Vantagens do controle proporcional para sistemas de controle de ambientes

Como vimos em nossos artigos sobre salas limpas, salas de isolamento e sistemas de controle de conforto, esses ambientes são projetados para proteger os operadores, pacientes e o meio ambiente.

O grande desafio para essas aplicações de ambientes controlados é que a pressão necessária – quer para evitar a entrada ou saída de patógenos ou partículas nas salas limpas ou salas de isolação, quer para o conforto térmico de grandes sistemas – deve ser extremamente baixa e controlada de forma muito precisa, para garantir o nível de proteção ao mesmo tempo em que minimiza custos de energia e operação.

Pela teoria de controle automático, existem 2 tipos básicos desse dispositivo: o do tipo LIGA/DESLIGA e o controle Proporcional. Como vimos em nosso artigo sobre controle ON/OFF, em controle de ambientes ou sistemas de conforto térmico de grande porte, estes são usados apenas para alarmes de saturação de filtros.

Agora, vamos repassar o conceito do tipo de controle que garante os objetivos do controle de ambientes e sistemas de conforto térmico e os sensores utilizados por ele, o controle proporcional.

Controle proporcional

A principal diferença entre os controles proporcionais e os do tipo ON/OFF é que os controles proporcionais atuam continuamente durante a variação da Variável de Processo. Além disso, é normal que os controladores proporcionais, por serem eletrônicos, ofereçam a possibilidade de fácil modificação dos parâmetros de controle como P, I e D.

Essa possibilidade lhes confere um elevado grau de flexibilidade, o que, vale repetir, é extremamente útil, uma vez que o controlador pode assim ser ajustado para diversas aplicações.

Controlador P (proporcional)

Em todo controlador existe um componente P. Em um controlador P há uma relação linear entre a entrada e saída. Na prática, os controladores de P são projetados de forma que, quando o ponto de ajuste é igual a variável de processo, o controlador ofereça um rendimento correspondente à carga normal do sistema.

Normalmente, isto significa que a saída será 50% da saída máxima. Por exemplo, uma válvula motorizada, funcionará com o passar do tempo em grau de abertura 50%, de modo a manter o ponto de ajuste.

P é o componente de controle primário. Na maioria dos casos, P criará um desvio permanente que pode ser significativamente pequeno, mas também pode ser inaceitavelmente grande.

Controlador I (integral)

A característica mais importante de um controlador I é que ele elimina o desvio e por isso é utilizado. O controlador I continua a mudar sua saída enquanto existir um desvio. No entanto, a habilidade de remover totalmente os desvios está ligada com o desvio que, na prática, esteja corretamente proporcional.

A boa propriedade do controlador I de remover desvios tem um lado negativo também: ele aumentará a tendência de flutuações em uma malha de controle. Basicamente, a tendência a flutuações é maior para um controlador I que para um controlador P. A habilidade de opor-se a mudanças de carga é mais lenta para um controlador I que para um controlador P.

Controlador D (derivativo)

A característica mais importante de um controlador D (derivativo) é que ele pode responder às mudanças. Isto também significa que, se houver um desvio constante, o controlador D não será capaz de executar qualquer ação para removê-lo. O componente D faz com que o sistema responda rapidamente às alterações de cargas. O efeito D melhora a estabilidade e deixa o sistema mais rápido.

Este controlador não exerce nenhuma ação contra desvios, mas opera de modo a causar tendências a flutuações menores. O D responde às alterações de erro e a malha (loop) responde mais rápido às alterações de carga do que sem o D. A reação rápida às alterações significa um amortecimento de todas as flutuações.

Controlador PID

A combinação de todos os três componentes em um controlador PID tem se tornado a utilização mais comum.

As diretrizes / propriedades gerais para um controlador PID são:

• a faixa proporcional reduzida melhora o desvio (desvio menor), mas piora a estabilidade;
• o componente I elimina o desvio (offset);
• um I maior (T menor) causa uma eliminação mais rápida do desvio;
• o componente I aumenta a tendência de flutuações;
• o componente D amortece a tendência de flutuações e faz com que o controle seja mais rápido;
• um D maior (T maior) causa uma influência mais forte na condição acima, no entanto, até um limite específico;
• um T muito grande significa que haverá reações de grande intensidade e alterações repentinas deixando a malha de controle instável.

Sensores de pressão para sistemas de controle Proporcional

Os sensores utilizados são os transmissores de pressão diferencial, que irão gerar um sinal de saída eletrônico, proporcional à diferença de pressão lida, adaptados para a entrada dos controladores lógicos, acima descritos.

Como vimos, para a garantia de um controle preciso das salas limpas, salas de isolamento e sistemas de conforto térmico de grande porte, o controle PID é o mais apropriado e, portanto, os sensores a serem utilizados também devem ser de alta precisão em baixíssimas pressões.

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