Sistemas de Controle Industrial em Processos Químicos

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AULA 1 
SISTEMAS DE CONTROLE 
INDUSTRIAIS 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à primeira aula de Sistema de Controle 
Industrial. Daremos início à abordagem das áreas de processos que podem conter 
sistema de controle (CLPs). Você conhecerá os processos químicos de 
bebidas/alimentos, embalagem, cerâmicas e vidros. Analisaremos as principais 
características de cada processo e o sistema de controle que pode ser utilizado. 
Neste contexto, a ideia é que ao final da aula você tenha uma boa noção de alguns 
processos que se valem de adotar sistemas automatizados. 
CONTEXTUALIZANDO 
A fabricação de processos acontece nas indústrias química, farmacêutica, 
biotecnológica, alimentícia, de bebidas e de embalagens. Na indústria de 
processos, ingredientes, fórmulas e granel são os elementos do produto final, em 
vez de peças, montagens e componentes. A matéria-prima também é processada 
em formas intermediárias, que podem ser usadas na fabricação de componentes. 
Os materiais processados pelas máquinas automatizadas apresentam 
propriedades especiais e técnicas associadas à sua fabricação (Lamb, 2015). 
As máquinas automatizadas são criadas pela combinação de componentes 
e subsistemas de máquinas. As linhas de produção automatizadas usam uma 
combinação de máquinas customizadas e máquinas de fabricantes originais de 
equipamentos (OEM – Original Equipament Manuacturer), para montar ou 
produzir um produto final (Lamb, 2015). 
Vamos, nesta primeira aula, entender um pouco dos processos que podem 
ser automatizados. 
TEMA 1 – PROCESSAMENTO QUÍMICO 
 O processamento químico envolve combinação ou mistura de ingredientes 
e muitas vezes a alteração de sua temperatura ou pressão. Alguns produtos ou 
compostos químicos são produzidos a granel para serem usados em 
processamentos futuros, incluindo produtos químicos básicos no estado sólido ou 
líquido, polímeros ou plásticos e petroquímicos. Esses produtos em geral são 
empacotados e armazenados em grandes quantidades para serem enviados para 
outros fabricantes ou processadores (Lamb, 2015). 
 
 
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 Os produtos químicos a granel podem ser processados na produção de 
especialidades ou produtos químicos finos, como adesivos, selantes, 
revestimentos, gases industriais, produtos químicos eletrônicos, catalisadores e 
compostos de limpeza. Eles também são usados em bens de consumo como 
sabonetes, detergentes, loções e cosméticos. O setor de saúde utiliza produtos e 
compostos a granel na produção de medicamentos, vitaminas e produtos de 
diagnósticos. Devido ao alto custo de pesquisa e desenvolvimento e às 
especificações de regulações governamentais, esses produtos são feitos em 
ambientes laboratoriais controlados, o que os torna mais caros (Lamb, 2015). 
 As variáveis de processo fundamentais na produção de produtos e 
compostos químicos são tempo, volume, temperatura, pressão, concentração de 
cada produto químico e transferência de calor. O processamento químico ocorre 
em torno do controle e do monitoramento dessas variáveis (Lamb, 2015). 
 A produção e o processamento de produtos químicos podem ser muito 
perigosos, devido à sua natureza reativa. Pressão, temperatura, a acidez e 
quantidades devem ser monitoradas e controladas de maneira precisa. Isso 
requer instrumentação capaz de visualização, por meio de uma gama de produtos. 
As IHMs são usadas no campo em salas de controle para mostrar os diagramas 
do processo e fornecer controle e alarmes detalhados (Lamb, 2015). 
Figura 1 – Tela sistema de supervisão IHM 
 
Fonte: Kline Technical Consulting LLC. 
 
 
 
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As válvulas que controlam o fluxo de líquido e de gases em processo 
costumam ser analógicas; elas não só podem ser completamente abertas ou 
fechadas, mas também podem se mover em posições intermediárias. São 
conhecidas como válvulas proporcionais e contêm um sensor de retorno que 
verifica a posição, embora em algumas aplicações sejam utilizados sensores de 
fluxo. As variáveis de processo são monitoradas por meio de limites padronizados 
como alto e baixo, e limites que causam desligamentos, como muito baixo e muito 
alto (Lamb, 2015). 
Figura 2 – Processo químico 
 
