material para estudo de Controle Manual e Automático

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Controle
Manual e Automático
	Somente no século XVIII, com o advento das máquinas a vapor, conseguiu-se transformar a energia da matéria em trabalho. Porém, o homem apenas teve a sua condição de trabalho mudada, passando do trabalho puramente braçal ao trabalho mental. Nesse momento, cabia ao homem o esforço de tentar “controlar” esta nova fonte de energia, exigindo dele então muita intuição e experiência, além de expô-lo constantemente ao perigo devido a falta de segurança. 
Introdução
	No princípio, isso foi possível devido à baixa demanda. Entretanto, com o aumento acentuado da demanda, o homem viu-se obrigado a desenvolver técnicas e equipamentos capazes de substituí-lo nesta nova tarefa, libertando-o de grande parte deste esforço braçal e mental. Daí então surgiu o controle automático que, quanto à necessidade, pode assim ser classificado:
Introdução
	O controle automático tem desempenhado um papel vital no avanço da engenharia e da ciência. Além de sua extrema importância para os veículos espaciais, para os sistemas de guiamento de mísseis, sistemas robóticos e similares, o controle automático tornou-se uma parte importante e integrante dos processos industriais e de manufatura.
	Considerando que os avanços na teoria e na prática do controle automático propiciam meios para se atingir desempenho ótimo de sistemas dinâmicos, melhoria da produtividade, alívio no trabalho enfadonho de muitas operações manuais repetitivas de rotina e muito mais, os engenheiros e cientistas, em sua maioria, devem possuir agora um bom conhecimento deste campo.
Introdução
Controle Manual x Controle Automático
O Controle Automático proporciona uma redução no erro, com um tempo de ação e precisão, impossíveis de serem alcançados pelo controle manual.
Introdução
Planta - Uma planta é uma parte de um equipamento, eventualmente um conjunto de itens de uma máquina, que funciona conjuntamente, cuja finalidade é desenvolver uma dada operação.
Processo - Qualquer operação ou sequência de operações, envolvendo uma mudança de estado, de composição, de dimensão ou outras propriedades que possam ser definidas relativamente a um padrão. Pode ser contínuo ou em batelada.
Sistemas - É uma combinação de componentes que atuam conjuntamente e realizam um certo objetivo.
Conceitos
Variável do Processo (PV) - Qualquer quantidade, propriedade ou condição física medida a fim de que se possa efetuar a indicação e/ou controle do processo (neste caso, também chamada de variável controlada).
Variável Manipulada (MV) - É a grandeza que é operada com a finalidade de manter a variável controlada no valor desejado.
Set Point (SP) ou Set Valor (SV) - É um valor desejado estabelecido previamente como referência de ponto de controle no qual o valor controlado deve permanecer.
Conceitos
Alarmar um Processo - É colocar um dispositivo para chamar a atenção do operador, quando a variável controlada igualar ou ultrapassar valores pré-estabelecidos.
Controle Automático - É quando não há intervenção do operador (ou há a mínima intervenção do operador).
Distúrbios - Um distúrbio ou perturbação é caracterizado por sinal que tende a afetar de modo adverso o valor da variável de saída de um sistema. Se um distúrbio for gerado internamente no sistema, ele é dito um distúrbio interno; ao passo que um distúrbio externo é produzido fora do sistema e se comporta como um sinal de entrada no sistema.
Conceitos
Desvio - Representa o valor resultante da diferença entre o valor desejado e o valor da variável controlada.
Ganho - Representa o valor resultante do quociente entre a taxa de mudança na saída e a taxa de mudança na entrada que a causou. Ambas, a entrada e a saída devem ser expressas na mesma unidade.
Controle com retroação – se refere a uma operação que, em presença de distúrbios imprevisíveis, tende a reduzir a diferença entre o sinal de saída de um sistema e o sinal de referência, e que opera com base nesta diferença.
Conceitos
	 A forma mais simples de controle é a malha aberta com controle manual. A energia é aplicada ao processo através do atuador pelo operador. O ajuste calibrado no atuador determina, com precisão, quanta energia é aplicada. O processo usa esta energia para produzir sua saída. Mudando o ajuste do atuador, se altera a energia no sistema e a saída resultante do processo.
Controle Manual 
	 Um sistema de nível de líquido de tanque é um exemplo do controle manual. O produto entra no topo do tanque e sai do fundo. 
Controle Manual 
	 A quantidade de líquido que sai do tanque é controlada pela válvula (poderia ser escolhida a válvula de entrada). 
Controle Manual 
	 A quantidade de líquido determina o nível do tanque. Para o nível ficar estável e sob controle basta simplesmente que a vazão da saída (manipulada) seja igual à vazão de entrada (livre). 
Controle Manual 
	 A válvula pode ser atuada manualmente. Se um nível diferente é desejado ou necessário, deve-se simplesmente alterar a posição da abertura da válvula de saída, em sua faixa calibrada.
Controle Manual 
	 Quando as condições do processo são estáveis, o controle de malha aberta funciona adequadamente. 
	No caso do nível, quando a vazão de entrada é constante (raramente é alterada), basta colocar uma válvula com ajuste manual na saída para se obter o controle desejado, pois também raramente o operador deve alterar manualmente a válvula de saída.
Controle Manual 
Vantagens do controle manual:
1. Usam-se poucos equipamentos e por isso há pouca chance de se quebrar,
2. O custo do sistema é baixo, para comprar, instalar e operar.
Controle Manual 
	Porém, há problemas quando ocorre distúrbio na vazão de entrada do tanque. O nível do produto é afetado diretamente pelas variações da vazão de entrada. Um aumento na vazão através da válvula de entrada provoca um aumento no nível do tanque.
	
