Ilustração do princípio de controle por etapas e aplicações do controle por etapas

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Este tópico foi editado pela última vez por yunrun em 18/06/2020, às 15:58. O controle em etapas é bastante comum na produção de petroquímicos. A empresa Changhui Instruments compartilha neste artigo informações sobre os princípios do controle em etapas e suas aplicações, visando ajudar os técnicos a desenvolver e utilizar efetivamente sistemas de controle em etapas. Controle por etapas: yunrun.com.cn/tech/2611.html. É um sistema de controle de realimentação negativa simples, no qual a saída de controle do regulador controla apenas um atuador ou uma válvula de controle, como mostrado na Figura 1. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111756353175.png Figura 1: Diagrama de blocos do sistema de controle de circuito simples. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111613141692.png Figura 2: Esquema das características de uma válvula de regulação. Se a saída de um regulador for enviada simultaneamente para duas válvulas de controle, pode-se criar um sistema de controle em vários estágios, como mostrado nas Figuras 3 e 4. Essas duas válvulas são utilizadas em paralelo, e ambas são válvulas de acionamento por ar. As duas válvulas percorrem todo o seu curso, de totalmente abertas a totalmente fechadas, em diferentes intervalos dos sinais de controle. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111627181650.png Figura 3: Diagrama do sistema de controle por divisão de fluxo. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111629546169.png Figura 4: Características de funcionamento do sistema de controle por divisão de fluxo. Como as válvulas de regulação pneumática podem operar tanto em modo aberto quanto em modo fechado, existem quatro combinações possíveis para essas duas válvulas. Conforme mostrado nas Figuras 5 a 8. As Figuras 5 e 6 mostram o movimento das válvulas na mesma direção, enquanto as Figuras 7 e 8 mostram que as duas válvulas se movem em direções opostas. Embora o controle por divisão de curso possa ser realizado com dois ou mais válvulas, geralmente são utilizadas duas válvulas para esse fim. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111645371246.png Figura 5 Figura 6 http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111648000331.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111649004943.png Figura 7 Figura 8 Aplicação do controle em etapas 1. Aumentar a faixa de ajuste da válvula: A válvula de controle pode regular o fluxo mínimo, que é Qmin, e o fluxo máximo, que é Qmax. A faixa de ajuste é definida como R = Qmax/Qmin. Na maioria das válvulas produzidas no país, essa faixa de ajuste é de 30. Em alguns casos, isso não é suficiente; portanto, é necessário aumentar essa faixa de ajuste para permitir variações maiores na carga, melhorando assim a qualidade do controle. Para isso, pode-se utilizar o controle em etapas. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111643377379.png Como exemplo, vamos analisar a válvula controlada por pressão mostrada na imagem acima. Suponhamos que o fluxo máximo controlável seja 200, e que R=30. Nesse caso, o fluxo mínimo controlável será 200/30 = 6,67. Com o controle por faixas, as duas válvulas operam em diferentes intervalos de sinal de controle. Quanto ao conjunto formado por essas duas válvulas conectadas em paralelo, que serve para controlar o fluxo mínimo, temos que Q′min = Qmin = 6,67 ； É possível controlar o fluxo máximo Q′max=2×Qmin=400. Assim, a relação ajustável é R′=Q′max/Q′min=400/6,67=60. Isso mostra que a relação ajustável dobrou. 2. Uso alternado de diferentes métodos de operação: No processo de produção industrial, às vezes é necessário utilizar diferentes métodos de controle, como mostrado nos exemplos das Figuras 9 a 10. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111712531944.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111722140027.png Figura 9: Esquema de controle por etapas para o selamento com nitrogênio nos tanques de armazenamento (a válvula A é de tipo “fechamento por ar”, enquanto a válvula B é de tipo “abertura por ar”). Figura 10: Gráfico das características de controle por etapas para o selamento com nitrogênio. O selamento com nitrogênio consiste no preenchimento da parte superior dos tanques de armazenamento com nitrogênio, a fim de isolar o óleo do oxigênio presente no ar. O topo do tanque de armazenamento é preenchido com nitrogênio, mantendo uma pressão ligeiramente positiva. À medida que o nível do líquido muda, a pressão na parte superior também muda. ◆Quando o nível do líquido aumenta, a pressão também aumenta. Quando o nível do líquido diminui, a pressão diminui. Não é permitido que a pressão nos tanques de armazenamento de óleo com nitrogênio aumente ou diminua demais. ◆Processo de controle por divisão de nitrogênio: Quando o nível do líquido aumenta, a válvula B se fecha e a válvula A se abre, permitindo que o nitrogênio seja expelido para manter a pressão constante. ◆ Quando o nível do líquido diminui, a válvula B se abre e a válvula A se fecha, permitindo que nitrogênio seja adicionado para manter a pressão constante. ◆ Quando o nível do líquido varia em pequena escala, a pressão também varia em pequena escala. Nesse caso, o sistema de controle não age, ou seja, nem nitrogênio é adicionado nem expelido. Isso é chamado de faixa de segurança. Isso evita que as válvulas funcionem com frequência, mantendo a estabilidade do sistema. 3. Atender às necessidades das diferentes fases do processo de produção. Nos processos químicos exotérmicos, na fase inicial da reação, é necessário aquecer os materiais para iniciar o processo de reação ； Como se trata de uma reação exotérmica, o calor no reator continua a se acumular. Por isso, a quantidade de calor que precisa ser compensada diminui gradualmente. Quando o calor liberado ultrapassa a quantidade necessária para o processo de reação, não é mais possível adicionar calor ao sistema; pelo contrário, é preciso resfriar o reator para remover o excesso de calor gerado durante a reação. Para esse tipo de processo, pode-se utilizar o controle por etapas, como mostrado nas Figuras 11 a 12. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111740500933.png http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111741591468.png Figura 11: Sistema de controle da temperatura no reator intermitente. Figura 12: Diagrama das características do sistema de controle da temperatura no reator intermitente. http://yunrun.com.cn/upload/201907/11/201907111749274616.png Figura 13: Diagrama esquemático do sistema de controle da temperatura no reator intermitente. Observação: No sistema de controle da temperatura no reator intermitente, o regulador atua como um elemento de retroalimentação ； Válvula A: Fechamento por ar ； Válvula B: Abertura por pressão de ar ； Objeto 1: Reação ； Objeto 2: Efeito positivo. O sistema de controle de faixas de temperatura do reator intermitente opera com feedback negativo sempre que alguma válvula está em funcionamento. Com base nos três exemplos de controle em etapas mencionados acima, bem como nos diagramas dos sistemas relacionados, acredita-se que todos já tenham uma compreensão básica do princípio do controle em etapas e dos sistemas de controle desse tipo. Recomenda-se que consultem também o artigo “Se você não souber calcular e determinar os pontos de divisão das etapas, então não pode dizer que entende o controle em etapas”