15 - Estrategias de Controle de Processos (1)

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CONTROLE DE 
PROCESSOS
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Vantagem: Correção rápida com a mudança do valor de referência.
Desvantagem: Resposta lenta à distúrbios.
Estratégias de Controle 
Controle Básico Realimentado (Feedback)
REFERENCE
OUTPUT
DISTURBE
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Ex: Controle de aquecimento de água.
Quando a vazão de vapor é constante o controle será
satisfatório.
Estratégias de Controle 
Controle Básico Realimentado (Feedback)
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Entretanto, se vazão de vapor variar mesmo que a abertura 
da válvula permaneça fixa a temperatura vai variar.
Estratégias de Controle 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
72
73
74
75
76
IAE = 147.9971 ISE = 285.4111
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
Vazão do 
vapor Temperatura 
real
Temperatura 
desejada
Controle Básico Realimentado (Feedback)
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Utilizado quando a variável de Processo (PV) não 
pode ser mantida no valor desejado, por melhor que seja o 
controlador, devido a ocorrência de perturbações externas.
A variável controlada PV sofre alteração quando 
alguma perturbação ocorre em um variável secundária.
Ambas as variáveis (PV e variável secundária) devem 
ser controlada no que se chama de malha de controle 
primária e malha de controle secundária.
Controle Cascata
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Cascata
Ex: Δ pressure
PI or PID Proportional
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Regras
a) Identificar a variável que 
provoca a maioria dos distúrbios, 
ou seja, aquela que mais atrapalha 
a variável principal.
b) A malha secundária (vazão)
deve possuir uma constante de 
tempo pequena, é desejável que 
seja 3 vezes menor que a constante 
de tempo da malha principal 
(temperatura).
c) É mais prático iniciar a sintonia 
pela malha secundária (vazão) , 
colocando a primária (temperatura)
em manual.
Primário ou Mestre
Secundário ou Escravo
Estratégias de Controle 
Controle Cascata
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Cascata
Controle em Cascata montado no processo
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle em Cascata
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
72
73
74
75
76
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
0 50 100 150 200
72
73
74
75
76
Controle normal
Controle Cascata
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Cascata
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Cascata
alim
produto
AC
1
TC
3
T
2
F
2
F
1
T
1
A
2
SP1 - operador
SP2 = MV1
CV2
CV1
SP3 = MV2
CV3
Não existe limite 
no múmero de
cascatas!
Cada um tem 
seu critério.
MV3
Cascata em 3 níveis!
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Calcule para quanto foi a vazão de vapor. Considerando que a 
malha de controle estava estabilizada e que a temperatura aumentou 
10% por minuto durante 2 minutos.
Dados da malha de 
temperatura
Range = 0 a 150oC
SP = 100oC
Po = 66%
Td = 0,2 min
G = 1,5
Ação Reversa
FCV linear 
Dados da malha de vazão
Range = 0 a 50 T/h
SP = 25 T/h
Po = 50%
Ti = 1 min
G = 0,5
Ação Reversa
FCV linear 
Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle de Relação ou 
Razão
Existe uma relação 
ou razão entre 2 
variáveis. O controle 
satisfaz uma relação 
existente entre duas 
variáveis.
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle de Relação ou 
Razão
Ex: Composição em gases para anestesia.
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle de Relação ou 
Razão
Gases para 
combustão em 
fornalhas de 
caldeiras.
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Dados da Malha de 
Combustível
Range= 0 a 1 m3/h
SP = 0,1 m3/h
Ti = 2 min
G = 0,5
Po = 10%
Ação Reversa
FCV Linear
Calcule o valor final da vazão de combustível após 1 minuto. Considerando que 
a malha de controle estava estabilizada e que então a vazão de ar aumentou para 
7 Nm3/h.
Dados da Malha de Ar
Range= 0 a 10 Nm3/h
SP = Nm3/h
Ti = 1 min
G = 3
Ação Reversa
FCV Linear
Fator divisor = 2
Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Seletivo
Estratégias de Controle 
Caso um dos sensores seja defeituoso, o controlador 
desconsiderá sua informação.
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Override
Estrutura supervísória de logica: “IF”.
O nível tem a prioridade enquanto a pressão não é alta
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Override ou 
Seletivo
Caso a variável 
controlada tenha que 
ser limitada em um 
máximo ou em um 
mínimo. Ou caso o 
número de variáveis 
controladas exceda o 
número de variáveis 
manipuladas.
