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malhas de pressão[681]

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FACULDADE PITÁGORAS JOÃO PESSOA – CAMPUS II
Lucas Henrique Marque de Lima
Alysson C. Martins
MALHAS DE CONTROLE E MEDIÇÃO
Sistemas de pressão – Metrologia
João Pessoa
2019
RESUMO
Existem diversas configurações de sistemas de controles. As primeiras aplicações de controle
automático de medição podem ser encontradas já entre 300 A.C. e 1 A.C. na Grécia com
mecanismos de reguladores flutuantes. Em 250 A.C. Philon concebeu um mecanismo desse
tipo para manter o nível de óleo constante em um lampião. O relógio de água de Ketsibios foi
outro exemplo desse tipo de mecanismo. O objetivo deste relatório é definir e analisar o
conceito de malhas de medição quando se trata de pressão. A medição e controle de pressão é
a variável de processo mais usada na indústria de controle de processos nos seus mais diversos
segmentos.
1. INTRODUÇÃO
A medição de pressão é ponto de interesse da ciência há muitos anos, pois através da
pressão é facilmente possível inferir uma série de outras variáveis de processo, tais como nível,
volume, vazão e densidade. É importante mencionar o que vem a ser uma malha de controle.
Malhas de controle são estruturas utilizadas para realizar o controle de um dado sistema que
necessita ser observado para medir as variáveis de saída. Para que o sistema tenha uma maior
precisão e fazer com que ele reaja à perturbações externas, o sinal de saída é comparado com
um sinal de referência, gerando assim uma diferença que será usada para determinar o sinal de
controle.
Nas últimas décadas, com o advento da tecnologia digital, uma enorme variedade de
equipamentos se espalhou pelo mercado em diversas aplicações. A caracterização de pressão
só teve seu real valor a partir do momento em que conseguimos traduzi-la em valores
mensuráveis. Todo sistema de medição de pressão é constituído pelo elemento primário, o qual
estará em contato direto ou indireto ao processo onde se tem as mudanças de pressão e pelo
elemento secundário (Transmissor de Pressão) que terá a tarefa de traduzir esta mudança em
valores mensuráveis para uso em indicação, monitoração e controle.
2. DEFINIÇÃO
Podemos determinar os princípios básicos da medição de pressão, são eles:
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Planta: Parte ou conjunto de equipamentos que funcionam integrados como um
sistema.
Processo: Conjunto de equipamentos interligados e procedimentos usados para
converter matéria-prima em produto acabado através de mudanças químicas, físicas,
mecânicas ou térmicas.
Perturbação: Sinal que tende a afetar adversamente o comportamento da saída do
sistema. Uma perturbação pode ser externa, funcionando como uma entrada, ou interna
ao sistema.
Variáveis: Em cada processo temos variáveis (T, F, x, P, etc.) que indicam o ESTADO
do processo, em cada instante (comportamento dinâmico).
Sistemas: É uma combinação de componentes que atuam conjuntamente e realizam um
certo objetivo.
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): É um valor desejado estabelecido previamente como referência de ponto
de controle no qual o valor controlado deve permanecer.
As malhas de controle ser classificadas como malha fechada ou malha aberta, dependendo
da aplicação e de um controle mais eficiente:
Malha Fechada: O sinal de saída possui efeito direto no sinal de controle. São denominados
sistemas de controle realimentados ou com retroação. O sistema em malha fechado é utilizado
para enviar o sinal de erro para o controlador e deste modo eliminá-lo. Malha Fechada
⇔Realimentação (feedback). u(t) é a lei de controle aplicada na planta.
Malha Aberta: São sistemas de controle nos quais a saída não tem efeito na ação de controle.
Também conhecido como feedforward. Sendo K0 controlador utilizado no controle em malha
aberta. Neste tipo de sistema, a saída nem é medida nem realimentada. Exemplo: Máquina de
lavar roupa.
Por meio da utilização de um sistema de controle de malha fechada, pode-se projetar um sistema
de controle a distúrbio e variações de parâmetros da planta. O sistema de controle de malha
aberta é mais fácil de ser construído, visto que grande parte das plantas é estável em malha
aberta. Em sistemas onde é conhecida a relação entre a entrada e a saída, e ainda, verifica-se a
ausência de distúrbio, é aconselhável a utilização de um sistema de controle de malha aberta.
Geralmente, projeto de sistemas em malha fechada são mais caros que malha aberta. Uma
combinação entre sistemas de controle de malha aberta e malha fechada apresenta melhores
resultados do que utilizados separadamente.
