reator (TR) com agitador mecânico; As variáveis do processo dentro do TR são o nível e pH. TRANSM ISSOR Para a malha do nível utiliza-se um transmissor-indicador LIT-10. Transmissor Indicador de Nível TRANSM ISSOR Principais tipos de transmissores para a medição de nível: TRANSM ISSOR Para a malha de pH utiliza-se dois sensores AE-40 e TE-40 com o transmissor AITY-40. Sensores de Temperatura Transmissor Indicador de Temperatura (conversor) CONTROLADOR Controlador de nível: LIC-16 Atua sobre as válvulas LV-20A e 20B, sendo a válvula B um backup; Controlador de pH: AIC-40 Atua sobre a bomba dosadora FZ-41 F U N Ç Ã O D E T R A N S F E R Ê N C I A Relaciona matematicamente a entrada e a saída de um sistema físico; As equações ao lado são importantes ferramentas para análise de estabilidade de sistemas SISO e MIMO. C O N T R O L A D O R P R E D I T I V O Também conhecido como MPC (Model Predictive Control); Permite calcular sinais de controle que ingressam no processo; Otimiza o processo dentro de um "horizonte de predição"; A cada iteração, o algoritmo calcula uma nova sequeência de ações de controle A L G O R I T M O I M P U T A D O A L G O R I T M O Q D M C Do inglês Quadratic Dynamic Matrix Control, proposto por GARCIA; MORSHEDI, 1986. Para calcular estes sinais de entrada é necessário, em cada período de amostragem, minimizar uma função custo quadrática, representa pela função SISO abaixo: T I P O S D E S I N A I S P R E S E N T E S SINAL DEGRAU Apresenta variações bruscas em um instante de tempo definido. Apresenta uma baixa relação sinal/ruído na banda de alta frequência. SINAL DEGRAU & SINAL GBN T I P O S D E S I N A I S P R E S E N T E S SINAL GBN O GBN (do inglês Generalized Binary Noise) é um sinal que apresenta propriedades indeterminadas e com a possibilidade de especificar uma faixa de frequência. SINAL DEGRAU & SINAL GBN Utlização do modelo PID [Proporcional (P), Integrativo (I), e Derivativo(D)]. Com sintonia em resposta em frequência; Algoritmo QDMC M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O o controlador QDMC utilizando todos os modelos, com exceção do ARMAX, consegue acompanhar as variações de trajetória (set point) impostas. M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O Na implementação do controlador QMDC, aplicado na planta-piloto de neutralização de pH, os valores de sintonia são: M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O Elementos finais presente no processo: E L E M E N T O F I N A L D E C O N T R O L E REFERÊNC IAS ALVARADO, C. S. M. Estudo e implementação de métodos de validação de modelos studo e implementação de métodos de validação de modelos processos industriais. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, p. 150. 2017. FRANCHI, C. M. Controle de Processos Industriais: Princípios e Aplicações. 1ª. ed. [S.l.]: Editora Érica, 2011. 256 p. MULER, O. P. SÍNTESE E IMPLEMENTAÇÃO DE CONTROLE SUPERVISÓRIO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS COM MALHA DE VÁLVULAS. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, p. 149. 2018. O que é Transmissor de Nível? Lince, 2022. Disponivel em: https://instrumentos-lince.com.br/o- que-e-transmissor-de-nivel/. Acesso em: Junho 2023. QUAIS são os principais tipos de Sensores de Temperatura que existem? Nepin, 2023. Disponivel em: https://www.nepin.com.br/blog/solucoes-industriais/quais-sao-os-principais-tipos- de-sensores-de-temperatura-que-existem/. Acesso em: Junho 2023. RIBEIRO, M. A. Controle de Processo: Teoria e Aplicações. 7ª. ed. Salvador: Tek Treinamento & Consultoria, 2001.
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