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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS – UNILESTE Curso de Engenharia Mecânica Karol Luíza Marinho Ferreira Sávio Lintz Magalhães Novais INFLUÊNCIA DOS DEFEITOS MECÂNICOS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE TIPO GLOBO NO MODELO MATEMÁTICO DE UMA MALHA DE NÍVEL EM UMA PLANTA DIDÁTICA 3 DA SMAR Professor Orientador: Ronaldo Neves Ribeiro Coronel Fabriciano 2016 KAROL LUÍZA MARINHO FERREIRA SÁVIO LINTZ MAGALHÃES NOVAIS INFLUÊNCIA DOS DEFEITOS MECÂNICOS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE TIPO GLOBO NO MODELO MATEMÁTICO DE UMA MALHA DE NÍVEL EM UMA PLANTA DIDÁTICA 3 DA SMAR Monografia apresentada ao curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica. Professor orientador: MSc. Ronaldo Neves Ribeiro. Coronel Fabriciano 2016 KAROL LUÍZA MARINHO FERREIRA SÁVIO LINTZ MAGALHÃES NOVAIS INFLUÊNCIA DOS DEFEITOS MECÂNICOS DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE TIPO GLOBO NO MODELO MATEMÁTICO DE UMA MALHA DE NÍVEL EM UMA PLANTA DIDÁTICA 3 DA SMAR Monografia submetida à comissão examinadora designada pelo curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica. Aprovado em 26 de novembro de 2016. Professor Orientador: Ronaldo Neves Ribeiro Titulação: Mestre em Engenharia Industrial Instituição: Centro Universitário do Leste de Minas Gerais Professora de Metodologia: Elizabete Marinho Serra Negra Titulação: Doutora em Administração Instituição: Centro Universitário do Leste de Minas Gerais Professor (a) Convidado (a): Titulação: Instituição: Centro Universitário do Leste de Minas Gerais Dedico este trabalho a Deus, por me abençoar, me dar força e aquietar minha mente. Aos meus pais José Carlos e Rosemay e ao meu irmão Jean por estarem sempre disponíveis a me ajudar, suas simples ações foram decisivas para que eu conseguisse seguir firme nessa caminhada. Aos amigos que fiz, por me direcionarem nos estudos e pelo companheirismo, boa parte da minha formação eu devo a vocês. Karol Luíza Marinho Ferreira Dedico este trabalho primeiramente a Deus por ter tornado possível esta conquista na minha vida. À minha família, em especial à minha mãe Maria Izabel pelas horas de sono perdida aguardando o meu retorno para casa, e finalmente aos meus amigos por manterem por mim o companheirismo de sempre, mesmo após dias de recluso nas semanas de prova que por aqui trilhei. Sávio Lintz Magalhães Novais AGRADECIMENTOS Aos professores Ronaldo Neves e Elizabete Marinho pelo apoio essencial no desenvolvimento deste trabalho, por estarem sempre disponíveis quando necessário e pelo comprometimento que tiveram no auxílio da execução de nossas atividades. Ao Eli Lauro pela ajuda imensurável que nos deu, por se mostrar sempre prestativo e sanar nossas diversas dúvidas. Ao corpo docente do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, pela excelência na qualidade do ensino e pela disponibilidade de nos ajudar na construção do nosso conhecimento nesses anos de caminhada. À instituição UNILESTE, por permitir a utilização de suas dependências como estudo para realização do nosso trabalho. “If I have seen a little further it is by standing on the shoulders of Giants” Isaac Newton (apud site, 2016, on-line) RESUMO No presente trabalho é apresentado um estudo sobre os defeitos mecânicos decorrentes em uma válvula de controle tipo globo, simulados em uma planta didática. Por se tratar do elemento final de controle mais utilizado nos processos industriais, as válvulas de controle desempenham papel importante na continuidade do processo produtivo. Atualmente a variabilidade no controle destas válvulas gera grande desperdício de energia, alto índice de paradas não programadas para manutenção, além de perdas da qualidade dos processos. Estima-se que entre 20 a 30% das malhas de controle apresentam falhas por influência de defeitos mecânicos. Utilizando uma planta didática PD3 da SMAR foi levantado o modelo matemático de uma malha de nível e com o auxílio do software MatLab foi reproduzido o modelo do funcionamento real do sistema estudado, bem como o modelo matemático que descreve o comportamento da curva de reação do sistema depois de inseridas as condições capazes de simular os defeitos mecânicos na válvula de controle como, por exemplo, a variação da pressão de alimentação e o agarramento entre as partes fixas e móveis da válvula, a fim de observar as influências destas falhas no modelo global da malha. Os resultados evidenciaram que influências no comportamento da válvula de controle alteram significativamente o modelo de referência. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar e comparar o comportamento da curva de um sistema de controle de nível onde seu elemento final de controle apresenta defeitos mecânicos por meio de simulações. Palavras-chave: Válvula de Controle. Modelagem. Controle. ABSTRACT In this present work is presented a study about the mechanical defects resulting from a control globe valve that was simulated in a didactic plant. Because it’s the most used final control element in industrial process the control valves exercise an important role in continuity of the productive process. Now a days the variability on those control valves' bring forth large waste of energy, high index of production stop for unscheduled maintenance, besides loss in process quality. It's estimated that between 20 and 30% of control meshes present faults due to mechanical defects. The mathematical model of a level mesh was raised using a didactic plant PD3 from SMAR and with the help of the software Matlab was reproduced the model of the real operation of the studied system, as well as the mathematical model that describes the behavior of the reaction curve of the system after inserting the conditions capable of simulating the mechanical defects in the control valve as, for example, the variation of the air supply pressure and the grip between the fixed and movable parts of the valve, in order to observe the influences of these defects in the global model of the mesh. The results showed that influences on control valve behavior alter significantly the reference model. Therefore, the objective of this work is to study and compare the behavior of the curve of a level control system where its final control element presents mechanical defects through simulations. Keywords: Control Valve. Modeling. Control. LISTA DE FIGURAS Figura 1 Revoluções Industriais 17 Figura 2 Sistema de controle em malha aberta 18 Figura 3 Sistema de controle em malha fechada 19 Figura 4 Processo típico de controle automático de nível em malha fechada 19Figura 5 Elemento final de controle em um processo 20 Figura 6 Válvula de controle com atuador e posicionador 21 Figura 7 Curvas características de abertura de válvulas de controle 22 Figura 8 Válvula Globo de sede simples 23 Figura 9 Válvula globo com gaiola 24 Figura 10 Atuador pneumático mola diafragma 25 Figura 11 Relação entre a pressão de ar no diafragma e o curso da haste 26 Figura 12 Válvula de controle com posicionador inteligente 27 Figura 13 Ilustração do backlash 28 Figura 14 Ilustração do stiction 29 Figura 15 Vista frontal PD3 31 Figura 16 Etapas no desenvolvimento de um modelo matemático 32 Figura 17 Técnicas de modelagem matemática 34 Figura 18 Identificação do sistema 39 Figura 19 Teste para obter o modelo da dinâmica do processo 39 Figura 20 Validação do modelo 41 Figura 21 Curva de reação da pressão de 27 psi 43 Figura 22 Curva da função da pressão de 27 psi 44 Figura 23 Curva da função do modelo e função da pressão de 27 psi 44 Figura 24 Curva de reação da pressão de 22,5 psi 45 Figura 25 Curva da função da pressão de 22,5 psi 46 Figura 26 Curva da função do modelo e função da pressão de 22,5 psi 47 Figura 27 Curva de reação da pressão de 18 psi 48 Figura 28 Curva da função da pressão de 18 psi 49 Figura 29 Curva de reação e curva da função da pressão de 18 psi 49 Figura 30 Curva da função do modelo e função da pressão de 18 psi 50 Figura 31 Curva de reação da mola “A” 53 Figura 32 Curva da função da mola “A” 54 Figura 33 Curva da função do modelo e função da mola “A” 55 Figura 34 Curva de reação da mola “B” 56 Figura 35 Curva da função da mola “B” 57 Figura 36 Curva de reação e curva da função da mola “B” 57 Figura 37 Curva da função do modelo e função da mola “B” 58 Figura 38 Curva da função do modelo e função das pressões de 27, 22,5 e 18 psi 60 Figura 39 Curva da função do modelo e função das molas “A” e “B” 61 LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS t0s – Atraso de tempo do sistema ou tempo morto ߬௦ – Constante de tempo do sistema ∆ – Variação AISI – American Iron and Steel Institute ANSI – American National Standards Institute ASTM – American Society for Testing and Materials B(s) – Sinal de realimentação CLP – Controlador lógico programável cm – Centímetros CV – Coeficiente de vazão F – Força aplicada G(s) – Controlador HART – Highway Addressable Remote Transducer H(s) – Função da saída lbs – Libras IoT – Internet of Things ITU – International Telecommunication Union k – Constante de proporcionalidade K – Ganho em regime estacionário do processo kgf – Quilograma-força LIC – Indicador controlador de nível LT – Transmissor de nível mA – Miliampere mm – Milímetros N – Newton PD3 – Planta didática 3 PDAI – Plano Diretor de Automação e Informação psi – Pound force per square inch PV – Variável controlada R(s) – Entrada do sistema t1 – Instante do tempo em que o degrau foi aplicado t2 – Instante