Aula 2 Como controlar um Processo utilizando um sistema de Malha Fechada

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Como controlar um Processo utilizando um sistema de Malha Fechada 
 
Para ilustrar um controle de processo, considere um trocador de calor no qual um fluxo 
de processo é aquecido através de vapor condensado, como esquematizado na figura 1. 
O propósito desta unidade é aquecer o fluido do processo a partir de uma temperatura de 
entrada Ti(t) até uma determinada temperatura de saída desejada T(t). A energia 
necessária para aquecer o fluído do processo é obtida pelo calor latente da condensação 
de vapor. 
Neste processo existem muitas variáveis que estão sujeitas a variações fazendo com que 
a temperatura de saída se desvie do seu valor desejado. Caso isso aconteça, será 
necessário tomar medidas para corrigir este desvio. 
 
 
 
Figura 1: Trocador de calor 
 
A partir destas considerações podemos descrever algumas definições importantes 
utilizadas em controle de processos: 
Processo: conjunto de atividades ou passos que objetivam atingir uma meta. Utilizado 
para criar, inventar, projetar, transformar, produzir, controlar, manter e usar produtos ou 
sistemas. 
 
Processos industriais: procedimentos envolvendo passos químicos ou mecânicos que 
fazem parte da manufatura de um ou vários itens, usados em grande escala. 
 
Automatizar e controlar um processo significa atuar sobre ele ou sobre as condições 
as quais o processo está sujeito, de modo a manter variáveis e quantidades estáveis com 
o passar do tempo, mesmo que interferências externas tentem desviá-lo desta condição. 
Fluído do processo 
Ti(t) 
T(t) 
 
Automação: sistema automático de controle pelo qual os mecanismos verificam seu 
próprio funcionamento, efetuando medições e introduzindo correções, sem necessidade 
de interferência do homem. 
 
Controle de processos: técnica de manter variáveis de um processo (como temperatura 
e pressão) em valores predeterminados a partir de um procedimento que calcula 
correções proporcionais a uma ou mais variáveis que são medidas em tempo real por um 
determinado equipamento. 
 
Variável controlada ou Variável do processo: É a grandeza ou condição que é medida 
ou controlada, e é normalmente a saída do sistema. Controlar significa medir o valor da 
variável controlada do sistema e utilizar outra variável do processo chamada variável 
manipulada (VM) que por sua vez irá corrigir ou limitar os desvios do valor medido 
quando comparado com o valor de desejado, ou valor de referência ou set-point. 
Variável sobre a qual o controle atua, no sentido de manter um determinado 
comportamento desejável no processo. 
 
Variável manipulada (VM): É a grandeza ou condição modificada pelo controlador de 
modo que afete o valor da variável controlada. 
Qualquer variável do processo que causa uma variação rápida na variável controlada e 
que seja fácil de manipular. 
 
Elementos Finais de Controle: são aqueles, dentro de uma malha de controle, 
responsáveis pela atuação direta sobre os processos, recebendo sinal de comando do 
controlador para corrigir o desvio do valor desejado (set-point). Na maioria dos casos 
este elemento final é uma válvula, podendo ser uma bomba, um solenoide, um pistão, 
um motor elétrico, etc. 
 
Valor desejado (setpoint): sinal de entrada que estabelece o valor desejado da variável 
controlada. O setpoint e a variável controlada são expressos nas mesmas unidades. 
 
Desse modo, o processo seria o trocador de calor e seus componentes associados como 
apresentado na figura 1. A variável controlada é T(t), valor atual da temperatura na 
saída do processo. Em princípio, é estabelecido pelo usuário um valor desejado para a 
variável controlada que chamaremos de Td, temperatura desejada, ponto fixo ou 
setpoint. Ti(t) é uma variável independente que representa a temperatura do fluído do 
processo na entrada. 
O objetivo é manter a temperatura de saída em seu valor desejado, ou seja, T(t) = Td. 
Uma forma de alcançar este objetivo é: 
1. Medir o valor atual da temperatura T(t); 
2. Compará-la com o seu valor desejado Td; 
3. Verificar se existe algum desvio; 
4. Decidir o que fazer para corrigir o desvio. 
Este procedimento pode ser visualizado na forma de um diagrama como apresentado na 
figura 2. 
Como citado anteriormente, algumas variáveis deste processo estão sujeitas a variações 
fazendo com que o processo mudasse o seu estado estacionário, causando, portanto, 
variação na variável na saída. Estas variáveis são a temperatura de entrada Ti(t), o fluxo 
de entrada Q(t), as propriedades físicas do fluído, as condições do vapor e a limpeza do 
trocador, além das condições ambientais. 
Para que as condições planejadas sejam alcançadas então o fluxo de vapor, ou seja, a 
variável manipulada Vm é exatamente o que precisamos para manter a temperatura de 
saída T(t) no valor desejado. 
Modos de controlar um processo: 
Controle manual é a condição na qual o controlador está desconectado do processo, isto 
é, o controlador não está tomando a decisão de como manter a variável controlada no 
valor desejado. 
O controle de malha fechada é a condição na qual o controlador está conectado ao 
processo, comparando o valor do set-point ou ponto fixo à variável controlada, 
determinando e efetuando a ação corretiva. 
 
Controle das variáveis do processo 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Sistema de malha fechada para controle do processo 
 
 
 
 
 
 
MEDIR 
(SENSOR) 
 
ATUAR 
PROCESSO 
(TROCADOR DE 
CALOR 
 
COMPARAR 
 
CONTROLAR 
(DECISÃO) 
T(t) 
saída 
Td 
valor 
desejado 
e Vm 
 
TRANSMITIR 
b