Aula Controles Avançados II

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Outros controles 
avançados
Luz Amparo Palacio Santos
DOPI
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Mapa conceitual
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Controle de Razão
O objetivo do controle de razão é manter a razão de duas variáveis
em um valor especificado. Desta forma, para duas variáveis de
processo, M e L, ao invés de se controlar individualmente as variáveis,
se controla a razão real R = M/L. Em geral, as variáveis de processo M
e L são vazões. O cálculo de R é feito em termos das variáveis
originais e não dos desvios das variáveis.
Exemplos:
 Mistura de líquidos em uma determinada razão
 Controle da razão ar/combustível em uma caldeira
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Exemplo: Mistura de líquidos 
em uma determinada razão
Considere um processo de mistura no qual seja necessário que as vazões 
dos líquidos A e B estejam em determinada proporção ou razão R. 
R = FB/FA
FA: Vazão de A
FB: Vazão de B
Os setpoints são definidos de tal modo que os líquidos sejam misturados na 
proporção correta. 
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C
on
tr
ol
e 
de
 R
az
ão
Exemplo: Mistura de líquidos 
em uma determinada razão
No novo 
esquema FB
varia com FA. 
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Supondo que a vazão da corrente A não possa ser controlada por ser a
variável manipulada de outro sistema de controle, como um nível ou
uma temperatura situado mais adiante na planta.
Novo esquemaC
on
tr
ol
e 
de
 R
az
ão
Exemplo: Mistura de líquidos 
em uma determinada razão
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Novo esquema
Consiste na medição da vazão de A e 
sua multiplicação pela razão desejada 
(em FY16) para a obtenção da vazão de 
B necessária, enviada como set point 
para o controlador FC17.
FB
set =R FA Utilizado como set 
point para o 
controlador FC17
À medida que FA varia, o set point 
varia para manter a razão entre as 
duas vazões constantes.
Caso seja necessária uma razão diferente, ela é definida no multiplicador.
C
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tr
ol
e 
de
 R
az
ão
Exemplo: Mistura de líquidos 
em uma determinada razão
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Outra alternativa
Consiste na medição da vazão de A e B e 
sua divisão (em FY16) para obter a 
proporção real que entra ao sistema. A
razão desejada é enviada para o 
controlador RC17. 
R =FA/FB
O sistema anterior é mais linear que 
este.
C
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tr
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e 
de
 R
az
ão
Exemplo: Mistura de líquidos 
em uma determinada razão
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Terceira alternativa
Do ponto de vista prático mesmo que as
duas vazões possam ser controladas, o
controle de razão é mais conveniente do
que o primeiro mostrado. Se a vazão
total pode ser alterada, o operador só
necessitará mudar um set point,
enquanto no convencional, ele precisará
alterar os dois setpoints.
C
on
tr
ol
e 
de
 R
az
ão
FC
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Exemplo: Controle de razão 
ar/combustível em uma caldeira
As caldeiras devem operar com uma razão ar/combustível em excesso 
em relação à estequiométrica. O controle das vazões de ar e de 
combustível é muito importante para uma operação adequada, segura e 
econômica.
A vazão de combustível é geralmente manipulada para a manutenção 
da pressão de vapor produzido na caldeira em certo valor desejado.
Várias estratégias são possíveis 
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C
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tr
ol
e 
de
 R
az
ão
https://www.youtube.com/watch?v=DcMqQfcUp1Y
Exemplo: Controle de razão 
ar/combustível em uma caldeira
Controle de posicionamento paralelo
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PC22
Manipula o sinal 
mestre da caldeira 
para a válvula de 
combustível.
Manipula a 
válvula de ar 
através da 
unidade de razão 
FY24
Variações da pressão nas válvulas?
C
on
tr
ol
e 
de
 R
az
ão
A razão dos sinais (A/F) é controlada, 
mas não a razão das vazões
Exemplo: Controle de razão 
ar/combustível em uma caldeira
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Controle de medição completa (opção 1)
O controlador de pressão 
regula a vazão de combustível 
e a vazão de ar é estabelecida 
a partir da vazão de 
combustível.F
As malhas de controle 
corrigem quaisquer distúrbios 
da vazão.
C
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tr
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de
 R
az
ão
Exemplo: Controle de razão 
ar/combustível em uma caldeira
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Controle de medição completa (opção 2)
Nesta opção os dois 
controladores de vazão 
comparam a vazão de 
combustível.
C
on
tr
ol
e 
de
 R
az
ão
Controle em Override ou com 
Restrições
 Nesse esquema, em condições normais de operação, uma variável
de saída determina as mudanças na variável manipulada. As
demais saídas variam livremente, sendo apenas monitoradas.
 Ocorrendo situações extremas em uma destas variáveis, esta
assume o comando sobre a única variável manipulada disponível,
tornando-se a malha de controle prevalecente.
 Esta é uma estratégia protetora para manter as variáveis do
processo dentro de limites, para garantir a segurança do pessoal e
do equipamento, e a qualidade do produto
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Exemplo: Reservatório
Considere um processo com um líquido saturado quente que entra em 
um reservatório e de lá ele é bombeado sob controle de vazão. 
