- Elemento Primário - Medição de vazão Q = F MEDIÇÃO P ρ - Elemento Primário - Medição de vazão Principais problemas para o controle: Instalação inadequada: erros de medição, falta de repetibilidade, etc. Ruídos Rangeabilidade inadequada (recalibrar, uso de dois transmissores, uso de medidores de alta rangeabilidade: coriolis, vortex, etc.) Não-linearidade: erro por não extrair a raiz quadrada
- Elemento Final - Válvula de Controle Aprender é a única coisa de que a mente nunca se cansa nunca tem medo e nunca se arrepende Leonardo da Vince Válvulas de Controle Entrada Controlador PLANTA Saída Valor Desejado Atuador MEDIDOR SENSOR
Elemento final de Controle Válvula de Controle: Líquido - Gás - w x = = 7,3 FP CV (P1 - P ) γ w = 94,8 F P P [kg/h],[bar],[kg/m 3 ],[K] 1 P P C 1 V Y x Y = 1-3 F x k T x M T z 1 Válvula de Controle Internos da válvula
Tipos de Válvulas Atuadores Hidráulicos t
Elemento final de Controle O que são característica inerente [g(m)] e característica instalada [f(m)] de válvula? Q = Q MAX * f(m) Q - Vazão volumétrica m - Abertura [0-1] CV = CV MAX * g(m) CV - Coeficiente de vazão da válvula Característica Inerente Linear: Igual percentagem: R - Rangeabilidade Parabólica modificada: g ( m) = g( m) = g( m) = m R ( m 1) m 3 m
Elemento final de Controle Característica Inerente 100 90 80 70 60 50 40 30 0 10 Características Inerente 0 0 10 0 30 40 50 60 70 80 90 100 Abertura (%) linear "=%" PM Abertura Rápida Característica Inerente
Característica Instalada Característica Instalada x Inerente Válvula: Perda de Carga: V f V C Q G P = R f T C Q G P =
Característica Instalada x Inerente Onde: ( C + 1) ( C + [ g( m) ]) f ( m) = C C = V 0 C EQ ( P1 P ) 1 = ( P P ) 0 3 C 1+ V C EQ Característica Instalada 45 40 35 30 5 0 15 10 LINEAR "=%" PM 5 0 0 10 0 30 40 50 60 70 80 90 100
Característica Instalada Característica Instalada
Escolha da Característica Instalada Compensar as não-linearidades do processo. Compensar as perdas de carga do sistema de maneira que a característica instalada seja linear. Elemento final Outros aspectos importantes para o controle Dinâmica da Válvula
Elemento final Outros aspectos importantes para o controle d a P atuador A diafragma Pv A v Fatrito K mola a = M haste dt dx F atrito = C dt Dinâmica da Válvula => a deslocamento da haste da válvula a(s) = Patuador ( s) M K haste mola A diafragma K mola C s + K mola s + 1 Elemento final de Controle O posicionador aumenta a ordem do modelo, que na prática é aproximada por um tempo morto
Elemento final Outros aspectos importantes para o controle A característica dinâmica da válvula costuma ser definida pela função de transferência: H(s) = T e 63 s T d +s 1 Elemento final de Controle Especificação Tamanho Td T63 T98 pol cm segundos segundos segundos 0-0-5 0,1 0,3 0,7 >-6 >5-15 0, 0,6 1,4 >6-1 >15-30 0,4 1,,8 >1-0 >30-50 0,6 1,8 4, >0+ >50+ 0,8,4 5,6 H(s) = e T Teste real 63 T d +s Válvula Fisher V150 4" Ação da válvula Degrau Td T63 T98 % segundos segundos segundos Abrindo 0,5 0,34 1,33 Fechando - 0,5 0,74 1,8 Abrindo 5 0,16 0,6 0,49 Fechando -5 0, 0,4 1,0 Abrindo 10 0,19 0,33 0,87 Fechando -10 0,3 0,46 0,96 s 1
Banda Morta da Válvula Banda morta é definida como a faixa onde um sinal de entrada pode ser variado, considerando uma reversão do sinal, sem produzir ou iniciar uma variação observável no sinal de saída do processo. No caso da válvula de controle de vazão, em qualquer momento em que o sinal de controle inverte a sua direção, existe uma banda morta sem que qualquer variação na vazão ocorra. Banda Morta da Válvula
Banda Morta da Válvula Em uma auditoria elaborada por um grande fabricante de válvulas [FISHER-1998] mostrou que 30 % das válvulas apresentavam uma banda morta da ordem de 4% ou maior, e aproximadamente 65 % das válvulas tinham uma banda morta maior que %. A maioria das ações de controle regulatório consiste de pequenas variações, da ordem 1 % ou menos, nestes casos podemos afirmar que a maioria da malhas de controle não teria uma ação efetiva no processo para responder a estas pequenas variações. Banda Morta da Válvula Para um bom desempenho de uma malha de controle, a recomendação de banda morta de uma válvula de controle é da ordem de 1% ou menos. Este problema fica agravado quando a válvula for superdimensionada, pois o processo irá necessitar de pequenas variações de abertura que correspondem a variações significativas de vazão.
Banda Morta da Válvula Exemplo prático (válvula linear): Dados (1000 pontos) 16,30 16,0 16,10 16,00 15,90 15,80 15,70 15,60 15,50 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 Banda Morta da Válvula PV Exemplo prático (válvula linear): 650,00 600,00 550,00 500,00 450,00 400,00 Data 350,00 10 11 1 13 14 15 OP (%)
Banda Morta da Válvula A banda morta de uma válvula pode ter diversas causas. O atrito é a maior causa da banda morta em uma válvula. As válvulas rotativas são as mais suscetíveis ao atrito devido ao alto torque exigido para obter estanqueidade de alguns selos. O tipo do atuador da válvula também tem um impacto profundo no atrito de válvula de controle. Geralmente, os atuadores tipo mola-diafragma têm um atrito menor do que os do tipo pistão. As folgas mecânicas (backlash ou slacks) também resultam em discontinuidade de movimento quando há inversão da direção de atuação da válvula de controle. Agarramento da Válvula OP (%) 15 14 14 13 13 1 1 11 03/1 7:40:48 03/1 7:43:41 03/1 7:46:34 Data 03/1 7:49:6 Time 03/1 7:5:19 03/1 7:55:1 03/1 600 03/1 7:58:05 8:00:58 550 PV 650 500 450 400 350 03/1 7:39: 03/1 7:43:41 03/1 7:48:00 Data Time 03/1 7:5:19 03/1 7:56:38 03/1 8:00:58
Agarramento da Válvula Exemplo prático: Plot-0 3600 00 3000 80 3000 3550 3500 3450 3400 3350 3300 350 300 3150 Saida Do O-636 Gasolina P/ N61 Carga P/ M505A Carga P/ M505A Carga P/ M505A 5/04/003 11:04:47 FC_60616 3148.80981 m3/d FC_5005 1803.88000 m3/d FC_5003 89.9564 m3/d FC_5003.OP 61.7005 % FC_5003.SP 88.9409 m3/d 3100 1700 500 50 500 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 Agarramento da Válvula Exemplo prático: 3900 8 3900 8 3850 81 3850 81 3800 80 3800 80 PV PV OP OP 3750 79 3750 79 3700 78 3700 78 3650 3650 0 77 77 00 400 600 800 1000 100 1400 1600 1800 0 00 400 600 800 1000 100 1400 1600 1800 000 000 Amos tras Amos tras
Super-Dimensionamento da Válvula O superdimensionamento, fará com que pequenas variações no sinal de controle gerem grandes variações de vazão para o processo. Logo o ganho da função de transferência do processo associado ao controlador da vazão será muito alto, o que implicará que este controlador deverá ter um ganho muito baixo, prejudicando o seu desempenho. Super-Dimensionamento da Válvula Observa-se que quanto maior a válvula, mais fechada ela estará na condição de projeto => Abertura rápida 140 10 100 80 60 40 0 0 0 0 40 60 80 100 10 Cv=10 Cv=15 Cv=0 Cv=50 Cv=100 Pto operação
Elemento final de Controle U < 0.1% Não há movimento (resolução) 0.1 < U < 1% Pulos, histereses e backlash (não-linear) U > 10% Velocidade depende da potência de ar do acionador. Elemento final de Controle
Plano Introdução Projeto de Sistemas de Controle Tipos de Controladores PID Dinâmica dos Processos Estratégias de Controle Regulatório Avançado Sintonia de Controladores PID Exemplos e Trabalhos Práticos Controle de Bombas Conclusões