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CAPÍTULO 1 CONTROLE DE TEMPERATURA ON/OFF

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OBJETIVO 1

DESCREVER A FUNÇÃO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA Os sistemas de controle de temperatura são utilizados para manter a temperatura de um fluido de processo ou de um material em um setpoint específico ou dentro de uma faixa desejável. O controle de temperatura pode ser executado por meio de métodos de controle manuais ou automáticos. Em muitas aplicações de controle de temperatura, a vazão é a variável manipulada. A figura 1, por exemplo, mostra um sistema de controle de temperatura no qual a água que flui por um lado de um trocador de calor é aquecida por um óleo quente que flui pelo outro lado. Um controlador controla a taxa de vazão do óleo quente de forma que a temperatura do fluido de processo é mantida no setpoint desejado.

ENTRADA DE FLUIDO DE PROCESSO FRIO

SAÍDA DE ÓLEO MORNO TROCADOR DE CALOR

CONVERSOR I/P

CONTROLADOR

15 10

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

20

5

25

30

SAÍDA DE FLUIDO DE PROCESSO QUENTE

125.0PV 125.0SP

ENTRADA DE ÓLEO QUENTE

SONDA DE RTD

VÁLVULA

Figure 1. Sistema de Controle de Temperatura 33301-AB-P PAA 10 CONTROLE DE TEMPERATURA BÁSICO Direitos Autorais © 2007 Amatrol, Inc.

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O controle on/off ou controle de duas-posições é um método de controle geralmente utilizado nas aplicações de controle de temperatura em que a temperatura do processo deve ser mantida dentro de uma faixa específica. Ele é o mais simples e freqüentemente o mais barato método de controle de processos automático. O controle on/off verifica o valor de uma variável de processo e devolve uma saída que é totalmente on (100%) ou totalmente off (0%). Não há qualquer ajuste intermediário no controle on/off. A figura 2 mostra um exemplo de sistema de controle de temperatura on/off que utiliza uma válvula solenóide para controlar o fluxo de vapor em um trocador de calor de casco e tubo. O vapor aquece o fluido de processo frio à medida que ele atravessa o tubo do trocador de calor. Depois de atravessar o trocador de calor, o fluido de processo escoa em um recipiente que contém um sensor de temperatura. O sensor de temperatura envia um sinal ao controlador que indica a temperatura do fluido de processo. O controlador também mantém a temperatura do processo entre os limites alto e baixo pré-ajustados, abrindo e fechando completamente a válvula solenóide.

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DESCREVER A OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DE TEMPERATURA ON/OFF E DIZER UMA APLICAÇÃO

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OBJETIVO 2

OUTPUT = 0% (OFF) OR 100% (ON) CONTROLLER

STEAM IN

S

ON/OFF SOLENOID VALVE

STEAM OUT

PROCESS FLUID IN

RTD PROBE

HEAT EXCHANGER

PROCESS FLUID OUT

Figure 2. Controle de Temperatura On/Off

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Quando a temperatura do processo estiver abaixo do limite inferior de temperatura, o controlador detecta este estado e abre a válvula solenóide permitindo a entrada de vapor no trocador de calor. A temperatura no interior do recipiente aumenta até alcançar o limite superior de temperatura. Nesse ponto, o controlador fecha a válvula solenóide para impedir a entrada de vapor no trocador de calor. A temperatura no interior do recipiente começa então a diminuir até alcançar o limite de temperatura inferior e, partir daí, o ciclo se repete. Quando a temperatura estiver entre os seus limites superior e inferior não haverá qualquer mudança na saída do controlador. Como não há qualquer mudança na saída, também não haverá qualquer mudança na posição do elemento final de controle (válvula). Por este motivo, a região entre os limites alto e baixo é chamada de zona morta ou zona neutra, conforme ilustração da figura 3. As barras estão espaçadas em intervalos iguais para ilustração, porém, na indústria, os intervalos de tempo entre as aberturas e fechamentos da válvula podem ser completamente aleatórios. TEMPERATURA REAL