do tempo de resposta ao degrau aplicado T1 – Entrada da variável manipulada T2 – Saída da variável manipulada tf – Tonelada-força U(s) – Erro x – Deformação Y(s) – Saída do sistema SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 14 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 16 2.1 Apanhado histórico 16 2.2 Malhas de controle 17 2.2.1 Sistemas de controle de malha aberta 17 2.2.2 Sistemas de controle de malha fechada 18 2.3 Elementos Finais de Controle 20 2.4 Não linearidades em válvulas de controle 27 2.5 Planta didática 3 SMAR 30 2.6 Modelagem Matemática 31 2.6.1 Identificação de sistemas 33 2.6.2 Classificação dos modelos dinâmicos 34 3 ESTUDO DE CASO 37 3.1 Metodologia 37 3.2 Validação do modelo 41 3.3 Indução de defeitos na planta 42 3.4 Resultados e discussões 58 4 CONCLUSÃO 62 REFERÊNCIAS 64 14 1 INTRODUÇÃO O controle de processos industriais tem por finalidade manter a qualidade dos quesitos operacionais no que se refere à fabricação de seus produtos. Tais controles baseiam-se em parâmetros pré-estabelecidos. Estes são, normalmente, variáveis que devem ser acompanhadas e comparadas, com o intuito de garantir a continuidade do processo. Foi utilizado como objeto de estudo uma válvula de controle tipo globo. A escolha pelo modelo da válvula se deu em função da disponibilidade desta no laboratório de instrumentação e controle do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais (UNILESTE). Como forma de simulação de defeitos na válvula alterou-se a pressão de alimentação do atuador e adicionou-se uma mola entre o atuador e o corpo da mesma, com o desejo de causar perturbações no suprimento de ar de alimentação do atuador e de agarramento das partes fixas e móveis da válvula. A influência destas descontinuidades, muitas vezes oriundas de problemas mecânicos, podem causar perturbações no processo, oscilações da malha de controle e histerese, por exemplo. Além disto, a variabilidade no controle das válvulas gera grande desperdício de energia, alto índice de parada para manutenção não programada, além de perda da qualidade dos processos. Srinivasan e Rengaswamy (2005) afirmam que entre 20 a 30% das malhas de controle auditadas por eles apresentam oscilações no controle das válvulas devido problemas mecânicos. Diante do exposto questiona-se: será que as oscilações são provenientes de problemas mecânicos? O trabalho visa responder: qual a influência dos defeitos mecânicos presentes em uma válvula controladora no modelo matemático de um sistema de controle de nível O objetivo do trabalho é comparar o comportamento da curva de reação de um sistema de controle de nível onde seu elemento final de controle apresenta defeitos mecânicos por meio de simulações com uma curva gerada pela função de transferência da malha de controle sem defeitos. 15 Este trabalho apresenta uma pesquisa bibliográfica do apanhado histórico da automação industrial, a definição das principais malhas e elementos finais de controle com foco na válvula globo e os métodos de modelos matemáticos mais utilizados. O trabalho apresenta também um estudo de caso para verificação da influência que os defeitos mecânicos presentes nos elementos finais de controle ocasionam no controle da variável de um processo. A metodologia utilizada no estudo de caso foi a elaboração do modelamento matemático capaz de descrever o funcionamento do processo da malha de controle estudada, desenvolvido por meio do método de identificação de sistemas. Este método consiste em obter a função de transferência que seja compatível com o comportamento do processo estudado. A simulação dos defeitos mecânicos foi realizada diminuindo de forma manual a pressão de alimentação do atuador da válvula de controle para simular defeitos típicos de diferencial de pressão e com a inserção de uma mola de compressão no curso da haste para simular os defeitos causados pelo agarramento entre internos fixos e móveis da válvula. Com o auxílio do software MatLab validou-se o modelo obtido por meio da função de transferência do processo. Sendo então possível a comparação entre as curvas de reação de cada defeito simulado, identificando e analisando a influência destes defeitos na malha de controle do processo. 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Apanhado históricoO desenvolvimento da tecnologia proveniente da primeira revolução industrial caracterizou o surgimento da automação. Com a criação inglesa da máquina a vapor a força humana passou a ser substituída pela força das máquinas, impulsionando a produção de artigos manufaturados e criando meios de transportes para grandes volumes de produtos (SILEVIRA; LIMA, 2016). No século XIX a indústria cresceu e se solidificou, com o emprego da energia elétrica, a utilização do motor a combustão e a substituição do ferro pelo aço o crescimento industrial na Europa e nos Estados Unidos cresceu exponencialmente. Desta forma cientistas passaram a se dedicar na formulação de teorias e no invento de máquinas capazes de reduzir os custos e o tempo de fabricação de produtos, para que pudessem ser produzidos em escalas cada vez maiores. À criação destas tecnologias, e a outros acontecimentos que seguiram, foi dado o título de segunda Revolução Industrial (SOUZA, 2016). A utilização da eletrônica e da informática para aperfeiçoar o processo produtivo na década de 60 deu início à terceira Revolução Industrial. Com um grande aliado, a automação passou a utilizar os controladores lógicos programáveis (CLP) para comandar equipamentos de forma a reprogramá-los a cada demanda de determinado produto, dando início às linhas contínuas de produção automatizada (MAITELLI, 2016). Atualmente a sociedade presencia a era denominada por muitos como a quarta Revolução Industrial, onde a integração de equipamentos ocorre de maneira mais natural, isto é, a combinação entre indústria e dispositivos eletrônicos que são comumente utilizados no dia a dia das pessoas torna o acesso à informação dentro das empresas mais fácil e mais preciso. O objetivo desta combinação é gerir o processo produtivo de maneira mais ampla, melhorando a eficiência na produção (BEUREN; MARTINS, 2001). Na revo Fon Essa é um defin das Uniã glob inter em e 2.2 M 2.2.1 Os s são sina figura 1 oluções ind nte: Arktis (20 a flexibilida m dos cam nição gene coisas sig ão Internac al que per rligação de evolução) d Malhas de 1 Sistema sistemas e identificad l não é m estão re dustriais ao 016, on-line) ade no ace mpos de at eralizada e nifica ou r cional de rmite serviç e coisas vir de informa e controle as de con em que o s dos como medido nem presentada o longo da Figura 1 . esso a info tuação da entre os p representa Telecomu ços avança rtuais ou fí ação e com trole de m sinal de sa sistemas m realimen as algum história. 1 Revoluçõ ormação c chamada profissionai no contex nicações ados para ísicas fund municação malha aber aída não in de control ntado para as invenç ões Industr aracteriza “Internet is da área xto informa (ITU, 2016 a Socieda amentada interoperá rta nterfere na le de malh a compara ções que riais as indústr das coisas a a respeit acional. En 6) a IoT é ade da Info em tecnol áveis. a ação de ha aberta, ação com caracteri rias intelige s”. Não se to do que ntretanto, s é uma infr ormação po logias (exi controle d de forma a entrada 17 zaram as entes, que e tem uma a Internet segundo a raestrutura or meio da stentes ou do sistema a que este (OGATA, 7 s e a t a a a u a e , 2010 auto arma Na f onde o co A ga aber com desv siste entra 2.2.2 De a uma alter ação Obse corre repre com 0). Estes ocorreção azenados figura 2 é e Y(s) repr ntrolador é arantia da rta depend o a saída vio em rela ema poder ada U(s) (B 2 Sistema acordo com a malha ab ração da v o para repa erva-se na esponde esentado o U(s) e o sistemas frente a (CARVALH exposto u resenta a s é G(s). Figur Fonte: qualidade de integral Y(s) não ação ao va rá impedir BAYER; A as de con m Carvalho berta para variável con arar tal alte a figura 3 ao valor por B(s), a controlado podem se inevitáveis HO, 2000) um diagram saída do s ra 2 Sistem Palhares, m e da variá mente da é medida alor desejad ou prejud RAÚJO, 20 trole de m o (2000) o a fechada ntrolada (P eração. um diagra de entra a saída é or do proce er caracte s discrepâ . ma de blo istema, a e ma de cont odificado (20 vel de sa precisão a torna-se do. Sendo icar a exe 011). malha fech ponto prin a é que na PV) em fun ama de blo ada do s Y(s), a fu esso é G(s rizados ta âncias ent ocos de um entrada do role em ma 016, on-line) ída de sis de calibra impossíve o assim qua ecução da hada ncipal que a segunda nção do se ocos de um sistema, o nção da s s). ambém pe tre a rea ma malha o sistema é alha aberta . stemas con ção do co el a determ alquer dist tarefa a q difere o co pode-se d et-point (SP ma malha o sinal d aída é H(s ela incapa alidade e de contro é definida a ntrolados ontrolador minação d túrbio que qual foi de ontrole rea determina P) e reagir fechada, e realime s), o erro 18 cidade de os dados ole aberta, por R(s) e por malha G(s), pois do erro ou ocorrer no esignada a alizado em r qualquer r com uma onde R(s) entação é é definido 8 e s , e a s u o a m r a ) é o O pa pela pred trans sina para ARA O sis um c rese corre gera cont corre apel da m saída Y( determinad smitir o sin l e a entra a que este AÚJO, 201 stema de c controle po ervatório e eção que s ar a força trole pode eção do ní Figura 4 P Figura Fonte: P alha de co (s), de m dos no pro nal de real ada fornec e atue de 