 
Devido à natureza cáustica e explosiva de muitos produtos químicos, a 
segurança é um fator primordial na indústria. Os controles em geral são 
redundantes e os elementos mecânicos são projetados com margens de 
segurança altas. Produtos de segurança intrínseca e à prova de explosão são 
empregados nas fábricas de processamento químico. Os CLPs e os DCSs servem 
para controle, assim como controladores de PIDs e de temperaturas 
independentes. O layout físico de uma fábrica de processamento químico inclui 
uma tubulação elaborada com múltiplos vãos de contenção e de sustentação 
(Lamb, 2015). 
O modelo de batelada é o modelo básico para estimação de variáveis no 
processo químico. O processo de batelada envolve a produção ou o 
processamento de produtos em bateladas finitas, ao invés de um processo 
contínuo de produção. Essas bateladas podem ser medidas em litros, galões, ou 
 
 
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quilogramas, e são utilizadas em produtos farmacêuticos, alimentos e bebidas e 
especialidades químicas. A produção de bateladas é uma ferramenta flexível, 
permitindo o desenvolvimento de produtos múltiplos em uma mesma linha de 
produção (Rodrigues, 2012). 
 A automação de batelada deve ser um processo detalhado, sempre com a 
quantidade correta de ingredientes, para garantir a qualidade dos produtos, e para 
que seja possível recomeçar o processo e configurar um produto completamente 
diferente, utilizando diferentes ingredientes e diferentes meios de processamento. 
Consistência e repetibilidade, considerando múltiplas bateladas, são fatores 
críticos, juntamente com a manutenção e o backup das diversas “receitas” 
utilizadas para criar variações nos produtos (Rodrigues, 2012). 
TEMA 2 – PROCESSAMENTO DE BEBIDAS E ALIMENTOS 
O processamento de alimentos se vale de componentes de carnes, grãos 
e vegetais para produzir gêneros alimentícios empacotados para uso comercial. 
Assim como o processamento químico, o processamento de alimentos demanda 
controle de temperatura e, muitas vezes, a mistura de ingredientes. A 
administração das regulamentações da indústria de processamento de alimentos 
nos Estados Unidos é monitorada pela FDA (Food and Drug Adminstration) e pelo 
Departamento de Agricultura; no Brasil, ela é feita pela Anvisa (Agência Nacional 
de Vigilância Sanitária). 
Técnicas específicas para a indústria de alimentos incluem limpeza do 
lugar, congelamento rápido, secagem por pulverização e vários métodos de 
filtragem. O tratamento da água também é importante para o processo, devido à 
necessidade de limpeza dos equipamentos com substâncias cáusticas e às 
regulamentações federais que envolvem a descarga de águas de residuais. O 
manuseio e o embalo de produtos ou materiais também é essencial para a 
indústria de processamento de alimentos (Lamb, 2015). 
As máquinas de processamento de alimentos são construídas por OEM, 
que se especializam em aspectos específicos da produção, ou por fabricantes de 
máquinas customizadas, cientes dos requisitos especiais do processamento. As 
máquinas de processamento de alimentos podem ser usadas para preparação de 
ingredientes (corte, trituração, descamação ou moldagem), aplicação ou remoção 
de calor (cozimento ou congelamento), mistura de ingredientes ou tempero, ou 
enchimento de produtos. A maioria dos equipamentos utilizados no 
 
 
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processamento de alimentos é de aço inoxidável e permite lavagem pressurizada. 
Muito cuidado é tomado para garantir que os equipamentos não apresentem 
fendas nas quais certos contaminantes possam se alojar (Lamb, 2015). 
Os controles nas indústrias de processamento de alimentos e bebidas são 
similares aos do processamento químico, embora a maioria seja controlado porCLP. A instrumentação é usada na medição de temperatura e de taxas de fluxos; 
algumas vezes são usados controladores cujos dados são lidos em um sistema 
Scada ou de monitoramento. Alimentos e bebidas podem ser produzidos por 
diferentes métodos (Lamb, 2015): 
• Produção on-off, ou individual, não é adequada aos métodos 
automatizados. Exemplo desse tipo de produção são bolos de casamento 
ou decorações do bolo. 
• Produção em batelada, quando certo número de produtos de mesmo 
tamanho são produzidos com os mesmos ingredientes; trata-se de método 
periódico. Os equipamentos são configurados com um número final em 
mente, e os ingredientes são encomendados com base em uma estimativa 
da demanda. Muitas máquinas de produção de alimentos são construídas 
com informações sobre receitas, lotes e contagens incorporadas ao 
software. As medidas de peso e de líquidos também são importantes no 
processo de batelada. 
• Produção em massa, um método contínuo de produção de produtos. Ele 
é usado, por exemplo, na produção de alimentos enlatados e embalados. 
Nesse método, o produto passa de um estágio para outro ao longo de uma 
linha de produção. 
 
