Malhas de Controle de Vazão e Nível

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AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Danilo Silva Santos
João Paulo Lemos Cavalcanti
Paulo Vinicius Lima de Siqueira Trindade
Priscilla Viana Rocha
 Vinícius Leão de Carvalho Cunha do Amaral
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MEDIÇÃO E CONTROLE: MALHAS DE CONTROLE DE VAZÃO E NÍVEL
Sumário
Introdução
Globalização e abertura de mercados;
Sistemas de produção mais eficientes.
Figura 1 – Globalização. Fonte: MAIA, Edson. Os descaminhos da globalização. Disponível em:<http://edsonmaiap.wordpress.com/tag/descaminhos-da-globalizacao/>. Acesso em: 17 set. 2014.
Malhas de Controle
Os processos industriais são operados em condições dinâmicas...
resultantes de constantes perturbações no sistema;
causadas por mudanças propositais no ponto de 
operação para atender à programação da produção.
Esta dinâmica é modificada (compensada) por ação de 
MALHAS DE CONTROLE, para manter a estabilidade da 
operação e atender às especificações de processo.
Malhas de Controle
Objetivos de um sistema de controle:
Suprimir a influência de perturbações externas
Garantir a estabilidade do processo
Otimizar o desempenho de um processo
Controle Feedback
Figura 1 – Feedback. Fonte: UFSC. Sistema de dois tanques. Disponível em:<http://www.das.ufsc.br/~coutinho/DAS5101/Lab2_Sistema_Dois_Tanques.pdf>. Acesso em: 30 set. 2014.
Controle feedback
A ação corretiva ocorre tão logo que a variável controlada desvia-se do ponto de ajuste, independente da fonte ou tipo de distúrbio;
O controlador PID é versátil e robusto. Se as condições mudam, uma nova sintonia do controlador usualmente produz um desempenho satisfatório.
Controle feedback
Desvantagens:
Nenhuma ação corretiva é tomada até que ocorra o desvio na variável controlada;
Ele não oferece ação de controle preditiva para compensar os efeitos de distúrbios conhecidos ou mensuráveis;
Em alguns casos, a variável controlada não pode ser mensurada on-line e conseqüentemente este controle não é realizável.
Controle Feedfoward
Figura 2 – Feedfoward. Fonte: UFSC. Sistema de dois tanques. Disponível em:<http://www.das.ufsc.br/~coutinho/DAS5101/Lab2_Sistema_Dois_Tanques.pdf>. Acesso em: 30 set. 2014.
Controle Feedfoward
Desvantagens:
As variáveis de distúrbio precisam ser medidas on-line. O que é impraticável em várias aplicações.
A qualidade do controle depende da precisão no modelo do processo. Em particular, precisamos saber como a variável controlada responde a mudanças nos distúrbios e na variável manipulada.
Controladores PID
Figura 3 – Comparação entre os modos de controle. Fonte: NINOSKA BOJORGE. Malhas de controle. Disponível em:<http://www.professores.uff.br/controledeprocessos-eq/images/stories/Aula11_Instrumen_Malhas.pdf>. Acesso em: 30 set. 2014.
Malhas de controle de vazão
Vazão;
Utilização;
Vazão como variável controlada.
Malhas de controle de vazão
Figura 4 – Produção suco de fruta. Fonte: MECATRONICA ATUAL. Tipos de malhas de controle de processos industriais. Disponível em:< http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/951-tipos-de-malha-de-controle-de-processos-industriais>. Acesso em: 30 nov. 2014.
Controle de Relação:
Malhas de controle de vazão
Figura 5 – Controle de razão. Fonte: MECATRONICA ATUAL. Tipos de malhas de controle de processos industriais. Disponível em:< http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/951-tipos-de-malha-de-controle-de-processos-industriais>. Acesso em: 30 nov. 2014.
Controle de Relação:
Malhas de controle de vazão
Figura 6 – Esquema de funcionamento do sistema de medição e controle de vazão de ar em ventiladores utilizando um transmissor de pressão – tp1 – . Fonte: VECTUS. Esquema de controle de vazão. Disponível em:<http://www.vectus.com.br/resources/pdf/esquema-liga%C3%A7%C3%A3o-simva+tp1-data-sheet.pdf>.Acesso em: 30 nov. 2014.
Malhas de controle de vazão
Caso prático:
Figura 7 – Diagrama de malha. Fonte: MECATRONICA ATUAL. Utilização de controle de vazão e de nível na batelada de água potável para preparação de massa para biscoitos. Disponível em:<http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1118-utilizao-de-controle-de-vazo-e-nvel-na-batelada-de-gua-potvel-para-preparao-da-massa-para-biscoitos>. Acesso em: 30 nov. 2014.
Dispositivos de controle de vazão
Medir, variar e direcionar;
Eficiência do processo;
Válvulas;
Medidores.
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Dispositivos de controle de vazão
Válvulas:
Figura 8 – Válvula de gaveta. Fonte: ALBIZ. Registro de gaveta. Disponível em:<http://sao-paulo.all.biz/registo-de-gaveta-g102268#.VCmIVWx0xaQ>. Aceso em: 29 set. 2014.
Figura 9 – Válvula de segurança. Fonte: TORR. Serviços. Disponível em:<http://www.torrservice.com.br/mecanica_manutencao.php>. Aceso em: 29 set. 2014.
Figura 10 – Válvula de retenção. Fonte: VIA D’AGUA. Produtos. Disponível em:<http://www.viadagua.com.br/?pg=produtos>. Aceso em: 29 set. 2014.