1). controle de or malha f envia um será lido p mecânica rá impedir ível (NETO Processo t Fonte: Ms a 3 Sistema alhares (201 ontrole fec maneira qu cesso, des imentação ce o erro a forma a m e vazão de echada, o sinal para elo elemen a que irá c r ou libera O et al, 201 ípico de co pc, modificad a de contro 16, on-line). chada é m ue a variá sta forma o B(s) à en atuante U( minimizar o e um reserv nde o sen o controla nto final de corrigir o ar a pass 6). ontrole aut do (2016, on ole em ma manipular a ável contro este siste ntrada R(s) (s) que irá ou elimina vatório ilus sor de nív ador, este e controle, erro. No sagem do tomático de n-line). alha fechad a relação e olada este ema utiliza ), assim a á alimentar r o erro d strado pela vel realiza por sua ve sendo est exemplo c fluido par e nível em da entre a en eja nos p a função diferença r o contro do sistema a figura 4 e a leitura d ez emite u te o respo citado, a v ra que se m malha fec 19 trada R(s) parâmetros H(s) para entre este lador G(s) a (BAYER; exemplifica do nível do m sinal densável por válvula de eja feito a chada 9 ) s a e ) ; a o e r e a 2.3 E Os e quan cont cont em m Tal c pneu cont de fr al, 2 É po final O pr glob da S exec instr Elementos elementos ntidade de trolador, ob trolada. Po más condiç como o co umática ou trole, todav requência, 008). ossível obs de uma m F resente tra o que real SMAR mo cutado se rumentação s Finais d finais de c e energia bjetivando ortanto se ções de us ontrolador, u mecânica via é poss motores servar na malha de co Figura 5 Fonte: Bega e abalho utiliz liza o cont odelo PD3 deu em f o e control e Controle controle sã ou mate a preserva este elem so haverá i o elemen a. O eleme sível encon elétricos, b figura 5 o ontrole de 5 Elemento et al (2011, p zou como role de nív . A escolh função da le do Cent e ão mecani erial de a ação de u ento não f impactos n nto final de ento mais u ntrar outro bombas, c o posiciona nível. o final de c p. 421). objeto de vel em um ha pelo tip a disponibi ro Univers smos que acordo co m valor pr for especif negativos n e controle utilizado no s tipos de cilindros, e amento de ontrole em estudo um tanque de po da válv lidade des sitário do L alteram d om o sina edetermina ficado corr na otimizaç pode atua o meio indu e elemento ntre outros e uma válv m um proce ma válvula e água de vula e din ste sistem este de Mi de forma m al recebid ado de um retamente ção do pro ar de form ustrial é a os, como: s (ELETRO vula como esso controlado uma plant nâmica do ma no labo inas Gerai 20 mecânica a o de um ma variável ou estiver ocesso. ma elétrica, válvula de inversores OBRAS et elemento ora do tipo ta didática processo oratório de s. 0 a m l r , e s t o o a o e Válv A vá do p de a send acio resp ERIK O co posiç pres Para é fu exem tipos merc nest vula de Co álvula de c processo, a acordo com do eles: o nar a válv ponsável p KSSON, 20 ontrolador ção da ha ssão neces a que se o ndamental mplo: o tip s de conex cado vária te caso, é e ontrole controle ilus atuando n m a necess o corpo pr vula após por garant 016). emite um aste da vá ssária para Figura 6 V btenha um l que haja po do fluid xões, diâm as opções essencial a strada na o fluxo de sidade. A ropriament o recebim tir a prec m sinal par álvula e em a posiciona Válvula de c Fonte ma especifi a o pleno c o, tempera metro das t de válvu a seleção d figura 6 tra e passagem mesma é te dito da mento do cisão do ra o posic m seguida ar o obturad controle co e: Metso (20 icação pre conhecime atura, visc tubulações ulas para da opção m abalha dire m, aument composta válvula; sinal de posicionam ionador qu a envia um dor correta om atuado 016, on-line) cisa e efic ento dos d cosidade, p s, entre ou uma mesm mais viáve etamente n tando ou r por três e um atuado entrada, mento da ue compar m sinal par amente. r e posicio caz de uma dados do p pressões d tros. É po ma necess el economic no controle reduzindo elementos or, respon e um pos válvula ( ra este sin ra o atuad onador a válvula d processo, do process ossível que sidade e camente. 21 e do fluido o mesmo, principais, nsável por sicionador, (CASTRO; nal com a dor com a de controle como por so, vazão, e exista no aplicação, o , , r , ; a a e r , o , Toda geom orifíc calcu feito proc Em s com aber Na f CV d Válv prop que de ig essa a válvula d metria da m cio da válv ular o CV analisand cesso) (CA seguida é o fluido e rtura rápida figura 7 é do process Figura vulas com porcional c possuem gual porce a variação de controle mesma e d vula em u de qualqu do o CV d ASTRO; ER definido o e restringe a, de igual possível o so, da válv a 7 Curvas Fonte: C m caracter com a sua maior perd entagem va em relaçã e possui um define a qu m minuto uer fluido, s do process RIKSSON, o tipo de ob ou libera porcentag observar as ula e a abe s caracterí astro e Eriks rística de abertura, da de carg ariações ig ão à vazão m coeficien uantidade e com pe seja ele líq so e o CV 2016). bturador (a a passage gem ou pa s curvas d ertura da v ísticas de a sson, modific vazão li e são no a exatame guais na ha o do mome nte de vazã de fluido q erda de um quido ou g V da válvul a parte da em do me rabólica m de abertura válvula. abertura de cado (2016). near prod rmalmente ente na vá aste result ento, contro ão (CV), q que passa m bar de gasoso. O a (que de válvula qu smo), que odificada. a em funçã e válvulas duzem alt e especific lvula de co tam em po ola bem ab que está as por um de pressão. É dimension eve ser ma ue entra em e pode ser ão da razã de control terações cadas para ontrole. Na orcentagen berturas d 22 ssociado à eterminado É possível namento é aior que o m contado linear, de ão entre o e na vazão a sistemas as válvulas ns iguais a e até 50% 2 à o l é o o e o o s s a % mas tamb de v de a posic cont Válv As v mod sina quan ou a A co da c essa válvu tipos glob não gera gra bém válvu vazão inter abertura rá cionament troles on-o vula Globo válvulas glo dulante, qu l enviado p ndo subme assentos fa onstrução d característi as válvulas ulas de co s de válvu oidal. Para são supe ande aume las de nat rmediária e ápida gera to da hast ff. o obo (figura ue permite pelo contro etidas a tem abricados e Fi das válvula ica do con s geram g ontrole com ulas globo a o control eriores a ento da va tureza par entre as lin am grande te da mes a 8) são ad a variaçã olador. A v mperatura em polímer gura 8 Vál Fon as globo pe ntrole, ao m grandes pe mo a borbo o, porém t le de insta 20 bar é azão para rabólica mo neares e a e variação sma seja p dotadas em o do curso vedação d s de opera ros resilien lvula Globo nte: Gimenez ermitem fá modificar a erdas de oleta, esfer todas pos alações em interessa a aberturas odificada q as de igua o da vazã pequena. m sistema o da haste essas válv ação de at ntes (KLAP o de sede z (2012, on-l ácil manute a sede e o carga qua ra e gaveta ssuem con m que a va anteo uso s superior que possu l porcenta o mesmo É normalm s de contr e da válvu vulas é pra é 200°C e PPE, 2016) simples line). enção e at o obturado ando comp a, por exem nstruções riação da o de válv res a 50% ui uma car gem. Já a que a va mente utiliz role on-off ula de acor aticamente com o uso ). té mesmo or. Em con paradas co mplo. Exist principais pressão d vulas conv 23 %. Existem racterística as válvulas ariação no zada para e controle rdo com o e estanque o de anéis alterações ntrapartida om outras tem vários de forma e trabalho vencionais, 3 m a s o a e o e s s a s s a o , exist bar ( As v poss exer de c válvu estiv Para adic obtu Essa man em t múlt Atua O at tindo aque (EMERSO válvulas glo suem ótim rcem o con cavitação, ulas possu ver totalme a evitar es ionarem u urador (CAS as válvula nutenção e torno de 2 tiplos estág ador tuador é pa elas para c N, 2016). obo de sed mo custo-b ntrole do p trepidaçã uem guias ente fechad sses fenôm ma guia e STRO; ER as possue e maior cap 20 a 30% a gios (COEL arte integr controles m de simples benefício rocesso co o, vaporiz s superiore da. menos as m forma d RIKSSON, Figura 9 V Fonte: B m ainda pacidade d a mais, alé LHO, 2016 ante de um mais crítico são utiliza e são as om qualida zação e ru es e um se válvulas de gaiola (f 2016). Válvula glo Bega et al (20 maior fac de vazão e ém de pos 6). m sistema os onde a adas em op s mais ap ade, mas e uídos. Isto egundo ap globo sof figura 9), q obo com g 011, p. 439). ilidade na em relação ssibilitarem de contro pressão v perações c plicadas n estão susc o porque o poio apena freram alte que facilita aiola . remoção o às de se m a montag le e o resp varia entre convencion nas indúst cetíveis a fe o obturad as quando erações in a movime o dos inte ede simple gem de ga ponsável p 24 e 20 e 400 nais, estas trias. Elas enômenos or dessas o a válvula nternas ao entação do rnos para es, girando aiolas com por gerar a 4 0 s s s s a o o a o m a força o sin (sina exer válvu cara tradu total Na acio A pr aplic deslo com Os a deslo mov tipo a necessár nal de saíd al elétrico) rcida no di ula contra acterísticas uzindo-se mente abe figura 10 nada por u ressão do cada no d ocamento portament atuadores ocamento vimentos an borboleta ria para atu da do con ou já conv afragma q ariamente s dinâmica em tempo erta a toda são ilust um atuado Figur Fonte o ar comp diafragma. da haste to linear. tipo mola linear, en ngulares, r e esfera, p uar a válvu ntrolador c vertido em que movim a press as de resi os de repo fechada” trados alg r mola diaf ra 10 Atuad e: Emerson, primido qu . É possí e da válv a