 
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Figura 3 – Processo de produção de pães 
 
O processamento de bebidas envolve a formulação de produtos, bem como 
o engarrafamento e o empacotamento. Os ingredientes básicos podem ser 
misturados em lote, para que seja possível controlar as proporções com precisão, 
ou de maneira contínua. Algumas bebidas, como cerveja ou uísque, requerem 
tempos longos para que os ingredientes venham a agir ou fermentar em um 
tanque com uma temperatura específica. Outros podem ser processados 
continuamente, diretamente na área de engarrafamento ou empacotamento. O 
engarrafamento é um processo de alta velocidade e há muitos equipamentos de 
OEM envolvidos na fabricação de máquinas padrão ou semicustomizadas. Os 
equipamentos de empacotamento, desde os contêineres de produtos esterilizados 
até o transporte a granel, são elementos fundamentais das indústrias de 
processamento de bebidas e de alimentos (Lamb, 2015). 
Figura 4 – Sistema de supervisão 
 
 
 
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 Assim como a indústria de processamento químico, os processamentos de 
alimentos e de bebidas envolvem a visualização do processo. As IHMs e os 
sistemas de controle integrados permitem a visualização de cada um deles, desde 
a matéria-prima até o embalo. Muitos fornecedores de componentes de controle 
possuem modelos de pacotes específicos para a indústria de alimentos e de 
bebidas, com gerenciamento de receitas, coletas de dados históricos e telas. 
Também existem fabricantes de soluções customizadas especializados em 
equipamentos e em processamento de alimentos e de bebidas (Lamb 2015). 
TEMA 3 – PROCESSAMENTO DE EMBALAGEM 
A indústria de embalagens engloba a contenção, a rotulação, a orientação 
e o manuseio de produtos para distribuição, armazenamento e venda. Os 
produtos são empacotados de diversas formas, dependendo do estágio de 
produção e do tipo. Muitos produtos são produzidos a granel, mas devem ser 
embalados em unidades individuais para transporte ou venda (Lamb, 2015). 
As embalagens são classificadas em três grandes categorias. A 
embalagem primária é a primeira camada que envolve e mantém o produto. Essa 
camada é rotulada pelo marketing e está em contato direto com o produto. A 
embalagem secundária é usada para unir embalagem primária e também é 
rotulada para uso do consumidor. A embalagem terciária serve para 
movimentação de granéis, armazenamento e transporte (Lamb, 2015). 
As embalagens em geral são feitas de algum tipo de plástico ou de papelão, 
embora nas indústrias alimentícia e farmacêutica vidros e metais sejam muito 
usados. As máquinas de embalagem utilizam esses materiais disponíveis em 
forma de rolo ou colapsados para envolver o produto. 
Os métodos comuns de embalagens primárias incluem embalagem retrátil, 
empacotamento de papelão, embalagem blister e embalagem a vácuo. Esses 
métodos também são úteis na rotulagem fácil, baseada na aplicação de etiquetas 
adesivas, na impressão direta e em embalagens e sacolas impressas. Os 
métodos secundários também incluem empacotamento, ensacamento e 
embalagem do tipo bag-in-box, além de outras técnicas. As embalagens para 
transporte são criadas para garantir mais proteção e para facilitar o manuseio, e 
não tanto para garantir aspectos relacionados ao marketing e à aparência da 
unidade. 
 
 
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As máquinas de embalagem podem ser adquiridas como equipamentos de 
série, disponibilizadas no mercado por vários OEMs: etiquetadores, sistemas de 
checagem de peso, ensacadores, máquinas armadoras, enfaixadoras e retráteis 
para alimentos. Eles são fabricados em tamanhos padronizados por muitos 
fabricantes e podem ser encomendados e entregues em prazos curtos. Também 
são ajustáveis para vários tamanhos de embalagens e materiais de rotulagem. As 
máquinas podem ser customizadas pelos fabricantes a partir de projetos-padrão, 
mas algumas devem ser fabricadas de forma customizada, devido a requisitos 
especiais, como manuseio de materiais, tamanhos dos pacotes ou velocidade. Os 
usuários finais em geral customizam ou fabricam suas próprias embaladoras 
internamente (Lamb, 2015). 
Figura 5 – Empacotadora 
 
