Técnicas e Instrumentação de Controle Industrial

Técnicas de Controle

A teoria básica de controle define duas estratégias: controle em malha aberta e controle em malha fechada (por realimentação ou antecipativo).

Controle em Malha Aberta

Neste tipo de controle não se faz nenhuma medição. A ação de controle é aplicada antes do processo iniciar e sua intensidade é baseada em estimativas. A verificação da ação de controle é feita apenas no final do processo e, apesar de teoricamente possível, sua aplicação na indústria é inviável. Exemplo: máquina de lavar roupa.

Controle em Malha Fechada

Controle em Malha Fechada por Realimentação

No controle em malha fechada por realimentação, a variável de processo é medida na saída, e o valor lido é comparado com o valor desejado (set point). Se houver um erro (diferença entre o valor lido e o desejado), uma ação de controle proporcional a ele é aplicada à entrada do processo, fechando a malha de realimentação. Uma análise criteriosa desta estratégia nos leva a concluir que a ação corretiva é aplicada após o erro ocorrer, o que pode ser uma desvantagem.

Controle em Malha Fechada por Antecipação

No controle antecipativo, as medições são realizadas na entrada do processo, e as ações de controle são baseadas no modelo matemático do processo, em função dos valores medidos na entrada, buscando antecipar o erro. O sucesso do método depende da fidelidade do modelo matemático ao comportamento do processo.

Instrumentos que Compõem uma Malha de Controle por Realimentação:

1. Elemento sensor ou elemento primário
2. Transmissor
3. Controlador
4. Elemento final de controle
5. Indicador

Classificação de Instrumentos

Cronologicamente, os instrumentos podem ser classificados em:

• Instrumentos Mecânicos ou Locais: Constituídos apenas por partes mecânicas, utilizam a energia do próprio processo para funcionar. A leitura das medições só pode ser feita no local onde o instrumento está instalado.

Instrumentos Pneumáticos

Instrumentos mecânicos que permitem a transmissão dos valores medidos no campo para uma sala de controle centralizada, através de sinais pneumáticos.

Instrumentos Eletrônicos

• Analógicos: Instrumentos que transmitem os valores medidos através de corrente elétrica.
• Digitais: Instrumentos que transmitem os valores medidos através de "pacotes de dados", utilizando protocolos de transmissão específicos para o chão de fábrica.

Terminologia

Range: Faixa de medição é o conjunto de valores compreendidos entre o limite inferior e o limite superior da variável medida. Expressa-se determinando os dois extremos da faixa. Ex: 100 a 500 °C; 0 a 20 Bar.

Span (Alcance): É a diferença algébrica entre o valor máximo e o valor mínimo do range. Ex: Instrumento com range de 100 a 500 °C, SPAN = (500-100) = 400 °C. Ex: Um elemento primário de pressão apresenta um range de (-20 a 60 psi), SPAN = 60 - (-20) = 80 psi.

Repetitividade

Grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando, efetuados sob as mesmas condições de medição.

Exatidão

É a capacidade de um instrumento realizar medições próximas ao valor real (verdadeiro) da variável. A exatidão pode ser expressa de diversas maneiras:

• Percentual do fundo de escala
• Percentual de span
• Percentual do valor lido

Exemplo:

Um sensor de temperatura com range de 50 a 250 °C está medindo 100 °C. Determine o intervalo provável para o valor real da variável.

A) Exatidão = 1% do fundo de escala

Valor real = valor medido +/- exatidão

Exatidão = 1% de 250 = 2,5 °C

Valor real = 100 +/- 2,5 °C

97,5 ≤ valor real ≤ 102,5

B) Exatidão = 1% SPAN (dado do manual)

SPAN = (250-50) = 200 °C

Exatidão = 1% * 200 = 2 °C

98 ≤ valor real ≤ 102

C) 1% do valor lido

Exatidão = 1% de 100 = 1 °C

99 ≤ valor real ≤ 101

Identificação de Instrumentos

A identificação de instrumentos em um fluxograma de processos deve ser feita através de um conjunto de letras e números, como preconizado pela norma ISA5.1. A norma define uma tabela de letras, com seus significados definidos em duas colunas. A identificação dos instrumentos deve ser feita por um conjunto de letras que identifique a variável de processo de acordo com a primeira coluna da tabela. A segunda e demais letras identificam a(s) função(ões) do instrumento. Pode-se usar uma sequência numérica para a identificação da malha à qual o instrumento pertence. Ex: P (variável 1ª coluna) C (função 2ª coluna) 032 (controle de pressão instalado na malha 32).

Quadro Resumo

TIC 103 tag number → identificação do instrumento
T 103 malha
I 103 número de malha
TIC → identificação funcional

Observações:

1. As letras definidas como "user's choice" são utilizadas para identificar variáveis e/ou funções particulares (não contempladas) e devem ser acompanhadas de legenda nos projetos. A letra N pode ser definida como "módulo de elasticidade". NI → Indicador de módulo de elasticidade.
2. Qualquer primeira letra, quando combinada com alguma letra modificadora (D, F, M, K, Q) ou um conjunto delas, define uma nova variável. Ex: PDI → Indicador de pressão diferencial (ΔP = P1 - P2).
3. O termo "safety" se aplica a sistemas de proteção de elementos primários e elementos finais de controle.

   Ex: PSV → Válvula de segurança de precisão.

4. A função passiva G é utilizada para instrumentos que apresentam um "visor" não calibrado, como um indicador de vidro ou monitor de TV.

   Ex: GI → Indicador de vidro de nível.

5. Lâmpadas piloto que fazem parte da malha de controle devem ser indicadas pela 1ª letra seguida da letra L.

   Ex: LLH → Lâmpadas piloto de nível alto.

6. O termo switch deve ser utilizado se a chave ou válvula for acionada manualmente.

   Ex: FSH → Válvula manual de vazão.

Exemplos de Instrumentos

PCI → Indicador controlador de pressão
FU → Válvula de vazão
LRI → Indicador registrador de nível
TT → Transmissor de temperatura
SE → Elemento primário ou sensor de velocidade ou frequência
II → Indicador de potência

Simbologia

Linhas de Conexão