Comportamento dinâmico de processos submetidos ... - UFRJ/EQ .Comportamento dinâmico de processos

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  • Comportamento dinmico de processos submetidos a

    controle feedback

    Comportamento dinmico de processos submetidos a

    controle feedback

    Sistema simulado no SIMULINK/MATLAB

  • Processo Submetido a Controle P

    Processo Submetido a Controle P

  • Percebe-se da Figura que o controle P deixa offset (erroestacionrio final).

    O offset diminui medida que se aumenta o ganho docontrolador, mas,em contrapartida, a respostasetorna mais

    Processo Submetido a Controle P

    Processo Submetido a Controle P

    controlador, mas,em contrapartida, a respostasetorna maisoscilatria, podendo instabilizar para ganhos ainda maiores.

  • Processo Submetido a Controle PI

    Processo Submetido a Controle PI

    Figura 2.11 Processo submetido a controle P (Kc = 6) e PI (Kc = 6; I = 2)

  • Constata-se da Figura 2.11 que a adio da ao I elimina ooffset, mas deixa a resposta mais oscilatria e mais lenta.

    No controle PI, o aumento de Kc torna as respostas maisrpidas; no entanto, se um valor muito grande de Kc

    Processo Submetido a Controle PI

    Processo Submetido a Controle PI

    rpidas; no entanto, se um valor muito grande de Kc empregado, a resposta pode exibir umgrau indesejvel deoscilao. Por sua vez, o aumento deI torna a resposta maislenta (ou conservativa).

  • Processo Submetido a Controle PID

    Processo Submetido a Controle PID

    Figura 2.12 Processo submetido a controle PI (Kc = 6; I = 2) e PID (Kc = 6; I = 2; D = 0,5)

  • Verifica-se ma Figura 2.12, que o controlador PIDconseguiu chegar ao set-point, semoff-set, rapidamente ecomum nvel de oscilao bastante baixo.

    No controle PID, para pequenosvalores,o aumento de D

    Processo Submetido a Controle PID

    Processo Submetido a Controle PID

    No controle PID, para pequenosvalores,o aumento de Dtende a melhorar a resposta, reduzindo a sobrelevao (ouovershoot). No entanto, seD muito grande e h rudo demedida, o mesmo tende a ser amplificado e a resposta podese tornar oscilatria.

  • Instrumentao do Sistema de Controle

    Instrumentao do Sistema de Controle

    INTRODUO

    Muitas das suposies que so comumente feitas para

    simplificar o projeto de controle:

    - comportamento linear dos instrumentos e manipuladores;

    - dinmica desprezvel da instrumentao e sinal de trans-

    misso,

    dependem do projeto e especificao adequados dos

    instrumentos do sistema de controle.

  • Instrumentao do Sistema de Controle

    Instrumentao do Sistema de Controle

    Algumas variveis de processo so medidas de forma relativamente

    fcil:

    - vazo de lquidos;

    - P;

    - Nvel.

    Outrassoinerentementedifceisdemedir(quantificar):Outrassoinerentementedifceisdemedir(quantificar):

    - composio qumica;

    - vazo de slidos etc.

    A FALTA DE ELEMENTOS SENSORES APROPRIADOS PARA

    MUITAS VARIVEIS DE PROCESSO UMA LIMITAO

    FUNDAMENTAL APLICAO DE CONTROLE DE

    PROCESSOS.

  • Instrumentao do Sistema de Controle

    Instrumentao do Sistema de Controle

    NVEIS DE SINAIS DE INSTRUMENTAO

    PADRONIZADOS

    Analgicos (contnuos)

    - pneumtico (ar comprimido): 3 a 15 psig;

    - eltrico: 4 a20mA; 1 a5 volts (correntecontnua)- eltrico: 4 a20mA; 1 a5 volts (correntecontnua)

  • Transdutores Transdutores

    ElementoQuantidade medida

    (Varivel de processo)Sinal transmitido

    (para o controlador)

    Transdutores so dispostivos que converteminformao fsica

    ou qumica emuma dada forma emuma forma fsica alternativa.

    Elementosensor

    (Varivel de processo) (para o controlador)Transmissor

    Transdutor tpico

  • Sensores de temperatura Sensores de temperatura

    Sensores de temperatura: o termopar , talvez, o mais usadode todos os tipos de termmetro, especialmente quando setrata de altas temperaturas ( a faixa mais comum de 200 a1000oC).

  • O termopar se baseia no princpio descoberto por Seebek deque qualquer diferena de temperatura entre as junes dedois metais diferentes gera uma diferena de potencial, isto, uma fora eletromotriz, entre essas junes.

    Sensores de temperatura Sensores de temperatura

    Estando uma das extremidades emcontato com a fonte decalor e a outra no meio ambiente, haver uma diferena detemperatura entre as junes e, consequentemente, umadiferena de potencial, isto , voltagememmV.

  • Essa pequena tenso formada pela diferena de temperatura indicada diretamente em um milivoltmetroconvenientemente calibrado emescala de temperatura (estetipo chamado pirmetro) ou ampliada eletronicamente edepoisutilizada para acionar um mecanismodecontrole.