TEMPERATURA TEMPERATURA ALTA

ZONA MORTA TEMPERATURA BAIXA

ON

OFF

ON

OFF

ON

OFF

POSIÇÃO DA VÁLVULA ABERTA

FECHADA TEMPO

Figure 3. Resposta do Processo vs Posição do Elemento Final de Controle

Se a zona morta for muito estreita, o elemento de controle ligará e desligará constantemente, tendo sua vida útil reduzida. Portanto, um sistema de controle on/off deve ser projetado de forma que a sua zona morta seja larga o suficiente para prevenir oscilações freqüentes e ainda controlar a variável de processo dentro de limites aceitáveis. Uma limitação dos sistemas de controle on/off é que eles não podem manter a variável em um setpoint específico. 33301-AB-P PAA 10 CONTROLE DE TEMPERATURA BÁSICO Direitos Autorais © 2007 Amatrol, Inc.

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Um outro método comum utilizado para executar o controle on/off inclui o uso de uma chave interruptora para energizar e desenergizar um elemento de aquecimento ou um circuito elétrico. Os termostatos freqüentemente utilizam este método para controlar a temperatura da água em tanques de água quente. A figura 4 apresenta o exemplo de um termostato de bulbo sensor que utiliza uma chave interruptora interna para ativar e desativar um elemento de aquecimento a fim de controlar a temperatura do líquido no tanque. Quando os contatos da chave estiverem fechados, será aplicada uma corrente no elemento de aquecimento e o líquido será aquecido, conforme ilustração da figura. 40

60

50

30

70

TUBO CAPILAR

20 110

90

100

80

12 0

SP

BULBO SENSOR

TEMPERATURA 65° C ELEMENTO DE AQUECIMENTO ENERGIZADO TERMINAIS DE CONTATO

CONTATOS FECHADOS

FONTE DE ALIMENTAÇÃO

+

-

Figure 4. Termostato Ativando um Elemento de Aquecimento em um Sistema de Controle On/Off

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Quando o líquido alcança a temperatura desejada, os contatos da chave abrem. O fornecimento de corrente ao elemento de aquecimento será interrompido, desativando-o, como mostra a figura 5. O líquido, então, começa a esfriar.

40

60

50

30

70

TUBO CAPILAR

20 110

0

12

90

100

80

BULBO SENSOR

TEMPERATURA 70° C TERMINAIS DE CONTATO

CONTATOS ABERTOS

ELEMENTO DE AQUECIMENTO DESENERGIZADO

FONTE DE ALIMENTAÇÃO

+

-

Figure 5. Termostato Desativando um Elemento de Aquecimento em um Controle On/Off

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OBJETIVO 3

DESCREVER COMO CONFIGURAR E OPERAR UM CONTROLADOR HONEYWELL UDC 3500 PARA EXECUTAR UM CONTROLE DE TEMPERATURA ON/OFF Os controladores digitais são freqüentemente configurados para controlar processos usando métodos de controle em malha fechada automáticos avançados. Porém, como o controle on/off é relativamente simples, em comparação com os outros métodos, e como ele ainda é amplamente usado na indústria, os controladores digitais, além de executarem os métodos mais avançados de controle de processos, também possuem a capacidade para efetuar o controle on/off. A figura 6 mostra um controlador conectado a um RTD e a uma válvula solenóide para efetuar um controle de temperatura on/off. A válvula solenóide está conectada a um dos relés de saída do controlador.

TERMINAIS DE RELÉS 10 11 12

PARA A VÁLVULA SOLENÓ

1.SAÍDA = 0% (OFF) OU 100% (ON)

CONTROLADOR (TERMINAIS DE CONEXÃO)

ENTRADA DE VAPOR

10

19

L1

11

20

29

L2/N

12

21

30.

