1-Introdução a Controle de Processos

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CONTROLE DE PROCESSOS
Introdução controle de processos.
Modelagem a simulação de processos químicos.
Transformada de Laplace. 
Função de transferência. 
Comportamento de sistemas de 1o e 2o ordem. 
Controle por retroalimentação (feedback).
Controladores tradicionais.
Análise de estabilidade.
Ajuste de controladores.
Introdução a controle avançado.
SUMÁRIO
Básica
SEBORG et alli, Process Dynamics and Control, New York, John Wiley and 
sons,1989
STEPHANOPOULOS, G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory 
and New Practice, Jersey, Prentice-Hall, 1984.
COUGHANOWR, D.R. & KOPPEL, .B. Análise e Controle de Processos. Rio de 
Janeiro, Ed. Guanabara Dois, 1978.
Complementar
LUYBEN,W.L Process Modeling, Simulation and Control for Chemical 
Engineers.New York, McGraw-Hill, 1990
SMITH, C. A ; CORRIPIO, A B.; Principle na Pratice of Automatic Process 
Control, John Wiley & Sons, 1997
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control, New 
York, Oxford University Press, 1994.
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle de Processos é a área da Engenharia Química que 
trata da análise, projeto e implementação de sistemas de 
controle que facilitem alcançar certos objetivos de segurança 
de processo, taxas de produção e qualidade do produto.
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
 Por que controlar um processo químico?
 Quais os objetivos?
 - segurança;
 - regulamentação ambiental;
 - restrições de operação;
 - suprimir a influência de perturbações externas;
 - garantir a estabilidade do processo;
 - otimizar a performance de uma planta.
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Garantir a estabilidade do processo
x (ou y) pode ser T, C
A
, F; 
x frente a perturbação em t
0
6
x retorna ao estado 
estacionário sem uma 
intervenção em um 
processo auto regulado. 
y não retorna ao estado 
estacionário com três 
diferentes processos de 
instabilidade (A, B, C)
STEPHANOPOULOS, G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and New Practice.
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
https://www.slideshare.net/meenasundar/class-10-mathematical-modeling-of-continuous-
stirred-tank-reactor-systems-cstr
Garantir a estabilidade do processo
Exemplo controle de um reator CSTR não-isotérmico
Reação exotérmica irreversível A → B
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
https://www.researchgate.net/figure/Steady-states-of-CSTR-with-nominal-values-of-uncertain-
parameters-obtained-as_fig1_226860307
Exemplo controle de um reator CSTR:
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
LUYBEN, W.L. Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers.New York, McGraw-Hill, 1990.
Exemplo tanque de gravidade: Altura no estado estacionário vs. vazão
Dinâmica do processo
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
Exemplo de uma refinaria de processamento de petróleo:
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Problema Exemplo:
A vazão F e a temperatura T
i
 tendem a
variar substancialmente. 
É desejável manter a vazão F
o
 e a temperatura T
em uma temperatura constante T*, não
importando as perturbações da alimentação.
Por razões de segurança, e limites
metalúrgicos, a temperatura do tubo não
pode exceder um valor T
m
.
Qual objetivo de controle?
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle feedback
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle feedfoward
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle feedback/feedfoward
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle feedback/feedfoward/cascata
OGUNNAIKE, B. A ; RAY, H. Process Dynamics, Modeling and Control
A Malha de Controle
Principais Componentes
O processo
É o que se deseja controlar
T , F
i i
T , FQ
Aquecedor
V
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Transmissor de Nível
- Vazão
- Pressão
- Nível
- Etc
O transmissor
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controlador
Controlador de :
Pressão
Vazão
Temperatura
Etc
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Elemento Final de Controle
Válvula do tipo :
Globo
Borboleta
Saunders
Etc
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Malha Aberta
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Malha Fechada
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Elementos de Projeto em Controle
STEPHANOPOULOS, G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and New Practice.
Definir Objetivos de Controle: quais são os objetivos operacionais do 
sistema de controle. 
Selecionar as Variáveis Medidas: quais variáveis devem ser medidas para 
monitorar a performance de uma planta química.
Selecionar Variáveis Manipuladas: quais são as variáveis manipuladas 
para serem utilizadas no controle do processo.
Selecionar a Configuração de Controle: estrutura de informação para 
medir e controlar as variáveis. Configurações incluem controle 
retroalimentação (feedback), controle inferencial, controle antecipação 
(feedfoward).
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
• Variáveis de entrada: Aquelas que estimulam o sistema e 
promovem mudanças nas condições internas do processo.
 Ex: taxas de fluxo de fluxos que entram ou saem de um 
 processo que podemos mudar para controlar a planta.
• Variáveis de saída: Aquelas pelas quais se obtém 
informações sobre o estado interno do processo.
 Ex: taxas de fluxo, composições, temperaturas, níveis e
 pressões no processo que tentaremos controlar, seja tentando
 manter tão constantes quanto possível ou tentando fazê-las
 seguir alguma trajetória de tempo.
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
• Variáveis de estado: Aquelas que descrevem 
completamente o estado interno (ou condição) do processo.
• Variáveis Manipuladas: são variáveis de entrada que estão 
a nossa disposição para modificações.
• Variáveis Perturbações: as variáveis de entrada que não 
estão livres para manipular. Ex: taxas de fluxo, temperaturas 
ou composições de fluxos que entram (mas às vezes saem) 
do processo. São configuradas a montante ou a jusante da 
planta. O sistema de controle deve ser capaz de manter a 
planta sob controle, apesar do efeitos dessas perturbações.
• Variáveis Medidas
• Variáveis Não Medidas
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
- Variáveis de estado: h, T
- Variáveis de Saída: h, T
- Variáveis de Entrada:
Perturbações:
 Fi , Ti
Manipuladas: 
 Fst, F (controle feedback)
 Fi (controle feedforward)
Medidas: 
Não Medidas
Elementos de Projeto em Controle
STEPHANOPOULOS, G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and New Practice.
Objetivo: h = hs (Variável Controlada)
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
Elementos de Projeto em Controle
STEPHANOPOULOS, G. Chemical Process Control: An Introduction to Theory and New Practice.
Objetivo: h = hs (Variável Controlada)
Cenário Var. Controlada Var. Manipulada Var. Entrada Var. Saída
1 h F Fi, (F) h
2 h Fi (Fi) F, h
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
Classificação das Variáveis em 
Processos Químicos
Configurações de Controle
- Se Ti de entrada muda com o tempo.
- Como poderemos manter T próximo a TR?
- Quais as estratégias de controle?
Método 1 - medir Ti e ajustar Fvap
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Método 2 - medir T e ajustar Fvap
Configurações de Controle
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Método 3 - medir T e ajustar Fi
Configurações de Controle
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Método 4 - medir Ti e ajustar Fi
Configurações de Controle
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle Servo
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS
Controle Regulatório
INTRODUÇÃO A CONTROLE DE PROCESSOS