diafragm ntretanto é responsáve por exempl ula. No atu hega à câ um determ menta a has são da m stência e osta da vál (VALDMA guns comp fragma. dor pneum modificado ( e alimenta ível obser vula e a a mais co é possível eis pela at lo. uador pneu âmara de a minado val ste e cons mola. É capacitân vula, para N; FOLLY; ponentes mático mola (2016, on-lin a o atuad rvar na f pressão d omuns são encontrar tuação de umático do ar do atua or de pres sequentem o atuado ncia ao m o seu mo ; SALGAD de uma v a diafragma e). dor trabalh igura 11 de alimen o destinad r estes at válvulas ro tipo mola ador de fo ssão, essa mente o obt or que “ movimento ovimento d DO, 2008, p válvula de a ha como u a relação ntação ge os às válv uadores p otativas, co 25 diafragma rma direta pressão é turador da “apresenta da haste, da posição p. 139). e controle uma força o entre o rando um vulas com produzindo omo as do 5 a a é a a , o e a o m m o o Pos O u posic cont Nos adeq eletr conv A m difer curv são válvu alto- apon iden válvu Figura 1 icionador uso de p cionament trolador. É posiciona quado à ropneumát vertido em aior parte rença entre vas para ca caracterís ula, fiscaliz -calibração ntam alter tifica tamb ula está m 1 Relação Fon r posicionad to da hast possível e adores pne faixa de ticos o sina sinal pneu dos posic e estes e ada fecham sticas dos zação do o são algu rações na bém aquela ontada co entre a pr te: Bega et a ores no te da válv encontrar p eumáticos pressão al é recebi umático e e ionadores os posicio mento e ab posiciona tempo de uns exemp as válvulas as que não m atuador ressão de a al (2011, p. 4 elemento vula em re posicionad o sinal de do atua ido pelo co enviado ao atuais são onadores bertura da v adores inte resposta, plos. Dest s de con o necessita r e posicion ar no diafra 423). final de elação ao ores eletro e comando ador e e ontrolador o atuador ( o consider comuns é válvula de eligentes, a medição a forma o trole que am (CASS nador inteli agma e o c e controle sinal de e opneumátic o do contr enviado a em uma fa (BEGA et a rados inteli é a capaci controle. O a monitora de atrito e os posicion careçam IOLATO, 2 igente. curso da h e garante entrada re cos ou pne rolador é r ao mesmo aixa de 4 a al, 2011). igentes e dade de c Outras pro ação da p e a possib nadores in de manu 2016). Na f 26 haste o exato ecebido do eumáticos. recebido e o, e nos a 20 mA e a principal criação de opriedades posição da bilidade de nteligentes utenção e figura 12 a 6 o o . e s e l e s a e s e a 2.4 N As v cont a qu avar As p de s de c não plan 2005 Algu supr Back A fa alter mais resu F Não linear válvulas co trole manip ualidade e rias ou falh plantas ind seis meses controle ap linearidad ta e a qua 5). umas falha rimento de klash lha backla ra a direçã s partes de ultado gera Figura 12 V ridades em omo eleme pulando o estabilida has (ATTO ustriais pa s a três an presentem des causam alidade fina s de válvu pressão s sh (folga) ão da variá e instrumen a-se uma f Válvula de Fonte m válvulas nto final de fluxo de m de do pro LINI, 2016 assam por nos de ope problema m oscilaçõ al do prod ula de cont são alguns é a suspe ável deen ntos que e faixa de te controle co e: Mecânica s de contr e controle matéria e/o cesso é n 6). paradas d eração. É as, entretan ões que p duto ou pro trole são tí exemplos ensão do m ntrada dev estejam em empo onde om posicio (2016, on-lin role são respo u energia. ecessário e manuten possível q nto mante odem afet ocesso (SR ípicas, o b s. movimento vido a pres m contato e e a válvula onador inte ne). nsáveis po Sendo as que as m nção progr que nesse m-se o fun tar o cons RINIVASA acklash, a de um me sença de entre si (PA a não con eligente or atuar na ssim, para mesmas op ramadas ti período a ncionamen sumo de e AN; RENGA atrito e pro ecanismo q folga entre AIOLA, 200 nsegue atu 27 a malha de assegurar erem sem picamente as válvulas nto. Essas energia da ASWAMY, blemas no quando se e duas ou 08). Como uar o sinal 7 e r m e s s a , o e u o l rece 13. Atrit “O a duas mes inicia após O at malh (ATT sticti elem um abru É po entra situa b p ebido, ocas to atrito consis s superfície mo pode ará o movi s cessada trito estátic has de c TOLINI, 20 ion e pode mento cujo comportam upto”. ossível obs ada e de ações difer banda mo presença d sionando u ste em um es quaisqu ser classi imento ent a força do co é um do controle, p 016). No a e ser defin moviment mento está servar na saída de rentes: orta: a au do atrito es uma banda Figura 1 Fonte: Paio a força co uer que po ficado com tre duas pa o atrito está os maiores principalme ambiente d ido por Ch to suave em ático (sem figura 14 e uma vá sência de stático; a morta. E 3 Ilustraçã ola (2008, f. m tendênc ossuam co mo atrito e artes, e co ático. s responsá ente quan da automa houdhury e m resposta m movimen o compor álvula, que e movimen ste compo ão do back 15). cia a se op ontato físic estático, q omo atrito d áveis pela ndo o ele ação o atri et al (2005 a a variaçã nto) segui rtamento d e tenha s nto após ortamento lash or ao mov co entre si” quando a f dinâmico, presença emento fin to estático ) como: “a ão da entra do por um da relação tiction. No o sinal de é ilustrado vimento rela ” (PAIOLA força a se que passa de banda nal é um o é conhec a proprieda ada, é prec m salto re entre a v ota-se tam e entrada 28 o na figura ativo entre , 2008). O er vencida ará a atuar morta nas ma válvula cido como ade de um cedido por epentino e variável de mbém três devido a 8 a e O a r s a o m r e e s a s o e m d Sup De a indú de fa Qua exte ocas prop Outr tipo diafr salto: o m ocasionan entrada; movimento de entrada rimento d acordo co stria são a alha. ndo a pre rnos, a q sionando f porcional a ros tipos de mola diaf ragma são ovimento do um de o: neste mo a, onde há Fonte de pressão m Hägglun acionadas essão da quantidade falha no ac o sinal de e falha pod fragma. O alguns ex irregular d egrau na omento o v a presenç Figura 1 e: Paiola (200 o nd (2002) por atuado linha de a e de ar cionament entrada (E dem ocorre bloqueio xemplos (K da válvula variável d valor de sa ça do atrito 14 Ilustraç 08, f. 17). cerca de ores pneum ar comprim entregue to da válvu EMERSON er nos atua do respiro KARPENKO após venc de saída aída varia o dinâmico ção do stict 90% das máticos. Po mido de u ao atuad ula, obtend N, 2016). adores pne o e o vaz O; SEPEH cida a forç despropor de forma p (PAIOLA, tion válvulas d or sua vez ma planta or poderá do uma va eumáticos, amento de RI, 2002). ça do atrito rcional ao proporcion 2008). de control z estes são a altera po á ser ins ariável de , como os e ar comp 29 o estático, o valor de al ao valor e de uma o passiveis or motivos atisfatória, saída não atuadores primido no 9 , e r a s s , o s o 30 2.5 Planta didática 3 SMAR O cenário da automação industrial atual está em constante desenvolvimento, com o surgimento de novas tecnologias de comunicação que otimizam o controle dos processos industriais é necessário que os profissionais envolvidos nesse ramo ou aqueles que almejam obter uma formação nesta área sejam devidamente treinados. Para garantir uma formação de qualidade é necessária representação didática de um ambiente muito semelhante ao de uma planta industrial real, o que pode ser retratado pelas plantas didáticas da SMAR, como por exemplo, a PD3 (CASSIOLATO, 2016). A planta didática PD3 da SMAR (figura 15) utiliza os mesmos instrumentos de campo e aplicativos de software que são aplicados em grades plantas de controle de processos industriais para representar a operação das mesmas. É uma planta compacta que permite a modelagem e manipulação dos seus componentes, o controle e supervisão da mesma com características fiéis a realidade do ambiente industrial. “A flexibilidade de configuração dos dispositivos permite a criação de outras malhas de controle, além das malhas previamente fornecidas pela SMAR, sem a necessidade da reestruturação física de equipamentos” (SMAR, 2016). A planta SMAR simula o controle de processos como medição de nível, temperatura e vazão, e trabalha com a possibilidade de execução do controle das seguintes formas: controle antecipativo: possibilita a determinação do valor de variáveis manipuladas a partir do valor de variáveis monitoradas; controle em cascata: utiliza duas variáveis controladas para operar apenas uma variável; controle manual: o controle da variável é feito de forma manual após a liberação da modulação do sistema supervisório da SMAR. As plantas SMAR contêm as tecnologias Profibus, HART e Foundation Fieldbus e os posicionadores das válvulas de controle, transmissores de temperatura e pressão são exemplos de alguns componentes presentes na mesma (CASSIOLATO, 2016). 2.6 M Para parâ de r técn do c prob (AGU Bass símb ente reali Aind mod princ esta F Modelage a Ferruzzi âmetros qu representa icas matem conhecime blemas e s UIRRE, 20 sanezi (20 bolos que endido com zada por m da por Ba delador uti cípios bás s norteiam Fonte: Smar ( em Matemá (2003) a ue conduz r o objeto máticas, cr ento que b situações r 004). 