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Dados da Malha de 
Pressão
Range= 0 a 10 Kgf/cm2
SP = 4 Kgf/cm2
Po = 50%
G = 1
Ti = 0,5 min
Ação Direta
Calcule o SP do FIC após 1 minuto. Sabendo que após 1 minuto a demanda 
aumentou de 10 T/h para 15 T/h e a pressão diminuiu de 5 Kgf/cm2 para 3 Kgf/cm2.
Dados da Demanda
Range= 0 a 20 T/h
Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle de Combustão com Limites Cruzados
São utilizados dois relês 
seletores, sendo um seletor
de sinal baixo e outro seletor de 
sinal alto. Estes seletores não 
permitem que o excesso de ar 
caia baixo do valor ajustado,
tanto no caso de aumento como 
no caso de diminuição de carga 
de caldeira.
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Split-Range ou Range Dividido
O range dividido envolve geralmente duas válvulas.
Ex: Controle de temperatura.
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Split-Range ou Range Dividido
Ex: Controle de pressão em um reator.
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Split-Range ou Range Dividido
No exemplo, trata-se de 
uma forma de aquecer o 
produto em um processo 
onde a vazão sofre 
muitas variações. 
Vazões baixas basta 
uma válvula, vazões 
altas é necessário a 
atuação das duas.
CONTROLE DE 
PROCESSOS Estratégias de Controle 
Controle Split-Range ou Range Dividido
De 0 a 50% de MV apenas uma válvula (VV1) atua, maior que 50% de MV 
VV1 deve estar totalmente aberta e VV2 começa a atuar. 
Exemplo - Aquecimento do produto:
CONTROLE DE 
PROCESSOS
A malha estava estabilizada. 
a)Houve um aumento de temperatura de 10%/min durante 2 minutos. Após 2 
minutos, qual a válvula deverá estar atuando? 
b)Houve uma diminuição de temperatura de 10%/min durante 1 minuto. Após 1 
minuto, qual a válvula deverá estar atuando?
Dados da malha de 
temperatura
Range = 0 a 200oC 
Range = 3 a 15psi
SP = 120oC
Po = 60%
Td = 0,5 min
G = 2
Ação Reversa
FCV linear 
Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)
Estratégias de Controle 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Antecipativo ou Feedforward
Estratégias de Controle 
Controlador Feedfoward mede o disturbio e toma ação 
antecipadas na planta evitando a propagação do erro. É uma forma 
de controle ABERTA!
O controle antecipativo mede uma ou mais variáveis de entrada, prediz 
seu efeito no processo a atua diretamente sobre a variável manipulada.
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Antecipativo ou Feedforward
É necessário saber 
exatamente a equação do 
processo que relaciona a 
vazão de entrada do fluído 
com a temperatura, por meio 
da equação f(x). 
Estratégiasde Controle 
O controle antecipativo puro irá funcionar apenas se forem 
consideradas características estáticas e dinâmicas do processo 
(temperatura do fluído, vazão do fluído, atrasos, etc). 
Ou seja, na prática não irá funcionar. 
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Controle Feedforward com feedback
Estratégias de Controle 
Feedfoward
Feedback
CONTROLE DE 
PROCESSOS
Em aplicações de controle de 
processos industriais o que se faz é a 
utilização do controle antecipativo com um 
controle com realimentação. Neste caso a 
temperatura do fluído passa a ser medida 
entregue ao controle. 
Estratégias de Controle 
Controle Feedforward com feedback
CONTROLE DE 
PROCESSOS
A malha encontrava-se estabilizada com vazão de 100 GPM. Sabendo-se que a 
vazão aumentou para 120 GPM, calcular a abertura da válvula antes e após a a
nova estabilização da vazão, sabendo-se que a temperatura diminuiu 30oC/min 
durante 2 minutos. O ganho das entradas é de 0,5. 
Dados do TRC
Range = 0 a 300oC
Range = 4 a 20mA
SP = 125oC
Po = 45%
Td = 1,5 min
BP = 200%
Ação Reversa
FCV linear 
Dados do FT
Range = 0 a 200 GPM
Range = 4 a 20mA
Sc = Po +/- (G.E + G.E.RPM.t + G.Td.Vd)
Estratégias de Controle