1.3 Calcul des facteurs de forme : points essentiels
1.4.3 Comportement asymptotique à longue distance des fonctions à deux
10. 1. Conceitos
O controle de relação é também
chamado de razão, fração ou proporção. O controlador de fração de vazões ou de relação de vazões é simbolizado com o tag FFC ou FrC.
O controle relação é freqüentemente parte de uma estrutura de controle
feedforward; há quem considere o controle de relação como um sistema de controle elementar de feedforward. O controle de relação é um sistema unitário de controle, com a função de manter uma proporção fixa e determinada entre duas variáveis, normalmente duas vazões. Exemplos comuns industriais incluem:
1. manter uma relação de refluxo constante em um coluna de destilação,
2. manter quantidades
estequiométricas de dois reagentes sendo alimentados em um reator, 3. purgar fora uma percentagem fixa
de um jato de alimentação de uma unidade,
4. misturar dois produtos, como gasolina e álcool numa relação constante.
5. Um sistema é considerado de controle de relação quando:
6. as duas variáveis X e Y são medidas 7. apenas uma das duas variáveis é
manipulada, por exemplo X, 8. a variável realmente controlada é a
relação K entre as duas variáveis X e Y.
O controle de relação (geralmente de vazões) é aplicado para regular misturas ou quantidades estequiométricas em proporções fixas e definidas.
O objetivo do controle de relação é ter uma relação controlada fixa entre as quantidades de duas substâncias, como
r B A =
Assim, é possível se ter A = r B ou então A
r 1 B=
Fig. 8.23. Diagrama de blocos do controle de relação
Blending é uma forma comum de controle de relação envolvendo a mistura de vários produtos, todos em proporções definidas. A Fig. 8.9 mostra o diagrama de blocos do conceito de controle de relação. A álgebra é feita fora do controlador para evitar problemas de ganho e, como conseqüência, de estabilidade.
No controle de relação de duas vazões, uma vazão necessariamente deve variar livremente e a outra é manipulada. Quando se tem o controle de relação de várias (n) vazões, uma delas deve ser livre e as (n-1) são manipuladas. Enfim, sempre deve haver um grau de liberdade, no mínimo.
Os estados operacionais dependem da aplicação. Quando se tem várias malhas, é possível tirar algumas do modo relação e operá-las independentemente. É possível também se manter a relação, mesmo com a malha em manual. Os parâmetros operacionais dependem da aplicação.
Os valores monitorados são o ponto de ajuste (relação) e os valores medidos das duas vazões.
10.2. Características
A maioria das aplicações se refere ao sistema de relação de vazões ou de quantidades. O sistema pode envolver mais de duas substâncias.
Para se evitar os problemas de não- linearidade e as variações do ganho, o calculo da relação deve estar fora da malha de controle. O ponto de ajuste passa a ser a relação desejada
r = KY
se X for a variável controlada. Ou então, r= Y/K
se Y for a variável controlada.
Tipicamente, o ganho ou a relação de uma estação de relação é ajustado entre 0,3 a 3,0. A soma das relações deve ser sempre constante, de modo que quando um componente aumenta o outro deve diminuir correspondentemente. A soma das relações é sempre igual a 100%, ou na forma normalizada, igual a 1,0. Quando as medições das vazões são feitas através das placas de orifício, a relação entre a pressão diferencial e a vazão é não-linear, o ganho da estação de relação é o
quadrado do ajuste de relação. Portanto, o ajuste de relação é a raiz quadrada do ganho e, portanto, variável entre 0,6 a 1,7.
O controle de relação é conseguido por dois esquemas alternativos, com um divisor ou com um multiplicador. No esquema com o divisor, as duas vazões são medidas e sua relação é computada por um divisor. A saída do divisor entra em um controlador PI convencional como um sinal de medição do processo. O ponto de ajuste do controlador de relação é a relação desejada. A saída do controlador vai para a válvula na variável manipulada que altera uma vazão, mantendo constante a relação das duas vazões. Este sinal computado pode também ser usado para acionar um alarme ou um interlock.
Controlador Processo
Σ
K
r = ky e c = x y mFig. 8.26. Controle de Relação de Vazões
No esquema com o multiplicador, a vazão livre é medida e este sinal é multiplicado por uma constante, que é a relação desejada. A saída do multiplicador é o ponto de ajuste de um controlador com ponto de ajuste remoto. A faixa típica do multiplicador é de 0 a 2,0.