002) acres represent mo modelo meio de grá assanezi ( iliza de re icos da pr m as próxi Figura (2016, on-lin ática modelage o modela de estudo riatividade busca obte reais, utiliz scenta que tam um fe o matemát áficos, tab 2002) par egras que rimeira eta mas etapa a 15 Vista ne). em matemáador no alc o, utilizand e experiê er um meio zando para e qualque enômeno o tico, sendo belas, siste ra a elab e podem apa são a as, desta f frontal PD ática é de cance de u do para iss ncia. A mo o de elabo a isso, prin r conjunto ou um obj o que a r mas de eq oração de ser elucid observaç forma as 3 finida pelo um modelo so, conhec odelagem m orar mode ncípios e e o de relaç eto real d epresentaç quações de e um mod dadas em ão e a ex informaçõe o conjunto o matemát cimentos c matemátic elos matem etapas pré ções mate de estudo, ção deste entre outra delo mate m cinco et xperiência, es de uma 31 o de leis e tico capaz científicos, ca é a área máticos de é-definidas máticas e pode ser pode ser as. emático, o tapas. Os visto que a situação e z , a e s e r r o s e o são A se mate nece hipó A te soluç mod dado A qu aval repre Este desc mate parâ colhidas p egunda eta emáticos q essário a a teses e a a rceira etap ção para a delos testa os reais do uinta etapa iadas e esentação Figu Fo e conjunto critos por emática a âmetros e v para poster apa é a ab que irão se análise de aplicação a pa envolve a resoluçã ados, com o estudo. a confronta modificad o a qual o m ra 16 Etap nte: Ribeiro de regras testes di ser usad validação d rior tratame bstração, o er testados variáveis adequada e a manipu ão do prob o objetivo a os resulta das, se modelo foi pas no des (2016, on-lin s é definid inâmicos da, determ do modelo ento matem onde o ob s. Para qu e possíve da linguag ulação do lema estu o de apur ados do m necessário construído senvolvime ne). do por ide e coleta minação d o (AGUIRR mático. bjetivo des ue se poss eis relaçõe gem matem modelo m dado. A q rar se os modelo com o, as pr o, figura 16 ento de um entificação de dados a estrutur RE, 2004). ta é a obt sam obter es entre ela mática. matemático uarta etap resultados m os dados remissas 6. modelo m de sistem s, escolha ra do mod tenção dos os mesm as, a cons o em prol d pa é a valid s coincidem s reais, po que orig matemático mas, e tam a de repr delo, estim 32 s modelos os, se faz strução de de alguma dação dos m com os odendo ser inaram a o mbém são esentação mação de 2 s z e a s s r a o o e 33 2.6.1 Identificação de sistemas Dentre as várias formas de se classificar as técnicas de modelagem, a que mais se destaca é o agrupamento dos métodos em três categorias, sendo elas, modelagem caixa branca, modelagem caixa preta e modelagem caixa cinza. Modelagem caixa branca Na modelagem caixa branca ou simplesmente modelagem física é necessário conhecer bem o sistema que está sendo modelado, bem como as leis físicas que o descrevem (AGUIRRE, 2004). Pelo fato do processo de obtenção do modelo se basear em leis e princípios físicos, todos os parâmetros são conhecidos, ou previamente determinados. Dados de entrada e saída do sistema, quando disponíveis são utilizados apenas para validar o modelo. Na identificação caixa branca os termos da estrutura e seus parâmetros possuem significado físico (GARCIA, 1997). A desvantagem se encontra no fato de que nem sempre é viável seguir esse procedimento devido à falta de tempo e conhecimento do sistema para o equacionamento dos fenômenos envolvidos. Em se tratando de microestruturas, as suas dimensões micrométricas e fragilidade são fatores que dificultam a utilização deste tipo de modelagem. Modelagem caixa preta A modelagem caixa preta busca técnicas alternativas à caixa branca. Uma de suas características é a não obrigatoriedade dos conhecimentos prévios do sistema, necessitando apenas de seus dados de entrada e saída (MARGOTI et al, 2010). A escolha de uma representação da estrutura é feita de forma empírica nos casos simples. Em casos complexos essa escolha é crítica, o que justifica o uso de métodos sofisticados para seleção da estrutura do modelo. Tais métodos baseiam- se em técnicas de álgebra linear e em conceitos de estatística. Para estimação de parâmetros utilizam-se procedimentos de otimização sem restrições. Na identificação caixa preta não existe nenhuma relação óbvia entre a estrutura e os parâmetros do sistema a ser identificado (GARCIA, 1997). Como desvantagens, destaca-se que a estrutura do modelo não possui significado físico, a dificuldade para 2000 Mod O de tenh de e Este perm med iden prati A fig níve Fo 2.6.2 Um elem prev Segu form m s a sua seleç 0). delagem c esenvolvim ha do siste entrada e s es proced mitem a ut didos, o q tificação c icamente e gura 17 re is de inform onte: Corrêa 2 Classifi sistema é mentos co visões de s undo Agui mas, segun modelos l satisfazer ção e o n aixa cinza mento de m ma durant saída são imentos n tilização d que result caixa cinza em aberto epresenta mação aux Figura e Aguirre, m icação do é dito dinâ nstituintes sistemas fís rre (2004) do suas ca ineares ou o princíp úmero exc a métodos qu te a sua id classificad não exige e conheci ta em mo a é uma ár (AGUIRRE as três té xiliar na ide a 17 Técni modificado (2 s modelos âmico qua , variam sicos, bioló , os mode aracterístic u não line pio da s cessivo de ue permita entificação dos como em conhec imentos q odelos ma rea ampla, E, 2004). écnicas de entificação icas de mo 2004, on-line s dinâmic ando algum no tempo ógicos, fina elos dinâm cas, descri eares: os uperposiçã e parâmetr am incorpo o e que nã modelagem cimento d ue não es ais repres , possuind modelage o caixa cinz odelagem m ) cos mas grand o. São us anceiros, d icos pode tos como s sistemas ão, além ros (PEAR rar alguma ão esteja d m caixa ci da física stejam dis sentativos o vários p em matem za. matemátic dezas, que sados par dentre outr m ser apre seguem: lineares s de poss RSON; PO a informaç disponível n nza (LJUN do proce sponíveis n e signific problemas mática mos ca e caracteri ra modela ros (AGUIA esentados se caracte suir um t 34 OTTMANN, ção que se nos dados NG, 1999). esso, mas nos dados cativos. A que estão strando os izam seus ar e fazer AR, 2016). s de várias erizam por tratamento 4 , e s . s s A o s s r s r o 35 simplificado. O fato de não considerar algumas não linearidades pode comprometer uma boa análise do sistema. Se o princípio da superposição não for satisfeito, os modelos são considerados não lineares. A princípio todo sistema é não linear, mas sempre é possível modificá-lo de forma a aproximá-lo de um sistema linear; modelos contínuos e discretos:nos modelos contínuos é analisada a evolução da variável independente temporal. Neste caso a evolução é contínua para qualquer intervalo de tempo, podendo ser modelada por equações diferenciais ou pela função de transferência contínua. Se a evolução da variável independente temporal ocorre em instantes isolados de tempo, esses modelos são chamados de discretos e podem ser representados por equações. Estas equações possuem resolução computacional pelo fato de se obter a solução numericamente; modelos de parâmetros concentrados e parâmetros distribuídos: os modelos de parâmetros concentrados são aqueles nos quais se admite que as propriedades sejam uniformes no espaço, ou seja, que as propriedades não variam com as coordenadas de posição. Esses sistemas podem ser descritos por equações diferenciais ordinárias. Nos modelos de parâmetros distribuídos admite-se que as propriedades variam com as coordenadas espaciais e são descritos por equações diferenciais parciais; modelos paramétricos e não paramétricos: os modelos paramétricos relacionam a entrada e a saída por meio de um conjunto de parâmetros. Por outro lado, os modelos não paramétricos dão ênfase para as representações gráficas; modelos determinísticos e estocásticos: os modelos determinísticos são baseados nas certezas dos dados de seu comportamento, enquanto que os modelos estocásticos imperam as incertezas na forma de variáveis aleatórias na saída do sistema; modelos monovariável e multivariável: os modelos onde a relação é expressa por um par de variáveis (entrada e saída) são ditos monovariáveis. Se apresentarem uma relação com mais de um par de variáveis, são denominados de multivariáveis; modelo causal ou anticipativo: um modelo causal possui um sistema que começa a responder a uma excitação no exato momento em que esta é aplicada 36 no sistema. Se o sistema é capaz de responder antes da aplicação dos sinais de entrada, será classificado como modelo anticipativo; modelos variantes e invariantes no tempo: nos modelos variantes os parâmetros são em função do tempo, isto é, são variáveis. Por outro lado, se os parâmetros são constantes ao longo do tempo, o sistema é classificado como invariante. 37 3 ESTUDO DE CASO Conforme exposto anteriormente as malhas de controle que apresentam oscilações nos seus elementos finais provocam avarias no processo produtivo das indústrias e essas falhas podem ser ocasionadas por defeitos mecânicos. À vista disso, o estudo de caso realizado comparou o comportamento da curva de reação validada de um sistema de controle de nível de uma planta didática da SMAR (PD3) em condições normais de operação com a curva desse mesmo sistema gerada após a exposição de defeitos mecânicos, por meio de simulações, em seu elemento final de controle. 