Controle Manual 
	Havendo qualquer variação ou distúrbio na válvula de entrada, o sistema de controle de malha aberta não manterá automaticamente o parâmetro de saída (no exemplo, o nível) no valor desejado. Todo distúrbio requer a intervenção manual do operador.
	
Controle Manual 
	Inicialmente considere o caso em que um operador detém a função de manter a temperatura da água quente em um dado valor. 
	
Controle Manual
	Neste caso, um termômetro está instalado na saída do sistema, medindo a temperatura da água quente. 
	
Controle Manual
	O operador observa a indicação do termômetro e baseado nela, efetua o fechamento ou abertura da válvula de controle de vapor para que a temperatura desejada seja mantida.
	
Controle Manual
	Deste modo, o operador é que está efetuando o controle através de sua observação e de sua ação manual, sendo portanto, um caso de “Controle Manual”.	
Controle Manual
	 Considere agora o caso da figura, onde no lugar do operador foi instalado um instrumento capaz de substituí-lo no trabalho de manter a temperatura da água quente em um valor desejado. 
Controle Automático
	 Neste caso, este sistema atua de modo similar ao operador, tendo então um detector de erro, uma unidade de controle e um atuador junto à válvula, que substituem respectivamente os olhos do operador, seu cérebro e seus músculos. 
Controle Automático
	 Desse modo, o controle da temperatura da água quente é feito sem a interferência direta do homem, atuando então de maneira automática, sendo portanto um caso de “Controle Automático”. 	
Controle Automático
	 O controle Automático tem como finalidade a manutenção de uma certa variável ou condição num certo valor (fixo ou variante). Este valor que pretendemos é o valor desejado. 	
	