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Dispositivos de controle de vazão
Medidores:
Figura 11 – Diferencial de pressão. Fonte: MEIO FILTRANTE. Medidores de vazão e válvulas de controle de fluxo. Disponível em:<http://meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=847>. Aceso em: 29 set. 2014.
Figura 12 – Eletromagnético. Fonte: MEIO FILTRANTE. Medidores de vazão e válvulas de controle de fluxo. Disponível em:<http://meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=847>. Aceso em: 29 set. 2014.
Figura 13 – Ultra-sônico. Fonte: MEIO FILTRANTE. Medidores de vazão e válvulas de controle de fluxo. Disponível em:<http://meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=847>. Aceso em: 29 set. 2014.
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Malhas de controle de nível
São responsáveis pelos “balanços de massa” das plantas;
Está relacionado diretamente com a vazão do processo.
Manter a estabilidade do sistema;
Sintonizar a malha de nível – perturbações.
Figura 14 – Sistema de controle de nível. Fonte: MSPC. Sistemas de controle. Disponível em:<http://www.mspc.eng.br/contr/ctrl_0110.shtml>. Acesso em: 01 out. 2014.
Malhas de controle de nível
Muitos problemas de controle e operação de unidades industriais causam variações ou falhas na estratégia de ajuste das malhas de nível;
Má sintonia dos controles de nível, interação muito grande com as demais malhas da unidade e baixo tempo de residência (Volume disponível / vazão volumétrica de escoamento);
Um controlador PID mal sintonizado gera perdas e ineficiência na produção, uma sintonia correta e otimizada pode reduzir a variabilidade do processo, melhorar a regulação e a qualidade do produto final.
Malhas de controle de nível
Controle em cascata;
Vantagens: 
As perturbações da malha escrava são rapidamente detectadas e corrigidas antes de alterar a malha mestra;
A malha de controle escrava acelera a resposta do processo visto pela malha mestra;
As não linearidades do processo, vistas pela malha mestra, podem ser compensadas pelo controlador escravo.
Desvantagens:
Custo elevado de instrumentos da malha escrava;
Se o sensor da malha escrava não for confiável e não conseguir medir a variável, então o controle em cascata não seria a melhor alternativa.
Malhas de controle de nível
Controle em cascata:
Figura 15 – Controle em cascata. Fonte: MSPC. Sistemas de controle. Disponível em:<http://www.mspc.eng.br/contr/ctrl_0110.shtml>. Acesso em: 01 out. 2014.
Dispositivos de controle de nível
Medição de Nível 
 Visor;
Boia;
Pressão diferencial;
Borbulhamento (pressão diferencial);
Deslocador (força de empuxo);
Radiação nuclear;
Radar;
Ultra-sônico;
Capacitivo;
Laser.
Figura 16 – Dispositivos de controle de nível. Fonte: RIBEIRO, Marco Antônio. Instrumentação e Controle Uma Introdução. Salvador. 2002.
Dispositivos de controle de nível
Válvulas de Controle
Elementos de atuação
Chave de Nível
Controlador Lógico Programável 
Sistema microprocessado
Figura 17 – Dispositivos de controle de nível. Fonte: RIBEIRO, Marco Antônio. Instrumentação e Controle Uma Introdução. Salvador. 2002.
Referências
BRUMA. Controle de vazão. Disponível em:<http://www.bruma.ind.br/index.php/produtos/valvulas/controle-de-vazao>.
Aceso em: 29 set. 2014.
CAMPOS, M. e TEIXEIRA, H., Controles Típicos de Equipamentos e Processos Industriais, Editora Blücher, 2° Edição.
CARLOS SANTOS. Introdução às Estratégias de Controle. Disponível em:<http://www.foz.unioeste.br/~chsantos/ENG_CONT/Aula_02.pdf>. Acesso em: 30 set. 2014.
CONAI. Produtos. Disponível em:<http://www.conai.com.br/conteudo.asp?IDMenu=30>. Aceso em: 29 set. 2014.
LIMA OLIVEIRA, Adalberto Luiz de. SENAI. Instrumentação- Fundamentos de controle de processos.
MECATRÔNICA ATUAL. Tipos de malha de controle de processos industriais. Disponível em:< http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/951-tipos-de-malha-de-controle-de-processos-industriais>. Acesso em: 30 nov. 2014.
Referências
MECATRÔNICA ATUAL. Utilização de controle de vazão e nível na batelada de água potável para preparação da massa para biscoitos. Disponível em:<www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1118-utilizao-de-controle-de-vazo-e-nvel-na-batelada-de-gua-potvel-para-preparao-da-massa-para-biscoitos>. Acesso em: 30 nov. 2014.
MEIO FILTRANTE. Medidores de vazão e válvulas de controle de fluxo. Disponível em:<http://meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=847>. Aceso em: 29 set. 2014.
MSPC. Sistemas de controle. Disponível em:<http://www.mspc.eng.br/contr/ctrl_0110.shtml>. Acesso em: 01 out. 2014.
NINOSKA BOJORGE. Malhas de controle. Disponível em:<http://www.professores.uff.br/controledeprocessos-eq/images/stories/Aula11_Instrumen_Malhas.pdf>. Acesso em: 30 set. 2014.
RIBEIRO, Marco Antônio. Instrumentação e Controle Uma Introdução. Salvador. 2002.
TLV. Tipos de válvulas. Disponível em:<http://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/types-of-valves.html>. Aceso em: 29 set. 2014.