3.1 Metodologia Identificação do sistema A identificação do sistema prosseguiu conforme o método de modelagem caixa preta que despreza as interferências dos mecanismos internos da planta e relaciona apenas os valores de entrada e saída do processo para a obtenção do modelo, determinando o modelo dinâmico da planta mediante dados empíricos coletados na mesma (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010). Entre os instrumentos utilizados para a realização dos ensaios de controle do nível da planta o principal foi a válvula de controle tipo globo da Masoneilan modelo 88- 21125, montada com um atuador pneumático tipo mola diafragma e um posicionador digital. Outras características da válvula podem ser observadas no quadro 1. Quadro 1 Características da Válvula de Controle Válvula de controle tipo globo modelo 88-21125 Diâmetro nominal ½” Extremidade Flangeada Norma de construção dos flanges ANSI B16.5 Classe de pressão 150 lbs Pressão máxima de alimentação 30 psi Tipo de operação Normalmente fechada 38 1 0 s st S eKG Material do corpo ASTM A216 Gr. WCC Material dos internos AISI 316 Fonte: Autores A pressão de alimentação do atuador da válvula em condições ideais de operação é de 30 psi. Esse valor foi adotado como referência para a determinação do modelo matemático do processo. Por se tratar de um sistema de primeira ordem a definição do modelo matemático capaz de descrever o seu funcionamento foi obtido por meio da equação 1 (VALDMAN; FOLLY; SALGADO, 2008). (1) Sendo: K = ganho em regime estacionário do processo; ߬௦ = constante de tempo do sistema (s); t0s = atraso de tempo do sistema ou tempo morto (s). A par da dinâmica do processo foi utilizado como objeto para a concepção da curva do sistema o software MatLab. Para a obtenção da curva aplicou-se um degrau de 35 para 45% na variável manipulada, e a partir dos dados gerados pelo MatLab foi possível a reprodução do gráfico da curva do sistema, ilustrado pela figura 18. Em variá Para repre Para Fonte: Auto posse da áveis nece a a corre esentado n Fig F a a determ ores curva de essárias p eta obtenç na figura 1 gura 19 Tes Fonte: Campo minação do Figura 18 reação d ara a dete ção das m 9. ste para ob os e Teixeira ganho do 8 Identifica do sistema erminação mesmas f bter o mod a (2010, p. 19 processo ção do sis a gerado p o do mode foi utilizad delo da din 9). (K) realizo tema pelo MatL elo da dinâ do como âmica do p ou-se a raz Lab encont âmica do referência processo zão entre a 39 trou-se as processo. a o teste a variação 9 s . e o 40 120 ttst 12 12 UU TT U TK da variável controlada pela variável manipulada representada pela equação 2 (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010). (2) Sendo: T1 = Entrada da variável manipulada; T2 = Saída da variável manipulada; U1 = Entrada da variável controlada; U2 = Saída da variável controlada; A constante de tempo (߬௦) foi obtida a partir da determinação do valor da variável controlada no instante em que a resposta de saída do sistema alcançou 63,2% do seu valor final. Identificou-se este valor no gráfico da curva do sistema disponível pelo MatLab o que possibilitou a determinação do seu valor do tempo correspondente, caracterizando o valor da variável (߬௦). Para a obtenção do tempo morto determinou-se a diferença entre o valor do tempo que o degrau foi adicionado e valor do tempo que o sistema respondeu a este degrau, descrito na equação 3. O tempo morto pode ser definido também como o atraso da resposta do sistema ao degrau aplicado (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010). (3) Sendo: t1 = Instante do tempo em que o degrau foi aplicado (s); t2 = Instante do tempo de resposta ao degrau aplicado (s); Conhecendo todas as variáveis necessárias para a definição da função de transferência dos parâmetros de processo utilizado, obteve-se a equação 4. 3.2 V Após valid resu foi fe dado trans É po proc simil refer mec Validação s a deter dação do m ultados obt eita analisa os obtidos sferência, Fonte: Auto ossível obs cesso, ou lar ao da c rência pa cânicos na o do mode rminação modelo re idos matem ando a cur s pelo M ilustrada d ores servar na seja, está curva da fu ra análise válvula. G elo da função presentado maticamen rva de reaç atLab com da mesma Figura2 figura 20 validado unção de t e dos res 249 562,3SG o de tran o pela equ nte coincid ção do pro m a curva forma na f 20 Validaç que o mo porque o transferên sultados o 19 2 15 s se nsferência uação 4, d dem com o cesso ilust a de rea figura 20. ão do mod odelo mate comportam cia. Este m obtidos qu do proce de forma a os dados re trada grafic ção gerad delo emático ate mento da modelo ser uando ind esso, real a comprov eais. Essa camente a da pela f ende a din curva do rá empreg duzidos os 41 (4) lizou-se a var que os validação a partir dos função de nâmica do sistema é gado como s defeitos a s o s e o é o s 42 3.3 Indução de defeitos na planta Com o intuito de induzir defeitos na planta, optou-se por simular as falhas mecânicas que podem ocorrer no suprimento de ar do atuador da válvula e o atrito dos internos da mesma. Sobre a falha no suprimento de ar, a pressão de alimentação do atuador foi alterada de forma manual em 27, 22,5 e 18 psi que correspondem respectivamente a 90, 75 e 60% do valor de referência que é 30 psi. Como forma de simular o atrito dos internos do corpo da válvula foi adicionada duas molas com constantes elásticas diferentes no curso de atuação da válvula. Determinou-se então a função de transferência para cada alteração na pressão e cada inserção de mola, e ilustraram-se os resultados graficamente, possibilitando uma posterior análise da influência que estes defeitos geraram no processo. Alteração da pressão para 27 psi Alterou-se manualmente a pressão de alimentação do atuador da válvula para 27 psi e procedeu-se com a geração da curva de reação aplicando, tal como na identificação do sistema, um degrau de 35 para 45% na variável manipulada. Esta curva foi ilustrada graficamente a partir dos dados coletados pelo MatLab que pode ser observada pela figura 21. A ob colet temp de t alime Em dete figur Fonte: Auto btenção do ta dos dad po morto c transferênc entação de posse des erminação ra 22. Figura ores o modelo d dos das va conforme d cia da cu e 27 psi fo ssa função da curva d SG a 21 Curva dinâmico q riáveis da descrito na rva de re i definida n o de transf de reação 260 933,3 s S e a de reação ue descrev constante a identifica eação do na equaçã ferência ge da pressã 1 10 se o da pressã ve essa cu do tempo, ação do sis sistema o o 5. erou-se a c o de 27 ps ão de 27 p urva foi rea , ganho es stema. Sen operando curva da m si, que pod psi alizado com stático do p ndo assim com a pr mesma, ta de ser obs 43 m base na processo e , a função ressão de (5) al como na servada na 3 a e o e a a Para pres ilustr Fonte: Auto a análise d ssão de 27 rada na fig Figura Fonte: Auto Figura ores deste resu 7 psi com gura 23. a 23 Curva ores a 22 Curva ltado gero m a curva da função a da função ou-se um g da função o do model o da pressã gráfico mes o de trans lo e função ão de 27 p sclando a sferência d o da pressã psi curva da do sistem ão de 27 p 44 função da a original, psi 4 a , É po pode valo atua resp Alte Alter psi iden curv obse A ob colet temp de t alime ossível obs e ser inter r de proje ador. É pos posta (߬௦). ração da rou-se ma e procede tificação d va foi ilustra ervada na Fonte: Auto btenção do ta dos dad po morto c transferênc entação de servar uma pretada co eto da vál ssível perc pressão p nualmente eu-se com do sistema ada grafica figura 24. Figura ores o modelo d dos das va conforme d cia da cu e 22,5 psi a consider omo um er vula, deco ceber tamb para 22,5 p e a pressão m a geraçã a, um degr amente a p 24 Curva d dinâmico q riáveis da descrito na rva de re foi definida rável discre rro residua orrente pe bém um au psi o de alime ão da cur rau de 35 partir dos d de reação ue descrev constante a identifica eação do a na equaç epância en al deixado ela falha d umento no entação do rva de rea para 45% dados cole da pressã ve essa cu do tempo, ação do sis sistema o ção 6. ntre as cur pelo proc de suprime ganho est o atuador d ação aplic na variáv etados pelo o de 22,5 urva foi rea , ganho es stema. Sen operando rvas, essa cesso em r ento de p tático e do da válvula cando, tal vel manipu o MatLab e psi alizada com stático do p ndo assim com a pr 45 a diferença relação ao ressão do o tempo de para 22,5 como na lada. Esta e pode ser m base na processo e , a função ressão de 5 a o o e 5 a a r a e o e Em dete na fi Para pres ilustr posse des erminação gura 25. Fonte: Auto a análise d ssão de 22 rada na fig ssa função da curva d Figura ores deste resu 2,5 psi co gura 26. SG o de transf de reação 25 Curva d ltado gero m a curva 264 044,4 s S e ferência ge da pressã da função ou-se um g a da funçã 1 9 se erou-se a c ão de 22,5 da pressã gráfico mes ão de tran curva da m 5 psi, que o de 22,5 sclando a sferência mesma, ta pode ser o psi curva da do sistem 46 (6) al como na observada função da a original, 6 a a a , É po pode valo atua resp Alte Para man proc do s ilustr obse Figura Fonte: Auto ossível obs e ser inter r de proje ador. É pos posta (߬௦). ração da a finalizar nualmente cedeu-se c sistema, u rada grafi ervada na 26 Curva d ores servar uma pretada co eto da vál ssível perc pressão p as simu a pressã com a gera um degrau camente figura 27. da função a consider omo um er vula, deco ceber tamb para 18 ps lações de o de alim ação da cu de 35 pa a partir d do modelo rável discre rro residua orrente pe bém um au si e falhas mentação rva de rea ara 45% dos dados o e função epância en al deixado ela falha d umento no no suprim do atuado ação aplica na variáve s coletado da pressã ntre as cur pelo proc de suprime ganho est mento de or da válv ando, tal co el manipul os pelo M ão de 22,5 rvas, essa cesso em r ento de p tático e do pressão vula para omo na ide lada. Esta MatLab e 47 psi a diferença relação ao ressão do o tempo de alterou-se 18 psi e entificação curva foi pode ser 7 a o o e e e o i rÉ po