4

13

22

31

5

14

23

32

6

15

24

33

7

16

25

34

8

17

26

35

9

18

27

36

28

CONEXÕES DA ENTRADA 1 (34, 35, 36) CONEXÕES DO RTD

S

VÁLVULA SOLENÓIDE ON/OFF

SAÍDA DE VAPOR

ENTRADA DE FLUIDO DE PROCESSO

SONDA DE RTD

TROCADOR DE CALOR

SAÍDA DE FLUIDO DE PROCESSO

Figure 6. Controlador Conectado para Controle On/Off

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Todos os relés de saída do Honeywell UDC 3500 são projetados para operar no modo de falha segura. Isso significa dizer que os relés somente serão energizados quando a alimentação for aplicada e a PV não exceder o valor do SP. Enquanto os relés estiverem energizados, os contatos NA estarão fechados e os contatos NF estarão abertos. Quando a alimentação for removida ou quando uma condição de alarme estiver presente, os relés serão desenergizados e os seus contatos retornarão aos seus estados normais. Este é o motivo pelo qual a válvula solenóide, na figura 6, está conectada aos contatos NF. Os passos a seguir descrevem como configurar um controlador Honeywell UDC 3500 para controle de temperatura on/off. Passo 1: Ajustar os parâmetros de entrada - Os parâmetros de entrada para controle de temperatura são os mesmos utilizados para outras variáveis de processo. Eles estão localizados no grupo de parâmetros INPUT1 do menu de setup (configuração), conforme ilustração da figura 7.

ALM 1234

MAN

F

DI 1234

PV

OUT 1234

-SP

Func. Loop 1/2

Lower Display

SP

Man Auto

Setup

SP Select Run Hold

Figure 7. Grupo de Parâmetros INPUT1

Você deve indicar ao controlador o tipo de sinal de entrada (ex: termopar, RTD, 4-20 mA, etc.), o valor exibido que corresponde à entrada alta e o valor exibido que corresponde à entrada baixa. Os parâmetros de entrada geralmente programados são: • IN1 TYPE • IN1 HIGH • IN1 LOW

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Passo 2: Selecionar controle on/off - O parâmetro CONT ALG no grupo de parâmetros de ALGORITHM deve ser ajustado para ON-OFF para o controlador operar no modo de controle on/off.

ALM 1234

MAN

F

DI 1234

PV

OUT 1234

-SP

Func. Loop 1/2

Lower Display

SP

Man Auto

SP Select Run Hold

Setup

Figure 8. Parâmetro CONT ALG Ajustado para ON-OFF

Passo 3: Ajustar o valor de histerese - O valor de histerese estabelece uma faixa morta (zona neutra) em torno do setpoint no qual não há qualquer mudança na saída do controlador. O parâmetro de histerese é denominado OUT HYST, conforme ilustração da figura 9, e está localizado no grupo de parâmetros CONTROL do menu de setup.

ALM 1234

MAN

F

DI 1234

PV

OUT 1234

-SP

Func. Loop 1/2 Setup

Lower Display

SP

Man Auto

SP Select Run Hold

Figure 9. Parâmetro de Histerese de Saída (OUT HYST)

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O valor de histerese é ajustado de 0 a 100% do span da variável de processo (PV). Metade do valor de histerese é estabelecido acima do setpoint e a outra metade é estabelecida abaixo do setpoint. Por exemplo, um processo tem uma faixa de temperatura de 90°F a 100°F, um valor de histerese de 10 (10% do span da PV) e um SP de 95°F. 10% de 10°F (span da PV) é 1, e a metade de 1 é 0.5. Portanto, a saída de controlador será 100% quando a PV subir acima de 95.5°F (SP + 0.5) e 0% quando a PV cair abaixo de 94.5°F (SP - 0.5). Passo 4: Sair do menu de setup e ajustar o setpoint - Assim que todos os parâmetros necessários tiverem sido ajustados, deve-se pressionar a tecla de Lower Display para sair do menu de setup. A tecla de Lower Display deverá ser, em seguida, usada para exibir o SP. Finalmente, o SP será ajustado por meio das teclas de up/down (para cima/para baixo p/q). Passo 5: Colocar o controlador no modo automático - O controle on/off é um método de controle automático. Portanto, o controlador deverá ser colocado no modo automático. Passo 6: Executar o processo - O controlador deverá manter a variável de processo entre os limites alto e baixo determinados pelos valores do setpoint e de histerese.

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Objetivos amatrol  

Apresentação da Metodologia AMATROL

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