Os Conceitos Básicos de Controle de Processos

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Os instrumentos de controle de processo são necessários porque as variáveis de processo não permanecem constantes ao longo do tempo. O objetivo do sistema de controle é determinar o valor das variáveis de processo e continuamente atualizar os dispositivos de atuação que agem diretamente sobre o processo.

1.5 Elementos de um Sistema de Controle

Malha de Controle é o conjunto dos instrumentos interligados ao processo para exercer funções de controle. As malhas de instrumentos podem ser abertas ou fechadas, determinando assim o tipo de estratégia de controle (estratégias de controle são bordadas no curso avançado). Uma Malha de Controle é formada basicamente por três elementos: sensores transmissores, controladores e atuadores. Esses serão tratados com mais detalhes adiante.

1.6 Sinais Utilizados em Controle de Processos

Sinal é uma variável criada para representar uma outra variável através de uma relação específica. Por exemplo, o nível de um líquido num tanque pode ser expresso através de uma tensão elétrica equivalente.

1.6.1 Sinais Binários

O sinal binário e o tipo mais simples de sinal. Ele é capas de assumir apenas duas condições: Ligado ou Desligado, Verdadeiro ou Falso, Sim ou Não. Tais valores podem ser simbolizados por 1 ou 0 respectivamente. Um instrumento binário apresenta sua saída variando entre um valor e outro, dependendo do nível do sinal de entrada ser maior ou menor que um determinado valor.

Um termostato é um exemplo típico de um elemento que prove um sinal binário. Digamos que o termostato esta ajustado para manter a temperatura de uma sala em 75o C. Enquanto a temperatura ambiente não atingir a temperatura ajustada, o termostato manterá acionado o aquecedor elétrico responsável por esquentar o ar da sala. No momento em que a temperatura alcançar os 75o C, o termostato é desligado e do ar deixa de ser aquecido. Quando a temperatura da sala cai novamente abaixo dos 75o C, o processo volta a se repetir. Nesse caso, o aquecedor elétrico assume apenas dois estados, Ligado (temperatura da sala abaixo da desejada) ou Desligado (temperatura da sala no valor desejado).

Sinais binários são muitas vezes chamados de sinais discretos ou digitais, porém devemos observar que um sinal binário representa uma informação completa a respeito de um estado (Ligado ou Desligado), não importado se esse estado é momentâneo ou por tempo indefinido.

Sinais binários aparecem nos seguintes níveis de tensão padronizados:

- Corrente Alternada: 0V (0 lógico) 120, 240V (1 lógico).

- Corrente Contínua: 0V (0 lógico) a 24V,48V (1 lógico).

1.6.2 Sinais Analógicos

Sinal analógico é aquele que representa uma grandeza contínua, ou seja, definida em todo instante de tempo. Um exemplo de uma grandeza definida a todo instante de tempo é a temperatura.

Em controle de processos, freqüentemente utilizamos faixas de valores padronizados para representar as mais diversas grandezas analógicas.

Sinais analógicos aparecem nos seguintes níveis de tensão e corrente padronizados:

- Corrente Elétrica Contínua: 0 a 20mA, 4 a 20mA e 10 a 50mA.

- Tensão Elétrica Contínua: -10V a 10V, 1V a 5V.

- Pneumáticos: 3 a 15psig (20 a 100 kPa) e 6 a 30psig (40 a 200kPa).

Um termo muito comum em controle de processos envolvendo variáveis analógicas é a modulação, definida como a alteração automática no valor de uma variável de saída quando ocorre uma alteração na variável de entrada.

1.6.3 Sinais Digitalizados

Um sinal digitalizado é composto basicamente por seqüências de pulsos cuja amplitude, freqüência ou forma é variada de forma a corresponder a maneira como uma variável muda de valor. Esse sinal em forma de pulsos pode conduzir informação binária ou analógica, numérica ou alfabética.

Nas aplicações industriais onde são utilizados computadores para controle de processo, são utilizados conversores de sinal analógico para digital (A/D) e digital para analógico (D/A) para permitir que os sinais vindos do campo possam ser adquiridos, processados e devolvidos aos instrumentos de atuação. O processo de conversão é chamado digitalização.

GRANDEZAS FÍSICAS BÁSICAS

2.1 Temperatura

Temperatura á e sensação de quente ou frio, sendo considerada uma grandeza base. Temperatura não é calor, pois calor é uma forma de energia, sendo necessário que haja diferença de temperatura entre dois pontos para que haja transferência de calor entre eles.

No Sistema Internacional (SI) a unidade de temperatura é o kelvin, cujo símbolo é K, sendo a escala Kelvin também chamada absoluta ou termodinâmica. Na prática usa-se como unidade de temperatura o grau Celsius (ºC), que é uma escala relativa, pois foi construida em função aos pontos de mudança de estados de determinadas substâncias puras.

2.2 Pressão

Pressão é uma grandeza física definida pela seguinte relação matemática:

[pic 1]

Onde:

- P = pressão.

- F = força exercida perpendicularmente.

- A = área.

Como pressão é uma relação entre força e área, para uma mesma área, aumenta-se a pressão aumentando-se a força e para uma mesma força, aumenta-se a pressão diminuindo-se a área.

A unidade de pressão no SI é o pascal, cujo símbolo é o Pa, definida como a força expressa em newtons e a área em metro quadrado. Como esta unidade é muito pequena, é comum usar os múltiplos de kPa e MPa. Na prática industrial, ainda há uma grande resistência em usar o pascal; em seu lugar usam-se:kgf/cm2 e o psi. A conversão entre elas pode ser feita da seguinte forma:100kPa = 1kgf/cm2 = 14,7 psi.

A medição da pressão envolve a comparação entre as pressões de dois pontos. Dependendo da pressão de referência ou da pressão zero tomada, tem-se diferentes tipos de pressões e consequentemente,