Controle de Processos

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CONTROLE DE PROCESSOS 
 
1. Controle de Processos 
 
Processo: é todo arranjo de elementos, ativos e/ou passivos, organizados de forma tal a 
executar uma determinada função. 
 
Ou seja, Processo é qualquer operação onde pelo menos uma propriedade física ou 
química possa variar ao longo do tempo. 
 
Os processos realizam operações químicas, físicas, biológicas, etc, em materiais ou 
objetivos (matéria prima), com ou sem adição de energia para a obtenção do produto. 
 
Exemplo: sistema de geração, transmissão e distribuição elétrica. 
 
Controlar um processo corresponde a manter uma variável deste processo num 
determinado valor desejado. 
 
2. Definições 
 
• Variável controlada – propriedade que se deseja controlar, corresponde a saída do 
processo. 
 
• Variável manipulada – propriedade que pode ser modificada diretamente pela ação do 
controlador e cuja variação irá afetar a variável controlada, corresponde a entrada do 
processo. 
 
• Valor desejado (setpoint, SP) – valor de referência para a variável controlada. Em geral 
é determinado por um operador baseado nas necessidades do processo. 
 
• Elemento primário (sensor) – dispositivo que utiliza a energia do processo para 
proporcionar uma medida da variável controlada. 
 
• Transmissor – elemento que transforma a medida do sensor em um sinal padronizado 
que pode ser transmitido e interpretado pelo controlador. 
 
• Elemento Final de Controle (atuador) – dispositivo que recebe o sinal do controlador 
e, desta forma, altera a variável manipulada (ex. válvulas, relés, etc.). 
 
• Controlador – dispositivo que compara o valor da variável controlada com o valor 
desejado, calcula a ação corretiva necessária e emite o sinal de correção para o atuador. 
 
• Faixa de medida (range) – faixa de valores compreendida entre os limites inferior e 
superior da capacidade de medição do instrumento. 
 
• Alcance (span) – diferença algébrica entre os valores superior e inferior do range. 
 
• Erro – diferença entre o valor lido pelo instrumento e o valor real da variável. 
 
• Precisão – limite de erro de medição do instrumento. 
 
• Sensibilidade – valor mínimo de mudança na variável detectável pelo instrumento. 
 
• Zona morta (dead zone) – faixa de valores da variável que não provoca variação da 
indicação ou sinal de saída do instrumento. 
 
• Repetibilidade – capacidade de reprodução da indicação, ao se medir, repetidamente, 
valores idênticos de uma variável. 
 
• Histerese – diferença observada entre a medição de uma variável quando esta percorre 
a escala no sentido crescente e no decrescente. 
 
• Elevação de zero – quantidade com que o zero da variável supera o valor inferior do 
range. 
 
• Supressão de zero – quantidade com que o valor inferior do range supera o zero da 
variável. 
 
• Tempo morto (dead time) – atraso verificado entre a ocorrência de uma alteração na 
variável e a sua percepção pelo instrumento, também chamado de atraso de transporte. 
 
Sensores 
 São os dispositivos que fornecem as informações sobre o sistema; 
 Estão ligados na entrada do controlador; 
 Indicam variáveis como temperatura, pressão, etc. 
 
 Atuadores 
 Agem a partir do processamento das informações coletadas pelos sensores; 
 Tipos: magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, etc. 
 
 Controlador 
 Aciona os atuadores levando em conta o estado das entradas (sensores); 
 Agem de acordo com as instruções do programa inserido em sua memória. 
 
Exemplo: Considere um Sistema de geração, transmissão e distribuição elétrica. 
 O combustível fóssil é queimado para produzir calor na caldeira. 
 O vapor superaquecido (600oC) é conduzido a um sistema de turbinas fazendo 
girar o seu eixo. 
 O vapor é condensado e retorna a caldeira. 
 O eixo da turbina é ligado a um gerador elétrico que gera energia alternada (25 
kV). 
 Para transmissão da energia elétrica a tensão é elevada para (400 kV) para 
diminuição de perdas de condução. 
 Próximo aos centros consumidores a energia é rebaixada em sub-estações para 
125 kV. 
 Na distribuição para grandes consumidores a tensão é novamente rebaixada para 
níveis entre 25 kV a 33 kV. 
 Para pequenos consumidores, a tensão é distribuída na faixa de 14 kV e 
posteriormente rebaixada em transformadores locais para 220/380 V. 
 
 
Figura 1 – Diagrama esquemático de um Sistema de geração, transmissão e 
distribuição elétrica. 
 
 
Figura 2 – Diagrama funcional de um Sistema de geração, transmissão e distribuição 
elétrica. 
 
Figura 1 – Diagrama em blocos de um Sistema de geração, transmissão e distribuição 
elétrica. 
 
3. Abordagem Sistêmica 
O exemplo apresentado anteriormente possui uma dinâmica complexa, pois engloba 
vários conceitos, componentes e conexões entre as variáveis do processo. 
Em engenharia, utiliza-se uma abordagem sistêmica para abordar tais problemas. 
O problema é decomposto em problemas menores para que possam ser mais facilmente 
resolvidos. 
Um sistema refere-se aquilo que desejamos estudar, com fronteira bem definida e 
caracterizado por relação causa-efeito. 
Separa-se um determinado processo (sistema) do meio externo onde as iterações são 
caracterizadas por entradas (ações) e saídas (reações): 
 
Pressupõe-se uma relação de causa e efeito entre as variáveis de entrada e saída. 
O processo (sistema) pode ser visto como um operador atuando sobre as entradas para 
produzir as saídas. 
Dividir os vários processos que compõe o sistema complexo em vários sub-sistemas (sub-
problemas) que são interconectados através das entradas e saídas. 
 
 
S2 é um subsistema de S1, mas também é um sistema. 
 
4. Componentes básicos de um sistema 
 
 Entradas manipuláveis: os valores podem ser arbitrariamente definidos dentro da 
região de operação (abertura de uma válvula, potência de um motor, etc.) 
 Entradas de perturbação: fatores externos que modificam a saída de um sistema e que 
não podem ser arbitrariamente definidas (temperatura externa, carga aplicada ao eixo 
de um motor, etc.) 
 Variáveis de saída: efeitos causados pela ação das entradas no sistema. 
 Modelo matemático: conjunto de equações que descrevem aproximadamente como 
as entradas modificam as saídas de um sistema. 
 
A técnica de controle consiste em medir a variável que se deseja controlar, comparar o 
resultado da medição com valor desejado e agir sobre o sistema no sentido de reduzir a 
diferença entre elas. 
A definição acima introduz vários conceitos novos: 
 controlar um processo representa controlar variáveis do processo de maneira a atingir 
um objetivo. 
 as variáveis controladas devem ser medidas através da utilização de sensores. 
 o valor desejado representa o comportamento a ser satisfeito pela variável controlada. 
 a comparação entre o valor desejado e o valor medido (que é uma aproximação do 
valor real) indica que o valor desejado deve ser expresso em unidades da variável de 
saída. 
 a ação de controle consiste em reduzir a distância entre o que se tem e o que se deseja. 
 as perturbações externas modificam a variável controlada e a ação de controle deve 
ser capaz de compensar esses efeitos. 
 
Os conceitos relacionados a ação de controle podem ser adequadamente representados 
por um diagrama funcional. 
Medição, atuação e decisão: