Os Conceitos Básicos de Controle de Processos

Conceitos Básicos de Controle de Processos

1.0 Processo

Processo é qualquer operação ou seqüência de operações envolvendo modificação de matérias primas. Alguns exemplos de processos são apresentados abaixo:

• Uma mudança num estado de energia, tal como quente para frio ou liquido para gasoso. Ex.: Produção de vapor em uma caldeira.
• Uma mudança de composição, como ocorre em reações químicas ou na mistura de diferentes materiais. Ex.: Produção de aço em siderúrgicas, onde ferro e carvão mineral são misturados em quantidades determinadas de forma a dar origem a diferentes tipos de aço.
• Uma mudança de dimensão de materiais. Ex.: Moagem de carvão utilizado como combustível em usinas termelétricas de geração de energia.

Um processo pode ser algo complexo, como a extração de gasolina a partir de uma complexa mistura química de componentes do óleo cru, até algo tão simples quanto bombear água de lugar para outro; pode envolver uma operação mecânica, um circuito elétrico, uma reação química ou uma combinação desses eventos.

1.2 Classificação dos Processos Industriais

1.2.1 Processo Contínuo

O processo é dito contínuo quando a matéria prima entra num lado do sistema e o produto final sai do outro lado, continuamente. Nesse caso, continuamente significa um período de tempo relativamente longo, medido em horas, dias, meses e até anos. A maioria das industrias petroquímicas e siderúrgicas possuem processos contínuos, cujas paradas se realizam com freqüência reduzida. O processo contínuo pode levar até vários dias para entrar totalmente em operação (regime permanente de produção). Uma vez iniciado um processo contínuo, esse não pode ser parado repentinamente sem que ocorram perdas (como de matéria prima ou equipamentos). São exemplos de processos contínuos:

• Processo de fabricação de vidro, no qual as matérias primas (sílica e gases) são colocadas na entrada e na saída tem-se lâminas de vidro.
• Processo de produção de energia elétrica a partir da fissão de Urânio numa usina nuclear, cujas paradas ocorrem anualmente para substituição do combustível, e cuja produção de energia após a troca do combustível nuclear leva dias para chegar a capacidade máxima.

1.2.2 Processo em Batelada

No processo em batelada, uma determinada quantidade de material é processada através de passos unitários, sendo cada passo completado antes do inicio do seguinte. A inclusão das matérias primas no processo em batelada é feita em quantidades determinadas em vários momentos distintos. Um exemplo bem ilustrativo de um processo tipo batelada é a produção de pão: inicialmente ocorre uma mistura algumas matérias primas como farinha, leite, ovos e fermento, deixa-se em repouso, acrescenta-se sal e outros ingredientes, mistura-se novamente, coloca-se no forno pôr um determinado tempo, retira-se do forno, deixa-se esfriar e o pão está pronto, podendo outra receita ser iniciada.

1.2.3 Processo de Manufatura

O processo de manufatura está ligado a montagem de produtos utilizando peças prontas. Tais processos são muito comuns, estando presentes principalmente na industria automobilística, onde um veículo é montado utilizando peças prontas.

1.3 Variáveis de Processo

A variável de processo é qualquer quantidade física que possui valor alterável com o tempo. Controlar uma variável significa manter constante uma grandeza que tenderia a variar.

As variáveis de processo são medidas para fins de controle, indicação, registro, alarme e totalização. A variável medida é a que determina o tipo do elemento sensor (falaremos sobre sensores mais adiante). Em princípio, qualquer variável de processo que possa produzir um movimento, uma força, uma voltagem, corrente elétrica ou a variação de uma grandeza elétrica passiva (como uma resistência ou uma capacitância) pode ser medida.

A maioria absoluta das medições é feita de forma indireta, pôr exemplo, uma temperatura pode ser medida através da tensão gerada num par bimetálico (termopar).

Nesse ponto, são necessárias algumas definições:

• Variável Controlada: aquela escolhida para representar o estado do sistema. As variáveis controladas são os parâmetros que indicam a qualidade do produto ou as condições de operação do processo, tais como pressão, temperatura, vazão, nível, densidade, composição, ph, umidade, peso, velocidade e outras. Em outras palavras, variável controlada é aquela que se quer manter constante ou limitada dentro de uma faixa de valores, porque há influência de outras variáveis tendendo a modificá-la.
• Variável Manipulada: como aquela escolhida para controlar o estado do processo, sendo que sofre ações de forma a manter a variável controlada nos valores determinados. A variável manipulada determina o tipo do elemento final de controle. Por exemplo, quando desejamos controlar o nível de um tanque, a variável manipulada é a vazão de liquido através e da abertura ou fechamento de uma válvula.
• Ponto de ajuste ou “set point”: é o valor desejado da variável controlada estabelecido pelas necessidades do processo de fabricação. Ele é determinado pelo pessoal de processo e pode ser ajustado diretamente pelo operador ou indiretamente através de outro controlador automático.
• Erro: diferença entre o ponto de ajuste e o valor medido da variável controlada é chamada erro, sendo a base para todas as ações de controle.
• Distúrbios: variáveis que afetam o desempenho do processo, sendo chamadas de forma genérica de distúrbios. Como seu controle direto é muito difícil, deve-se aprender a conviver com elas e ajustar o sistema de forma a compensar convenientemente sua influência. Podem se considerados distúrbios de processo fatores como : condições de operação, condições ambientais, desgaste dos equipamentos e instrumentos de medição, falha de equipamentos e fenômenos internos do processo, como reações químicas indesejadas e outros. Quanto ao local de ocorrência do distúrbio, temos os distúrbio de demanda (ocorrido na saída do processo), distúrbio de suprimento (ocorrido na entrada do processo), distúrbio de operação (como a variação do ponto de ajuste da variável controlada). Quando há um distúrbio na entrada do processo, há uma correspondente alteração na saída do processo.

1.4 Objetivos de um Sistema de Controle

Controlar um processo significa obter os resultados desejados dentro dos limites de tolerância razoáveis para um determinado parâmetro. Sempre que houver um distúrbio, a variável controlada deve retornar exatamente ao valor do ponto de ajuste previamente estabelecido, dentro do tempo prescrito e com erro limitado.