O controle de relação deve ter todos os componentes da malha montados
próximos um do outro e os tempos de respostas devem ser os menores
possíveis. Uma variação na variável não controlada deve ser detectada
imediatamente pela controlada. O controle de relação pode ser
considerado como um caso simplificado de controle preditivo antecipatório. As
medições são feitas na entrada do sistema e as variações da vazão não-controlada causam a mudança da variável controlada. A vazão misturada (variável controlada) não é medida.
A vazão não-controlada para o controle de relação pode ser controlada
independentemente ou manipulada por outro controlador, que responda a outras variáveis.
Ambas as vazões devem estar nas mesmas unidades.
Ambos os sinais devem ser da mesma natureza (pneumático ou eletrônico), da mesma relação matemática (linear ou raiz quadrada) e os transmissores devem possuir a mesma rangeabilidade.
Há diferentes tipos de controle, quanto as parcelas com relação controlada. Assim, pode se ter:
1. relação fixa de duas partes, sendo ambas as variáveis de vazão medidas e somente uma vazão é controlada. A variável secundaria é controlada numa proporção direta com uma variável primaria não controlada. Como extensão, podem ser misturados até n componentes, sendo necessárias (n-1) estações de relação de vazões.
2. relação fixa entre uma parte e o total. Mede se e controla se a parte e a soma das partes é medida e não controlada. Essa aplicação ocorre quando a medição da variável não controlada é impossível, inacessível, de alta viscosidade, corrosiva.
3. relação fixa de duas quantidades de vazão. Em vez de se ter a relação de duas vazões, tem-se relação de duas totalizações de vazões. A quantidade da variável secundaria é controlada numa direta com a quantidade de uma variável primaria não controlada. Geralmente se aplica quando se requer alta precisão e se utilizam turbinas, que são apropriadas para a totalização e são muito precisas. 4. relação entre duas ou mais
variáveis, não necessariamente vazões. São usados computadores analógicos para executar as
operações matemáticas envolvidas. FT 11B FT 11A FFC 11 FFV 11 FFY 11 A ( ) B ( ) A B SP (Vazão A) (Vazão B = 12/5 A) (Mistura A + B)
FFY e FFC podem ser um único instrumento com as duas funções
10.3. Aplicações
Controle de relação com o divisor
As duas vazões são medidas e sua relação é computada pelo divisor. Esta relação computada entra no controlador convencional PI como o sinal de medição do processo. O ponto de ajuste é a relação desejada. A saída do controlador faz a vazão controlada seguir uma relação fixa com a outra vazão não controlada. Este sistema 'e usado quando se quer saber continuamente a relação entre as vazões. O sinal da relação pode ser usado para alarme, override ou intertravamento.
Fig. 8.27. Controle de relação com divisor
Controle de relação com o multiplicador
A vazão não controlada é medida e passa por um multiplicador, cuja constante é a relação das vazões desejada. A saída do multiplicador é o ponto de ajuste remoto do controlador de vazão. A saída do
controlador manipula a vazão controlada.
Fig. 8.28. Controle de relação com multiplicador FT-2
Vazão não controlada
FFC
X
FT-1 B SP FFCV A multiplicador Vazão controladaVazão não controlada
FT-2 FFC
÷
B SP A FT-1 Vazão controlada divisor FFCVControle de relação e cascata
Sejam as duas vazões dos componentes A e B, alimentando o tanque. O nível do liquido é afetado pela vazão total, por isso o controlador de nível cascatea o controlador da vazão A, ou seja, o ponto de ajuste do controlador da vazão A é estabelecido pela saída do controlador de nível do tanque. A vazão A, por sua vez, está relacionada fixamente com a vazão B, através do controlador de relação de vazão. A composição do liquido do tanque depende exclusivamente da relação das vazões A e B. O controlador de analise de composição estabelece o fator de relação do multiplicador.
O controlador de relação atua na vazão B. Para se evitar altos ganhos em baixas vazões por causa das placas de orifício, usam-se extratores de raiz quadrada. Para diminuir o efeito do controlador de composição no nível do líquido, a vazão B deve ser a menor das duas vazões. AT AC FT-1 LT LC FC-1 FY-1