Controle Automático
	 Para atingir esta finalidade o sistema de controle automático opera do seguinte modo:
1.MEDIÇÃO;
2.COMPARAÇÃO;
3.COMPUTAÇÃO; 
4.CORREÇÃO.
Controle Automático
	 Para atingir esta finalidade o sistema de controle automáticoopera do seguinte modo:
1.MEDIÇÃO;
2.COMPARAÇÃO;
3.COMPUTAÇÃO; 
4.CORREÇÃO.
Controle Automático
	 Para atingir esta finalidade o sistema de controle automático opera do seguinte modo:
1.MEDIÇÃO;
2.COMPARAÇÃO;
3.COMPUTAÇÃO; 
4.CORREÇÃO.
Controle Automático
	 Para atingir esta finalidade o sistema de controle automático opera do seguinte modo:
1.MEDIÇÃO;
2.COMPARAÇÃO;
3.COMPUTAÇÃO; 
4.CORREÇÃO.
Controle Automático
1.MEDIÇÃO 
	1.1 A função de medição‚ exercida pelos elementos sensores, avaliam a variável de saída do processo e geram o sinal de medição.
Controle Automático
2. COMPARAÇÃO
	2.1 A função comparação possui entrada para o sinal de medição e compara com o valor desejado, que por sua vez produz um sinal quando existe um desvio entre o valor medido e o valor desejado. Este sinal produzido na saída do detetor de erro é chamado de sinal de erro ou off-set.
Controle Automático
3. COMPUTAÇÃO
	3.1 A função computação lê o sinal de erro e calcula o sinal de correção. Este por sua vez irá controlar o elemento final de controle.
Controle Automático
4. CORREÇÃO
	4.1 A função de correção é exercida pelo elemento final de controle na entrada do processo, de acordo com o sinal de correção.
Controle Automático
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
	Resumidamente podemos definir Controle Automático como a manutenção do valor de uma certa condição através da sua média, da determinação do desvio em relação ao valor desejado, e da utilização do desvio para se gerar e aplicar um ação de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.
Controle Automático
Controle Automático
	 De todas as grandezas relativas ao sistema (nível, pressão, vazão, densidade, pH, energia fornecida, salinidade etc.) a grandeza que nos interessa, neste caso, regular é a temperatura da água. 
Controle Automático
	 De todas as grandezas relativas ao sistema (nível, pressão, vazão, densidade, pH, energia fornecida, salinidade etc.) a grandeza que nos interessa, neste caso, regular é a temperatura da água. 
Controle Automático
A Temperatura é 
então a variável 
controlada.
	 Um termômetro de bulbo permite medir o valor atual da variável controlada. As dilatações e contrações do fluido contido dentro do bulbo vão obrigar o “Bourdon” (tubo curvo de seção elipsoidal), a enrolar ou desenrolar. 
Controle Automático
	 Os movimentos do extremo do bourdon traduzem a temperatura da água, a qual pode ser lida numa escala.
Controle Automático
	No diagrama representa-se um contato elétrico no extremo do bourdon e outro contato de posição ajustável à nossa vontade. Este conjunto constitui um “Termostato”. 
Controle Automático
	Admitamos que se quer manter a temperatura da água nas proximidades de 50 °C. Este valor da temperatura da água é o valor desejado.
Controle Automático
	Se a temperatura, por qualquer motivo, ultrapassar o valor desejado, o contato do termostato está aberto. 
Controle Automático
	A bobina do contator não está excitada e o contator mantém interrompida a alimentação da resistência de aquecimento.
Controle Automático
	 Não havendo fornecimento de calor, a temperatura da água vai descer devido às perdas. A temperatura aproxima-se do valor desejado.
Controle Automático
	 Quando, pelo contrário, a temperatura é inferior ao valor desejado o bourdon enrola e fecha o contato do termostato. O contator fecha e vai alimentar a resistência de aquecimento.
Controle Automático
	 Em conseqüência, a temperatura da água no depósito vai subir de modo a aproximar-se de novo do valor desejado.
Controle Automático
	 Observa-se que, para a correção da variável controlada (temperatura) deve-se atuar sobre outra variável (quantidade de calor fornecida ao depósito).
Controle Automático
	 A ação de controle é aplicada, normalmente, a outra variável da qual depende a variável controlada e que se designa com o nome de variável manipulada.
Controle Automático
	 No exemplo, o “Sinal de Controle “ pode ser a corrente elétrica “i”.
Controle Automático
	 O controle de malha aberta não pode garantir a saída desejada de um processo sujeito a variações de carga.
Controle Automático
	 A técnica usada para se obter o controle de um processo com variações freqüentes de carga é a malha
fechada com realimentação negativa.
Controle Automático
	Esta técnica monitora a saída real, comparando-a
com um valor desejado e repondo o atuador para eliminar qualquer erro. 
Controle Automático
	Esta técnica monitora a saída real, comparando-a
com um valor desejado e repondo o atuador para eliminar qualquer erro. 
Controle Automático
Essa é a essência
do controle automático
	A saída real que se pretende controlar é medida por um sensor (LT), condicionada e transmitida para o controlador(LIC).
Controle Automático
	 O controlador pode ser um computador, um circuito eletrônico, um conjunto de bico-palheta pneumático ou uma simples alavanca.
Controle Automático
	 A segunda entrada do controlador é o ponto de ajuste (set point), que indica o valor da saída desejado.
Controle Automático
	 O controlador toma a diferença entre estas duas entradas para determinar o valor do erro.
Controle Automático
	 O controlador altera sua saída de modo calculado para igualar ou aproximar a saída real do valor desejado.
Controle Automático
	 O sinal de saída do controlador é transmitido para o atuador da válvula. O atuador governa a aplicação da energia para o processo.
Controle Automático
	 Variando a energia para o sistema faz a saída real do processo variar, se aproximando do ponto de ajuste.
Controle Automático
	 A figura abaixo mostra o controle de malha fechada do tanque. Inicialmente, o nível do líquido no tanque deve ser medido. 
Controle Automático
	 A medição pode ser feita, por exemplo, através de um transmissor de pressão diferencial. 
Controle Automático
	 O transmissor de nível mede a pressão exercida
pela coluna líquida, que é o nível, amplifica e converte esta pressão diferencial em um sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA cc
Controle Automático
	 Esta corrente analógica é transmitida através de um cabo trançado, eventualmente blindado, para o controlador. 
Controle Automático
	 O controlador geralmente está na sala de controlecentralizada, distante centenas de metros do processo.
Controle Automático
	 O controlador compara a variável do processo medida (nível, no exemplo) com o valor do ponto de ajuste.
Controle Automático
	 Uma nova saída é calculada e transmitida para o atuador ainda na faixa padrão de 4 a 20 mA cc. Este sinal é aplicado e usado para acionar uma válvula com atuador pneumático.
Controle Automático
	 Deve haver uma interface entre o controlador eletrônico e o atuador pneumático da válvula, para converter o sinal eletrônico de 4 a 20 mA cc no sinal pneumático de 20 a 100 kPa. 
Controle Automático
	 Deve haver uma interface entre o controlador eletrônico e o atuador pneumático da válvula, para converter o sinal eletrônico de 4 a 20 mA cc no sinal pneumático de 20 a 100 kPa. 
Controle Automático
Esta interface é o transdutor i/p. Corrente p/ Pressão
	 O atuador pneumático, por sua vez, varia a posição da válvula, ajustando a vazão de líquido na saída do tanque.
Controle Automático
	 Quando ocorrer aumento na vazão de entrada do tanque, o nível do produto no tanque aumenta. 
Controle Automático
	 O transmissor de nível, então, vai aumentar sua saída e o ponteiro de medição do controlador também irá subir.
Controle Automático
	 O controlador irá alterar sua saída, como resposta. A saída do controlador irá aumentar um pouco a saída da válvula, aumentando a vazão do líquido deixando o tanque.
Controle Automático