Unidades de Pressão no Sistema Internacional (SI): O Pascal (Pa) é a unidade de pressão do
Sistema Internacional (SI), no qual um Pa é a pressão gerada pela força de 1 Newton agindo
sobre uma superfície de 1 metro quadrado à Pa = N/m².
Tipos Usuais De Medição: Em função da referência pode-se classificar a medição de pressão
como: manométrica, absoluta e diferencial (relativa).
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Pressão absoluta: é medida com relação ao vácuo perfeito, ou seja, é a diferença da
pressão em um determinado ponto de medição pela pressão do vácuo (zero absoluto).
Normalmente quando se indica esta grandeza usa-se a notação ABS. Ex.: A pressão
absoluta que a atmosfera exerce ao nível do mar é de 760mmHg.
Pressão diferencial: é a diferença de pressão medida entre dois pontos. Quando
qualquer ponto diferente do vácuo ou atmosfera é tomado como referência diz-se medir
pressão diferencial. Por exemplo, a pressão diferencial encontrada numa placa de
orifício.
Pressão manométrica (Gauge): é medida em relação à pressão do ambiente, ou seja,
em relação a atmosfera. É caracterizada pela diferença entre a pressão absoluta medida
em um ponto qualquer e a pressão atmosférica. É sempre importante registrar na notação
que a medição é relativa. Exemplo: 10Kgf/cm2 Pressão Relativa.
Sensores Utilizados na Medição de Pressão: Em geral os sensores são classificados conforme
a técnica usada na conversão mecânica da pressão em um sinal eletrônico proporcional. Todas
as tecnologias tem um só propósito que é transformar a pressão aplicada em um sensor, em um
sinal eletrônico proporcional a mesma:
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Capacitância Variável (Capacitivos)
Piezo-resistivo (Strain Gage)
Potenciométrico
Piezo-elétrico
Relutância Variável
Ressonante
Ótico
Outros
Equipamentos Industriais para Medição de Pressão: Na indústria, dentre os diversos
equipamentos usados para medir pressão, podemos destacar dois deles: o manômetro e o
transmissor de pressão.
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Manômetro: é usado para leituras locais da pressão, possuindo normalmente
uma conexão com o processo e um display (quando eletrônico) ou ponteiro
(quando mecânico) para que se possa ler a pressão localmente. Normalmente
são dispositivos de baixo custo e são usados quando a pressão não precisa ser
transmitida para um sistema de controle e não se precisa exatidão. Por exemplo,
pressões estáticas, pressões de bomba. Existem também modelos diferenciais,
vacuômetros, sanitários.
Transmissores de pressão: microprocessados, possuem a grande vantagem de
permitirem uma melhor interação com o usuário, com interfaces amigáveis.
Além disso, possuem características de auto diagnose que facilitam a
identificação de problemas. Com o advento das redes fieldbuses, pode-se agora
extrair ao máximo os benefícios da tecnologia digital. Estes transmissores
possuem melhor exatidão, uma estabilidade eletrônica superior aos modelos
analógicos, além de facilitarem ajustes e calibrações. A tecnologia digital
também permite que poderosos algoritmos possam ser implementados a favor
da melhoria de performance e exatidão da medição e a monitoração on-line da
vida do equipamento.
Exemplos
Conclusão
Em um sistema de malha aberta como vemos na imagem o operador fica encarregado de
verificar no equipamento e então prosseguir com a ação necessária.
Já em um sistema de malha fechada temos o controle automático das válvulas e outros
acionadores através de controladores e vários outros equipamentos como sensores, software e
etc.
Observando o comportamento das duas malhas podemos destacar que o processo do sistema de
malha fechada se comporta de maneira mais eficiente por que tem um controle mais preciso das
informações podendo assim ter maior controle sobre as incertezas já que tem uma periodicidade
de medição nesse sistema.
O sistema de malha aberta não pode ser descartado mais o controle fica por conta do operador
que pode levar a mais incertezas na aferição da malha.
Então por um controle mais preciso nos processo e por sua maior autonomia temos que a malha
fechada e uma melhor aquisição para o processo
Referência bibliográfica
Como selecionar um controle de malha
https://www.citisystems.com.br/controlador-de-temperatura/
Acesso: 20/04/2019.
Malhas e equipamentos
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral/laboraorio-de-sistemas-de-controle/
Acesso: 19/04/2019.
Controle avançado
http://www.foz.unioeste.br/~romeu/CIP/1_Aula_PIDSingleLoop_ControleAvancado.pdf
Acesso: 19/04/2019.
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