repe uma disto teste que A ob colet temp de t alime Em dete figur Fonte: Auto ossível ob entino dura a curva qua o, o tempo es realizad para a pre btenção do ta dos dad po morto c transferênc entação de posse des erminação ra 28. Figura ores servar na ante a exe ando se ap necessári dos com a essão de a o modelo d dos das va conforme d cia da cu e 18 psi fo ssa função da curva d G a 27 Curva figura 27 ecução do plica um no io para a e pressão d limentação dinâmico q riáveis da descrito na rva de re i definida n o de transf de reação 500 946,3 s S a de reação que a cu o controle ovo degrau estabilizaçã de 27 e 22 o de 18 ps ue descrev constante a identifica eação do na equaçã ferência ge da pressã 1 9 se o da pressã rva de rea do nível, u, entretan ão do siste 2,5 psi. De i o sistema ve essa cu do tempo, ação do sis sistema o o 7. erou-se a c o de 18 ps ão de 18 p ação apres similar ao to, isto não ema foi mu esta forma a tende a in urva foi rea , ganho es stema. Sen operando curva da m si, que pod psi sentou um o comporta o foi realiz uito superio a ficou car nstabilidad alizada com stático do p ndo assim com a pr mesma, ta de ser obs 48 m distúrbio amento de zado. Além or aos dos acterizado de. m base na processo e , a função ressão de (7) al como na servada na 8 o e m s o a e o e a a Obse man iden Verif pres Fonte: Auto erva-se qu neira difere tificar mais Figur Fonte: Auto fica-se na sente traba Figura ores ue a curva ente à cur s claramen ra 29 Curva ores figura 29 alho foi util a 28 Curva da função rva de rea nte essa di a de reaçã que o sist izada para a da função o da press ação da m ferença na ão e curva tema tend a comparaç o da pressã são de 18 mesma pre a figura 29 da função e a instab ção dos de ão de 18 p psi (figura essão (fig . da pressã bilidade pa efeitos de v psi 28) se co ura 27). É ão de 18 ps ra esta pr variação d 49 mporta de É possível si essão. No de pressão 9 e l o o a cu gero da fu É po isto insta cond que obse com quan aum ante Aga Para com da v urva da fu ou-se um g unção de t Figura Fonte: Auto ossível obs ocorre po abilidade. A dições nor na pressã ervação é paração a ndo compa mento no t eriores. rramento a simular pressão c válvula e o unção de gráfico mes ransferênc a 30 Curva ores servar uma orque para Após a ins rmais se e ão de 18 é que ho a pressão arado com tempo de da válvula o defeito com caract atuador co transferên sclando a c cia do siste da função a grande di a a pressã serção de estabilizou psi o pro ouve aum de referê a pressão resposta a de atrito terísticas m om o intuit ncia, send curva da fu ema global o do model iscrepânci ão de alim um degra em aprox ocesso per mento no ncia, toda o de alime do sistem mecânico mecânicas to dificultar o assim, unção da p l, ilustrada lo e função a entre as mentação d au o proce ximadamen rmanecia ganho e avia ocorre ntação de ma (߬௦) e da válvu s diferentes r o curso d para anál pressão de na figura 3 o da pressã curvas ilus de 18 psi esso do sis nte 2900 s instável ne estático d eu uma re 22,5 psi. V em compa la utilizou s, posicion e atuação lise deste e 18 psi co 30. ão de 18 p stradas na o sistem stema ope segundos, este perío este proc edução de Verificou-s aração ao u-se duas nadas entr da mesm 50 resultado om a curva psi a figura 30, a tende a erando em ao passo odo. Outra cesso em ste ganho se também s ensaios molas de re o corpo a. Adotou- 0 o a , a m o a m o m s e o - 51 xkF . se as mesmas condições de operação realizadas na descrição do modelo matemático da planta para realizar os ensaios de agarramento da válvula, com isto, obteve-se as curvas de reação e as suas respectivas funções de transferência possibilitando a comparação destes resultados com os parâmetros do sistema. Realizou-se levantamento mecânico e teste de compressão em ambas as molas para identificar suas características dimensionais, propriedades mecânicas e as respectivas constantes elásticas, com a finalidade de se obter a especificação das mesmas visto que estes dados não eram conhecidos. Especificação da mola “A” A primeira mola utilizada nos testes foi identificada como mola “A” e os dados coletados no levantamento dimensional da mesma podem ser observados na tabela 1. Para determinação da constante elástica da mola foi utilizada como referência a lei de Hooke, que pode ser descrita na equação 8 (KÍTOR, 2016). (8) Sendo: F = Força aplicada (N); k = Constante de proporcionalidade (N/mm); x = Deformação (mm); Tabela 1 Dados dimensionais da mola “A” Mola “A” Diâmetro do fio 3,7 mm Diâmetro externo 36,0 mm Distância entre fios 8,6 mm Comprimento total 65,0 mm Fonte: Autores Com auxílio de uma prensa hidráulica digital da Contenco modelo I-3025-E disponível no laboratório de Engenharia Civil do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, aplicou-se uma força de 0,025 tf na mola “A” que deformou 19,5 mm. 52 Ao acrescentar os dados em suas devidas unidades de medida na equação 8 obteve-se a constante de proporcionalidade da mola como sendo 12,5 N/mm. Especificação da mola “B” A segunda mola utilizada nos testes foi identificada como mola “B” e os dados coletados no levantamento dimensional da mesma podem ser observados na tabela 2. Tabela 2 Dados dimensionais da mola “B” Mola “B” Diâmetro do fio 3,7 mm Diâmetro externo 36,0 mm Distância entre fios 9,2 mm Comprimento total 63,0 mm Fonte: Autores Para determinação da constante elástica da mola foi utilizada como referência a lei de Hooke, que pode ser descrita na equação 8. Tal como na mola “A” a determinação da constante de proporcionalidade da mola “B” foi possibilitada com a utilização da mesma prensa hidráulica digital. A força aplicada também foi de 0,025 tf e a deformação foi de 12,6 mm. Ao acrescentar os dados em suas devidas unidades de medida na equação 8 obteve-se a constante de proporcionalidade da mola como sendo 19,5 N/mm. Após a definição e especificação das molas “A” e “B” realizou-se o ensaio de agarramento de cada mola na planta estudada. Ensaio de agarramento da mola “A” Inseriu-se a mola “A” entre o curso de atuação da válvula quando a mesma estava posicionada em 35% de sua abertura total, assegurando que a mola ficasse apenas disposta no local, não havendo compressão neste momento. Aplicou-se então um degr do s sofre válvu Por com um g É p cond uma A ob reali ganhsiste rau de 35 sistema, po eu compre ula. meio dess o nos test gráfico rep Fonte: Auto possível ve dições de a mola de c btenção do zada com ho estático ema. Send para 45% ossibilitand essão ape sa simulaç tes anterio presentado F ores erificar na atrito dos constante o modelo m base na o do proce o assim, a SG na variáve do a obten enas após ção obteve ores os da na figura igura 31 C a figura 3 internos d elástica ig dinâmico coleta do esso e tem a função de 238 629,3 s S e el manipul nção do m s o sinal e-se a curv ados foram 31. Curva de re 31 o com da válvula gual a 12,5 que descr os dados mpo morto e transferê 1 14 se lada, tal co modelo mat do degrau va de reaç m coletados eação da m portament de contro 5 N/mm no reve a cur das variá o conforme ncia foi de omo realiz temático d u, dificulta ção do atr s pelo Mat mola “A” to do sist le simulad o curso de rva de rea veis da co e descrito efinida na e zado na ide do process ando a ab rito da mo tLab, resu tema ope dos pela in atuação d ação da m constante d na identif equação 9. 53 entificação so. A mola bertura da la “A”. Tal ltando em rando em nserção de da mesma. ola “A” foi do tempo, ficação do . (9) 3 o a a l m m e . i , o Em obte Para mola figur posse des enção da c Fonte: Auto a análise d a “A” com ra 33. ssa função urva de rea F ores deste resu a curva d o de transf ação da m igura 32 C ltado gero da função ferência ge mola “A”, ilu Curva da fu ou-se um g de transfe erou-se a c ustrada na unção da m gráfico mes erência do curva da m figura 32. mola “A” sclando a sistema o mesma, ta curva da original, ilu 54 al como na função da ustrada na 4 a a a Ao a curv proc inter entre Ensa Inse posic dispo degr do s sofre válvu Por com um g F Fonte: Auto analisar a vas, essa d cesso em rnos da m etanto, o te aio de aga riu-se a m cionada em osta no lo rau de 35 sistema, po eu compre ula. meio dess o nos test gráfico rep igura 33 C ores figura 33 diferença relação ao esma. É p empo de re arramento mola “B” en m 35% de ocal, não h para 45% ossibilitand essão ape sa simulaç tes anterio presentado Curva da fu é possíve pode ser o valor de possível p esposta (߬ o da mola ntre o curs sua abert havendo co na variáve do a obten enas após ção obteve ores os da na figura unção do m el identific interpretad projeto d erceber ta ߬௦) e o tem “B” so de atuaç tura total, a ompressão el manipul nção do m s o sinal e-se a curv ados foram 34. modelo e fu ar uma pe da como u a válvula, ambém um po morto ( ção da vál asseguran o neste m lada, tal co modelo mat do degrau va de reaç m coletados unção da m equena dis um erro re decorrent m aumento (t0s) foram lvula quan do que a m omento. A omo realiz temático d u, dificulta ção do atr s pelo Mat mola “A” screpância esidual dei te do atrito o do ganho reduzidos ndo a mesm mola ficass Aplicou-se zado na ide do process ando a ab rito da mo tLab, resu 55 a entre as ixado pelo o entre os o estático, . ma estava se apenas então um entificação so. A mola bertura da la “B”. Tal ltando em 5 s o s , a s m o a a l m É p cond uma A cu cont “A”, A ob reali ganh siste Em obte Fonte: Auto possível ve dições de a mola de c urva de r trole de nív e o contro btenção do zada com ho estático