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C
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tr
ol
e 
em
 O
ve
rr
id
e
Reservatório e malha de controle de vazão
Exemplo: Reservatório
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C
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tr
ol
e 
em
 O
ve
rr
id
e
Sob operação normal o nível do reservatório está na altura h1. Se sob 
quaisquer circunstância o nível do líquido cair abaixo da altura h2, não 
terá suficiente altura líquida positiva de sucção (NPSH) e resultará em 
cavitação na bomba. É necessário então projetar um esquema de 
controle que evite esta condição.
No controle em override, além dos controladores e do elemento final 
de controle, se usam as chaves seletoras.
 HS: Chave seletora de valor alto
Escolhe o sinal maior entre vários controladores
 HL: Chave seletora de valor baixo
Escolhe o sinal menor entre vários controladores
Exemplo: Reservatório
O nível do reservatório é agora medido e controlado.
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C
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tr
ol
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em
 O
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rr
id
e
Esquema de controle em override
FC50  Ação reversa LC50  Ação direta LS50  Seletor baixo
Seleciona qual 
controlador 
vai funcionar
O set point de LC50 é 
um valor acima de h2
Controle Seletivo
Neste esquema existe um controlador e uma variável manipulada
definidos para o processo, mas o sinal de saída do controlador é
obtido por uma seleção entre múltiplas leituras de sensores, por
meio de uma chave seletora (HS e LS).
É uma outra estratégia de controle utilizada por razões de segurança
e otimização de processo.
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Exemplo: Reator tubular exotérmico
Considere um reator de fluxo empistonado onde ocorre uma reação 
exotérmica catalítica. 
Controle de temperatura de um reator de fluxo pistão
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C
on
tr
ol
e 
Se
le
ti
vo
Exemplo: Controle para um 
reator tubular exotérmico
Na malha de controle de temperatura o sensor que fornece a medição 
de calor deveria ser colocado no hot spot. À medida que o catalisador 
no reator envelhece, ou à medida que as condições variam, o hot spot 
se movimenta. Deseja-se projetar um esquema de controle para que 
sua variável medida “se movimente” à medida que o hot spot se move.
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C
on
tr
ol
e 
Se
le
ti
vo
Controle seletivo para um reator de fluxo pistão
Exemplo: Controle para um 
reator tubular exotérmico
Na implementação desta estratégia de controle, uma importante 
consideração é a de que todos os transmissores de temperatura devem 
ter a mesma faixa para que seus sinais de saída possam ser comparados 
na mesma base.
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C
on
tr
ol
e 
Se
le
ti
vo
Controle Split-Range
Neste esquema duas variáveis manipuladas são coordenadas por um 
único controlador, que utiliza uma única medição.
A saída do controlador é “partida” entre os dois atuadores.
Exemplo: Reator PFR
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SP
PC
PT
V1 V2
AA AFAlimentação Descarga
Controle Split-Range
As atuaçõesdas válvulas V1 e V2 são coordenadas pelo controlador de 
pressão do reator.
Em operação normal V2 está totalmente aberta.
Quando aumenta o setpoint, V2 é comandada para reduzir a pressão.
Quando diminui o setpoint, V1 tem sua abertura reduzida, com V2
completamente aberta.
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C
on
tr
ol
e 
Sp
lit
-R
an
ge
A ação das válvulas é obtida 
dividindo-se a faixa do sinal 
de saída do controlador.l
V1
m(psig)
0
1
V2
Outros exemplos
- Controle em override
- Controle selectivo
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Exemplo: Aquecedor/forno
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C
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em
 O
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rr
id
e
Considere um aquecedor com 
controle de temperatura 
manipulando a vazão de 
combustível gasoso.
Controle de temperatura do aquecedor
Exemplo: Aquecedor ou forno
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C
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tr
ol
e 
em
 O
ve
rr
id
e
Há diversas condições neste aquecedor que podem ser perigosas:
1. Pressão de combustível mais alta do que o suficiente para 
sustentar uma chama estável.
2. Temperatura de chaminé, ou do tubo, mais alta do que o 
equipamento pode manipular com segurança.
Se qualquer uma destas duas condições existir, a vazão de combustível 
deve diminuir para evitar a condição de insegurança. Nesta situação o 
controle de temperatura não é tão importante como a segurança de 
operação.
Somente quando as condições de insegurança desaparecerem é 
admissível retornar ao controle direto de temperatura.
Exemplo: Aquecedor ou forno
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C
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tr
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e 
em
 O
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rr
id
e
Controle de temperatura do aquecedor – controle com restrições
Exemplo: Forno para aquecer 
óleo para trocador de calor
Um forno aquece um óleo para 
servir como fonte de energia a 
vários trocadores de calor. Cada 
unidade manipula a vazão de 
óleo necessário para a 
manutenção de sua variável 
controlada no set point. Além 
disto, a temperatura de saída do 
óleo do forno é controlada 
através da manipulação da vazão 
de combustível. É fornecida uma 
malha de controle de desvio 
(DPC16) para desviar o 
combustível não usado.
Sistema de óleo quente
(opção 1)
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C
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tr
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e 
Se
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ti
vo
Exemplo: Forno para aquecer 
óleo para trocador de calor
Em uma segunda estratégia, usa-
se o controle seletivo.
Esta estratégia é mais eficiente. 
Mantém o óleo na saída do 
forno na temperatura apenas 
quente o suficiente para 
fornecer a energia necessária 
para todos os trocadores, com 
praticamente nenhuma vazão 
para o desvio. 
A saída do seletor alto vai para o 
controlador de posição de 
válvula (VPC16). 
Controle seletivo para sistema 
de óleo quente (opção 2)
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