Certas considerações devem ser feitas na escolha ou projeto de uma 
máquina de embalagem. Por exemplo, o tipo de embalagem e a sua aparência 
final, os requisitos de espaço, o rendimento, a confiabilidade, a manutenção, os 
requisitos de mão-de-obra para operar a máquina e a flexibilidade do equipamento 
em relação ao tamanho do produto e a mudanças. As máquinas de embalagens 
são incorporadas em uma linha de manuseio de materiais, em um sistema de 
controle integrado. Acumular, orientar e arranjar fazem parte do processo de 
manuseio de materiais, bem como inspecionar e pesar produtos. A visão de 
máquina e a detecção de metais são comuns na indústria de embalagens (Lamb, 
2015). 
As embalagens de líquidos incluem enchimento, tamponamento, 
fechamento, costura e vedação. A esterilização e a limpeza são parte do processo 
 
 
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de embalagem de líquidos, pelo fato de esse tipo de empacotamento em geral 
envolver comida ou bebida. A refrigeração e a secagem também são comuns em 
tarefas que envolvem manuseio de materiais e empacotamento de produtos 
(Lamb, 2015). 
A utilização de filme plástico requer o encolhimento do filme por meio de 
fornos e ar aquecido e a vedação das embalagens com equipamentos de 
vedação. A temperatura e o tempo são variáveis importantes nesse processo, 
controladas por dispositivos discretos, como controladores de temperatura, 
temporizadores e transportadores de velocidade variável. As máquinas de 
embalagem se valem de inúmeras tecnologias, desde componentes mecânicos e 
de controle simples até servos de alta velocidade e sistemas robóticos. 
 A rotulagem pode ser aplicada nos pacotes por meio de etiquetas adesivas 
a partir de um dispenser ou da impressão direta em embalagens, sacos ou caixas. 
Os rotuladores são controlados por um sensor de detecção de peças, que atua 
como um gatilho. Também é possível usar um codificador ou outro dispositivo de 
detecção de velocidade para controlar o espaçamento. Os códigos de barras, 
elementos importantes da indústria de rotulagem, podem ser pré-aplicados nas 
etiquetas ou impressos diretamente nos produtos (Lamb, 2015). 
TEMA 4 – PROCESSAMENTO DE CERÂMICA 
As cerâmicas industriais são feitas a partir de óxidos de metais, como 
silício, alumínio e magnésio. Carbonetos, boretos, nitretos, feldspato e materiais 
feitos com argila também são ingredientes importantes. As cerâmicas são 
produzidas por meio de métodos parecidos aos utilizados na fabricação de metais 
e plásticos; a extrusão, a prensagem, a fundição, a moldagem por injeção e a 
sinterização são métodos comuns. A maioria das peças de cerâmica começa com 
um pó cerâmico, quepode ser misturado com outras substâncias, dependendo 
das propriedades necessárias. A matéria-prima pode ser uma mistura úmida ou 
seca com outros ingredientes, como elementos ligantes e lubrificantes (Lamb, 
2015). 
A formação resfriada é o processo mais comum na indústria da cerâmica, 
embora os processos de formação a quente também sejam usados em algumas 
circunstâncias. As técnicas de prensagem incluem prensagem a seco, estática e 
a quente. A colagem de barbotina é outro método comum de produção de formas, 
 
 
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com paredes finais e complexas. Esse método às vezes é combinado com o uso 
de pressão aplicada a vácuo. 
A extrusão é usada para formar perfis contínuos e formas ocas. Isso é feito 
de maneira similar à extrusão plástica, mas sem a aplicação de calor. A forma 
plástica do material cerâmico é resultado da mistura de argila e água em 
temperatura ambiente. Essa mistura é forçada por uma matriz, com uso de um 
grande parafuso, conhecido como trado. 
A maioria dos materiais cerâmicos deve passar por tratamento térmico 
depois da formação. Isso é necessário tanto para secar a forma cerâmica de seu 
estado plástico quanto para aquecer ou endurecer o material, até que ele adquira 
a consistência final. Processos intermediários, como sintetização, também são 
feitos para transformar uma forma porosa em um produto mais denso, por meio 
da difusão de material (Lamb, 2015). 
A queima final das cerâmicas em geral é feita em um forno com temperatura 
alta, na ordem de milhares de graus. Isso provoca o processo de vitrificação, em 
que alguns dos componentes da cerâmica entram na fase vítrea, ligando 
partículas fundidas e preenchendo poros no material. Esse processo dá origem a 
um material duro, denso, porém quebradiço, que pode ser usado para vários 
propósitos. 
As cerâmicas são usadas como isolantes, em abrasivos para moagem, 
como revestimentos de ferramentas cortantes, como dielétricos para capacitores, 
em recipientes resistentes ao calor e em diversos outros produtos. As 
propriedades de dureza e resistência a altos níveis de calor tornam a cerâmica 
um elemento importante de peças como componentes de turbinas de motores de 
aviões, válvulas de motores e telhas de isolamento térmico (Lamb, 2015). 
Figura 6 – Linha de produção de cerâmica 
 
