Controle Indireto de Temperatura

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Resumo

Esta prática visou controlar a temperatura da resistência utilizando a ventoinha, ambas no kit didático XM118. Para isso, toda a potência foi fornecida à resistência enquanto que a potência na ventoinha foi aumentada gradualmente de 30 a 100%, gerando uma curva de resfriamento (Potência na ventoinha X Temperatura da resistência) de onde foi obtida uma equação polinomial de grau 4. Foi observado o controle da temperatura em um setpoint de 40°C.

Introdução

Em muitas plantas industriais ou mesmo outras plantas que se deseja controlar, não é possível controlar diretamente a variável desejada, chamada variável de processo; dessa forma, utiliza-se uma variável auxiliar, chamada variável manipulada, que irá interagir diretamente com a variável de processo. Assim, a variável de processo é medida e de acordo com o desvio entre essa medida e o setpoint o controlador irá atuar na variável manipulada que por sua vez irá interagir diretamente com a variável de processo (variável de interesse para o controle). Por exemplo, deseja-se controlar a temperatura (variável de processo) com vapor quente (variável manipulada); mede-se a temperatura, compara-se com o setpoint (controlador) e de acordo com essa diferença o controlador atua na válvula controlando a vazão de vapor (variável manipulada), controlando assim a temperatura (variável de processo).

Esta prática realizou o controle de potência fornecida à ventoinha, controlando a temperatura da resistência.

Objetivos

Realizar o controle indireto de temperatura através do controle de potência na ventoinha;

Fundamentação Teórica

FARIA (2006), aborda que o controle automático é em grande parte responsável pelo progresso que vem acontecendo nas últimas décadas e tem como objetivo principal conseguir que uma variável dinâmica se mantenha constante em um valor específico.

A variável controlada ou a variável do processo é aquela que mais diretamente indica a forma ou estado desejado do produto. Assim, consegue-se realizar um controle direto sobre a qualidade da saída, que é a maneira mais eficaz de garantir que ela se mantenha dentro dos padrões desejados. (FARIA, 2006)

Porém, um controle indireto sobre uma variável secundária do processo pode ser necessário quando o controle direto for difícil de se implementar. Por exemplo, num forno de recozimento, que é projetado para recozer convenientemente peças metálicas, a variável controlada deveria ser a condição de recozimento do material. Entretanto, é muito difícil de se obter esta medida com simples instrumentos, e normalmente a temperatura do forno é tomada como variável controlada. Assume-se que existe uma relação entre a temperatura do forno e a qualidade do recozimento. Geralmente o controle indireto é menos eficaz que o controle direto, porque nem sempre existe uma relação definida e invariável entre a variável secundária e a qualidade do produto que se deseja controlar. (FARIA, 2006).

Diante disso, REZERA propõe que seja feito o controle de determinada resistência através do resfriamento que uma eventual ventoinha causa nela, a fim dos alunos aprenderem a lidar com diversos tipos de controle. A potência enviada ao PWM da ventoinha tem ligação direta com sua velocidade, que dependendo da rotação, mantém a resistência mais quente ou mais fria. Portanto, com o controle indireto da potência da ventoinha obtém-se o controle da temperatura da resistência, sendo utilizada para tal uma equação que apresenta a relação proporcional entre a velocidade da ventoinha e a temperatura da resistência.

Materiais

• Bancada didática XM118
• Multímetro Digital

Metodologia Experimental

A primeira etapa do experimente consistiu em verificar de o sensor de temperatura encontrava-se a mais ou menos 4mm de distância da resistência do kit didático. Para simular a dinâmica e obter a equação do controle indireto, foi programado o seguinte programa: ao ligar a chave ‘heat’ do kit, a resistência recebe 100% da potência, que é a entrada degrau, e a ventoinha inicia com 0% de potência. Após a espera de 10 min para estabilização da temperatura da resistência, mediu-se a temperatura da resistência e iniciou-se a ventoinha com 30% de potência. Então, a cada 1 minuto de espera, media-se novamente a temperatura e aumentava-se a potência da ventoinha em 1%. Esse procedimento foi repetido até que a velocidade da ventoinha atingisse 100% de potência e a temperatura da resistência estabilizasse em um valor “mínimo”. (Anexo 1)

Foi obtido a curva de decaimento da temperatura (Temperatura x Potência na ventoinha) com o software Excel da Microsoft. A partir da curva encontrou-se a linha de tendência correspondente, com sua respectiva equação, um polinômio de grau 4.

Por fim, elaborou-se um novo programa no microcontrolador, onde o usuário determinava através de um botão qual seria o setpoint e o programa calculava (através do polinômio) qual potência era necessário enviar à ventoinha para se obter a temperatura desejada (setpoint).

Resultados

A Tabela 1 mostra os valores da temperatura medidos em função da potência da ventoinha. Vale lembrar que a resistência sempre recebe 100% da potência.

Tabela 1 – Valores de temperatura da resistência e potência da ventoinha.

Pot (%)	Temp (°C)	Pot (%)	Temp (°C)	Pot (%)	Temp (°C)
0	57	53	30,1	77	27,8
30	43,7	54	30	78	27,8
31	42	55	29,8	79	27,6
32	40,4	56	29,7	80	27,6
33	39	57	29,5	81	27,6
34	38,5	58	29,7	82	27,4
35	38,1	59	29,6	83	27,6
36	37,2	60	29,5	84	27,9
37	36,4	61	29,2	85	27,7
38	35,7	62	29,5	86	27,2
39	35,2	63	29,7	87	27,2
40	34,7	64	29,8	88	26,9
41	34,4	65	29,6	89	26,8
42	34,3	66	29,6	90	26,6
43	34	67	29,4	91	26,6
44	33,4	68	29,2	92	26,7
45	33,1	69	28,8	93	26,6
46	32,5	70	29	94	26,4
47	32,1	71	28,3	95	26,4
48	31,9	72	28,2	96	26,4
49	31,3	73	28,1	97	26,4
50	30,9	74	27,9	98	26,7
51	30,7	75	27,8	99	26,5
52	30,4	76	27,9	100	26,4