ema. Send posse des enção da c F ores erificar na atrito dos constante reação ap vel, nota-s le do nível o modelo m base na o do proce o assim, a ssa função urva de rea SG igura 34 C a figura 3 internos d elástica ig resentou e que a co nesta sim dinâmico coleta do esso e tem a função de o de transf ação da m 229 656,3 s S e Curva de re 34 o com da válvula gual a 19,5 um distúr onstante e mulação ten que descr os dados mpo morto e transferê ferência ge mola “B”, ilu 1 4,10 s se eação da m portament de contro 5 N/mm no rbio repen lástica da ndeu a inst reve a cur das variá o conforme ncia foi de erou-se a c ustrada na mola “B” to do sist le simulad o curso de tino duran mola “B” é tabilidade. rva de rea veis da co e descrito efinida na e curva da m figura 35. tema ope dos pela in atuação d nte a exe é superior ação da m constante d na identif equação 10 mesma, ta 56 rando em nserção de da mesma. ecução do a da mola ola “B” foi do tempo, ficação do 0. (10) al como na 6 m e . o a i , o a Obse difer clara Fonte: Auto erva-se qu rente à cu amente ess F Fonte: Auto F ores ue a curva urva de re sa diferenç Figura 36 C ores igura 35 C a da função eação da ça na figur Curva de re Curva da fu o da mola mesma ( ra 36. reação e cu unção da m “B” (figura (figura 34) urva da fun mola “B” a 35) se co ). É possí nção da mo omporta d ível identi ola “B” 57 e maneira ficar mais 7 a s Verif pres a cu gero funç Ao a curv proc inter entre 3.4 R Por com defe um d dos fica-se na sente traba urva da fu ou-se um ção de tran F Fonte: Auto analisar a vas, essa d cesso em rnos da m etanto, o te Resultado meio dos g provação eitos mecâ determinad modelos figura 36 alho foi util unção de gráfico me sferência d igura 37 C ores figura 37 diferença relação ao esma. É p empo de re os e discu gráficos ilu do export nicos deco do process matemátic 6 que o si izada para transferên esclando a do sistema Curva da fu é possíve pode ser o valor de possível p esposta (߬ ssões ustrados na to de Srin orrentes e so. Além d cos, as dif istema ten a comparaç ncia, send a curva da a global, ilu unção do m el identific interpretad projeto d erceber ta ߬௦) e o tem as figuras nivasan e em válvula disto, foi po ferenças e nde a insta ção dos de o assim, a função d ustrada na modelo e fu ar uma pe da como u a válvula, ambém um po morto ( 23, 26, 30 Rengaswa s de contr ossível obs entre as v abilidade p efeitos de v para anál da mola “ figura 37. unção da m equena dis um erro re decorrent m aumento (t0s) foram 0, 33 e 37 t amy (2005 role altera servar por ariáveis do para este variaçãod lise deste “B” com a mola “B” screpância esidual dei te do atrito o do ganho reduzidos tornou-se 5) sobre o r o desem meio das o modelo 58 teste. No de pressão resultado curva da a entre as ixado pelo o entre os o estático, . possível a o fato dos mpenho de equações global do 8 o o o a s o s , a s e s o 59 sistema e dos defeitos simulados na planta. É possível observar na tabela 3 as variáveis do sistema do modelo validado e de cada teste de variação de pressão realizado. Tabela 3 Variáveis da função das pressões Modelo Pressão 27 psi Pressão 22,5 psi Pressão 18 psi K 3,562 3,933 4,044 3,946 ࢙࣎ 249 260 264 500 t0s 15 10 9 9 Fonte: Autores Verifica-se que ao diminuir a pressão de alimentação do atuador a variável de ganho estático do processo aumentou gradualmente até o instante em que o controle tendeu à instabilidade, ou seja, o ganho estático aumentou em relação ao modelo global nos testes realizados nas pressões de 27 e 22,5 psi, e diminuiu na pressão de 18 psi em relação à pressão anterior. A constante de tempo (߬௦) procedeu de maneira semelhante ao ganho estático (K), houve um aumento gradual no valor desta constante até a variação na pressão para 22,5 psi, entretanto, no teste da pressão de 18 psi o valor da constante do tempo foi muito superior ao dos outros. O tempo morto (t0s) comportou de forma contrária às outras variáveis, caracterizando um decréscimo no valor das mesmas até a pressão de 22,5 psi, mantendo-se estável no teste da pressão de 18 psi. Observa-se na figura 38 uma representação gráfica das curvas das funções de transferência dos testes de alteração de pressão em comparação com a curva do modelo operando nas condições normais de operação. Fig Nota tend insta curv É po teste Perc para cont temp gura 38 Cu Fonte: Auto a-se que ao de a aume abilidade, v va da funçã ossível obs es de agar cebe-se um a a mola trapartida v po morto (t K ૌ t Fo urva da fun ores o diminuir entar gradu visto que ão do mode servar na rramento d m acréscim “B”, devid verificou-se t0s) dos pro Ta Model K 3,562 ૌ࢙ 249 t0 15 nte: Autores nção do mo a pressão ualmente, a devida c elo operan tabela 4 a as molas “ mo no valo do à dife e uma red ocessos. abela 4 Va o Mola c 2 odelo e fun o de alimen e que na curva se c ndo em con as variávei “A” e “B” re or da variá erença ent dução no v ariáveis da constante 3,629 238 14 nção das p ntação do a a pressão comporta d ndições no s do siste ealizados. ável de ga tre suas valor das c função da “A” Mol pressões d atuador da de 18 psi de maneir ormais de o ma do mo anho estát constantes constantes as molas a constan 3,656 229 10,4 e 27, 22,5 a válvula, a i o sistem ra bem div operação. odelo valid tico (K) da s elásticas de tempo nte “B” 60 e 18 psi a saída PV a tende a vergente à ado e dos a mola “A” s (k). Em o (߬௦) e do 0 V a à s ” m o Obse trans curv Verif simu prev o ag quan impe Em deco reali proc parâ erva-se na sferência d va do mode Figura Fonte: Auto ficou-se q ulações de viamente d garramento nto maior edimento d posse d orrentes em zado por cessos é âmetros pre a figura 3 dos testes elo operand a 39 Curva ores que ambas e atrito na efinida com o da válvul o atrito e de abertura os resulta m válvulas estes ins necessár eviamente 39 uma re de agarra do nas con a da função s as curva válvula n mo função a o contro entre as p a e fecham ados pod s de contro strumentos rio mante estipulado epresentaç mento das ndições no o do mode as das fu não compo o do mode le do siste partes fixa mento da m demos co ole tendem s, isto por er as var os. ão gráfica s molas “A ormais de o elo e funçã unções de ortaram co lo global. D ema tende as e móv mesma. mprovar m a causar rque para riáveis co a das curv A” e “B” em operação. ão das mola transferê nforme a Destaca-se a instabilid eis da vá que os d r descontin garantir ontroladas vas das fu m comparaç as “A” e “B ência gera curva de e que ao i dade, haja álvula mai defeitos m nuidades n a continu em dete 61 unções de ção com a B” das pelas referência ntensificar visto, que or será o mecânicos no controle idade dos erminados e a s a r e o s e s s 62 4 CONCLUSÃO No desenvolvimento deste trabalho foi possível analisar por meio de simulações a influência das não linearidades de uma válvula de controle tipo globo no modelo dinâmico de uma planta didática PD3 da SMAR. Diante dos testes realizados comprovou-se, por meio de análise de equações das funções de transferência dos modelos e pela curva destas funções representadas de forma gráfica, que os distúrbios nos processos industriais ocasionam descontinuidades no controle dos mesmos, visto que as oscilações provocadas por defeitos mecânicos no elemento final de controle alteram as características do modelo global do processo. Estas não linearidades provocam grandes avarias no processo produtivo das indústrias, como por exemplo, a elevação dos níveis de desperdício de energia, perda da qualidade dos produtos e aumento dos índices de parada não programada para manutenção. Para que uma planta execute com precisão o monitoramento de seus processos é fundamental o desempenho adequado de seus elementos finais de controle. Portanto é necessário a realização de sintonia nas malhas de controle que apresentem estas alterações em seu modelo global do processo. Para a garantia de funcionamento satisfatório de um processo é preciso o engajamento das companhias com a Gestão da Automação, cultivando o propósito da conservação de seus ativos de automação nas condições ideias de operação. Entretanto, segundo Ribeiro apud Pereira (2010, p.62) a gestão de ativos da automação é frequentemente interrompida pelos serviços de manutenção e qualidade no cotidiano operacional das empresas. Nestes casos é necessário que as mesmas incorporem um plano direcionado de gestão, como o PDAI (Plano Diretor de Direção e Automação), objetivando a obtenção de estratégias a curto e longo prazo para o gerenciamento da automação. Ribeiro apud Pereira acrescenta que, para aperfeiçoar a eficiência dos processos é relevante investir na capacitação dos profissionais envolvidos, pois somente com o efetivo entendimento sobre os instrumentos incorporados no processo é possível extrair destes tudo o eles têm a oferecer. 63 Sugere-se como objeto de estudos futuros a utilização deste trabalho incorporado em processos dinâmicos diferentes como, por exemplo, sistemas de controle de temperatura. O processo estudado neste trabalho controla o nível de um reservatório de água, sendo que estes possuem a uma dinâmica de processo lenta, é interessante uma posterior comparação com os resultados de um sistema de dinâmica oposta.Seria pertinente também a realização de um levantamento dos índices e custos de realização de manutenção corretiva em elementos finais de controle que apresentam falhas mecânicas de uma determinada planta ou setor. 64 REFERÊNCIAS AGUIAR, M. A. M. de. Sistemas dinâmicos. 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