 
 
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TEMA 5 – PROCESSAMENTO DE VIDRO 
O vidro é uma substância feita de matérias inorgânicas, principalmente a 
sílica. Ele é fabricado por meio do aquecimento de seus ingredientes no estado 
liquido ou fusão; acontece então o resfriamento no estado sólido. As folhas de 
vidro são produzidas por um método conhecido como flotação, em que o vidro 
fundido é flotado em uma cama de metal fundido, geralmente estanho. Depois de 
resfriada de aproximadamente 1100 graus para 600, essa folha pode ser retirada 
do banho e colocada em rolos. O vidro é posteriormente resfriado enquanto passa 
por um forno, de modo que seja temperado sem deformação. Isso produz uma fita 
continua no vidro, muito plano e uniforme, que é então cortado em seções para 
transporte ou processamento posterior (Lamb 2015). 
As folhas laminadas de vidro com uma intercamada plástica em autoclave 
produzem um vidro seguro e inquebrável, que é usado para para-brisas 
automotivos. Reaquecer o vidro em um estado semiplástico e então resfriá-lo 
rapidamente com ar ou “ar temperado” leva à produção de vidro temperado. Esse 
processo culmina em um vidro de maior resistência mecânica e com peças 
menores e menos perigosas, caso quebre. O vidro temperado geralmente é 
indicado para janelas e portas que precisam de força e segurança. 
Figura 7 – Linha de Produção de Vidro 
 
Os recipientes de vidro são produzidos por prensagem, por sopro ou pela 
combinação de ambos. Garrafas, jarras e ampolas são formadas pela fundição 
por sopro do vidro num molde. Esse processo é similar à moldagem por sopro de 
plástico, em que um recipiente parcialmente fabricado, conhecido como parison é 
 
 
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reaquecido e assoprado em forma final. Esse método é conhecido como “soprado-
soprado”, e é usado para recipientes de gargalo estreito. No método “prensado-
soprado”, o parison é formado por um pistão de metal que pressiona o pedaço de 
vidro sólido para dentro do molde. Depois que o pistão é retirado, o parison é 
assoprado no molde. Um mecanismo é então usado para retirar o produto formado 
do molde, e o recipiente de vidro é resfriado de maneira uniforme e lenta, ou então 
temperado. Alguns recipientes são submetidos a tratamentos posteriores, como 
dealcalização – tratamento com gás químico –, para melhorar a resistência 
química do vidro (Lamb, 2015). 
Figura 8 – Como se fabrica vidro 
 
Fonte: Henrique; Fiorio, 2013. 
 As fibras ópticas são formadas da mesma maneira que os fios: arrasta-se 
uma pré-forma para dentro de um fino trançado de vidro. Um tubo oco de vidro é 
colocado horizontalmente em um torno, onde ele é girado bem lentamente. A pré-
forma é aquecida, e a fibra óptica é puxada para forma como uma corda. Gases 
são injetados junto com oxigênio à medida que o calor é aplicado para otimizar as 
propriedades da fibra óptica. Os fios são agrupados em um feixe de fibras ópticas 
e então revestidos com plástico para maior durabilidade e proteção. 
FINALIZANDO 
Nesta primeira aula, apresentamos alguns processos que podem ser 
automatizados e os desafios iniciais para a implementação de soluções nestas 
linhas de produção. A implantação de sistemas de automação em processos 
 
 
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químicos, alimentícios, cerâmico, em embalagens, e de vidros impõem desafios 
que devem ser avaliados para que custos, serviços de desenvolvimento e a 
própria implementação da solução de automação atinjam as necessidades e 
qualidade exigidas pelo cliente final. Na próxima aula, daremos continuidade à 
análise de processos industriais que podem ser automatizados. 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
HENRIQUE, F.; FIORIO, V. Como é fabricado o vidro. 2013. Disponível: 
<https://www.industriahoje.com.br/como-e-fabricado-o-vidro>. Acesso em: 07 
dez. 2017. 
Kline Technical Consulting LLC. Disponível em: <http://klinenm.com/blog/wp-
content/uploads/2013/08/scada-control-room.jpg>. Acesso em: 07 dez. 2017. 
LAMB, F. Automação industrial: na prática. Porto Alegre: AMGH Editora, 2015.