    Sensores de temperatura Sensores de temperatura

    depoisutilizada para acionar um mecanismodecontrole.

  • Sensores de temperatura Sensores de temperatura

    arranjo tpico para termopar

  • Sensores de temperatura Sensores de temperatura

    (a) apenas resistncia de pelcula externa;(b) resistncias de pelcula interna e externa;

  • Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    dpcell clula de presso diferencial

  • O dpc ou transmissor de presso diferencial umdispositivo comdiafragma que converte a diferena de presso

    emumsinal padro pneumtico ou eltrico.

    Diferenas de presso causampequenos deslocamentos do

    diafragmasensvel. A posiodo diafragma detectadapelas

    Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    diafragmasensvel. A posiodo diafragma detectadapelas

    placas do capacitor emambos os lados do diafragma.

    A capacitncia diferencial entre o diafragma e os pratos

    capacitores convertida emvoltagemcontnua.

  • Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    Sensores de presso ou sensores atuados por

    presso

    dpcell clula de presso diferencial

  • Dp cell (transdutor de presso diferencial de capacitncia varivel)

    Dp cell (transdutor de presso diferencial de capacitncia varivel)

    - Um sinal de presso transferido atravs de umdiafragma isolante e

    lquido de enchimento para o diafragma sensvel (de metal).

    - Do outro lado do diafragma sensvel, pode-se ter uma presso de

    refernciaououtratomadadeimpulso.refernciaououtratomadadeimpulso.

    - A presso diferencial causa pequenos deslocamentos do diafragma

    sensvel. A posio do diafragma sensvel detectada por pratos

    capacitores emambos os lados do diafragma.

    - A capacitncia diferencial entre o diafragma sensvel e aspratos

    capacitores convertida emum sinal de voltagemcontnua.

  • Sensores de vazo Sensores de vazo

    sensor de vazo

  • Sensores de vazo Sensores de vazo

    Os dispositivos mais usados so aqueles que usamoseguinte princpio: estrangulando-se um fluxo por umestreitamento ou uma restrio qualquer, a relao entre aperda de carga (a queda de presso), a rea e a vazovolumtrica desseestreitamentoa seguinte:volumtrica desseestreitamentoa seguinte:

    2/1)( pKAQ =

  • Sensores de composio Sensores de composio

    - Medidas difceis e caras de seremobtidas.

    - Geralmente medida emlinha mais desafiante.

    - Mediomanual vs. Analisadoreson-line.- Mediomanual vs. Analisadoreson-line.

    - Meios fsicos preferveis a tcnicas qumicas, por exemplo:relacionar a frao mssica ou molar de umcomponente-chave de um lquido a pH ou condutividade ou aconcentrao de umcomponente emuma corrente de vapora suas absores IVou UV.

  • Sensores: composi oqumica

    Sensores: composi oqumica

    - Espectroscopia do Infra-vermelho IV; analisador deradiao ultra-violeta UV frequncia de vibrao demolculas especficas examinada pela absoro de radiaoeletromagntica.

    - Cromatografia gasosa pode medir muitos componentesnuma mistura ao mesmo tempo. Mtodos cromatogrficosincluem atraso de tempo.

    - Medida indireta: por exemplo, T em coluna de destilao;

    - Inferncias sensores virtuais (modelos empricos oufenomelgicos).

  • Temperatura da gua de alimentao

    TIT1023 (C)

    Temperatura dos TIT1042

    O2 (%)

    Concentrao de Oxignio

    CO (ppm)

    Concentrao de monxido de carbono

    10 neurnios

    tangente hiperblica

    6 neurnios

    lineares

    6 neurnios

    identidade

    Sensores: composi oqumica

    Sensores: composi oqumica

    Valdman, 2010

    Temperatura dos gases da chamin

    TIT1042 (C)

    Temperatura do leo Combustvel

    TIT1011 (C)

    Vazo de Vapor FIT1031 (m/h)

    Presso de vapor na linha

    PIT1032 (psi)

    Regulagem do soprador

    SI1046 (%)

    (ppm) carbono

    CO2 (%)

    Concentrao de dixido de carbono

    NO (ppm)

    Concentrao de monxido de nitrognio

    NO2 (ppm)

    Concentrao de dixido de nitrognio

    SO2 (ppm)

    Concentrao de dixido de enxofre

  • Sensores: biosenssoresSensores: biosenssores

    Sistema analtico que combina umcomponente biolgico a umtransdutor. Variaes dos parmetros fsico-qumicos sogeradas diante da interao entre o componente biolgico e osubstrato. Tais variaes geramons, eltrons, calor, luz,fluorescnciaou gases,que so convertidos em sinal eltricofluorescnciaou gases,que so convertidos em sinal eltricoquantificvel e processvel pelo uso de umtransdutoradequado (Salgado, 2001).

    .

  • Transmissores Transmissores

    Um transmissor usualmente converte a sada do sensor paraum nvel de sinal apropriado para entrada para umcontrolador, tal como de 4 a 20 mA.

    Transmissores so geralmente projetados para serem deTransmissores so geralmente proje