O controle de temperatura aplicado na indústria é uma das tecnologias essenciais na fabricação adequada de produtos pois em um processo de fabricação, se a temperatura variar muito tanto acima ou abaixo da faixa ideal necessária para uma determinada fase de um processo de fabricação, os resultados podem ser; revestimentos danificados, adesão inadequada, material enfraquecido ou um componente comprometido. Por este motivo, torna-se cada vez mais importante que o fabricante não apenas determine a temperatura adequada para cada etapa de produção, mas também monitore a temperatura dentro deste processo.

Os controladores de temperatura nas operações de fabricação cumprem a seguinte função: São responsáveis por garantir que a etapa do processo opere dentro dos padrões, medindo a temperatura constantemente e comparando e corrigindo com a temperatura especificada (programadas internamente) no controlador. Como resultado, os fabricantes podem descobrir problemas relacionados com a temperatura mais raPIDamente e tratá-los quando necessário. Existem três tipos gerais de controles de temperatura que são aplicados durante os processos de fabricação: controle de temperatura ON-OFF, Proporcional e PID.

1 – Controle de Temperatura ON/OFF

O controle de temperatura ON/OFF é o mais barato de todos os tipos de controle e também o mais simples em termos de funcionamento pois o seu controle é apenas ligar ou desligar. Por exemplo, no caso de uma temperatura medida ficar abaixo de um certo ponto, os sinais de controle são enviados para a máquina ligar um resistência de forma com que a temperatura se eleve. Da mesma forma, se a temperatura ultrapassar um determinado ponto, o controle de temperatura é acionado para desligar a resistência ou ligar um sistema de resfriamento a fim de baixar esta temperatura.

controle de temperatura on off controle de temperatura on off

Figura 1 – controle de temperatura ON/OFF

Um outro exemplo comum de controle ON/OFF é um termostato doméstico de uma geladeira por exemplo. Quando a temperatura aumenta até  um certo ponto, o controlador aciona o motor da geladeira para diminuir a temperatura e fazer com que ela volte ao valor programado. Com o ar condicionado funciona da mesma maneira: se a temperatura sobe passando um certo ponto, o controlador aciona o ar-condicionado, fazendo com que a temperatura volte ao estado que foi programada. Controles ON/OFF são freqüentemente usados em processos onde a mudança de temperatura é muito lenta e o controle de temperatura não é necessário.

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2 – Controle de Temperatura Proporcional

Ao contrário do controle de temperatura ON/OFF, que só atua quando um limite ajustado é atingido, os controles proporcionais são projetados para responder à mudança de temperatura antes que ela saia da faixa desejada. Essencialmente, os controles proporcionais aumentam ou diminuem a fonte de energia à medida que a temperatura atinge seu limite superior, inferior ou Setpoint, o que retarda ou acelera o aquecimento e ajuda a estabilizar a temperatura.

controle-de-temperatura-proporcional-1 controle de temperatura proporcional 1

Figura 2 – Controle de Temperatura Proporcional a 25%

Pela Figura 2, podemos ver que a uma variação no tempo do disparo de um rele ou um Triac pode resultar em uma porcentagem da carga em relação a original na saída. Veja que ligando a saída por 5 segundos e deixando ela desligada por mais 15 segundos até ligar ela novamente, fazemos com que o sistema dose a energia de forma com que a carga na saída se mantenha a 25% da energia que poderia vir da carga e existir ali. Veja abaixo outro exemplo em que aumentamos o tempo ligado para 12 segundos e o tempo desligado para 8 segundos. Agora temos uma carga na saída 60% da carga nominal.

controle-de-temperatura-proporcional-2 controle de temperatura proporcional 2

Figura 3 – Controle de Temperatura Proporcional a 60%

O tempo de ciclo deve ser curto o suficiente para permitir que a massa térmica da carga suavize os pulsos de comutação e neste exemplo utilizamos um ciclo de 20 segundos. Deve-se atentar que alguns sistemas podem necessitar de tempos de ciclo mais curtos do que os que suportados por um relé por exemplo. Nesses casos, um relé de estado sólido é tipicamente usado com tempos de ciclo de até 0,2 segundos.

Na prática, o tempo de ciclo pode não ser uma constante, podendo variar com a demanda da potência. A seguir você pode ver uma animação e entender como variando a largura dos pulsos, podemos dosar a energia e qual o resultado produzido em um diodo (mais ou menos energia para produzir luz):

inversor de frequencia pwm inversor de frequencia PWM

3 – Controle de Temperatura PID

O controle de temperatura PID combina os chamados controle proporcional com o controle integral e derivativo (PID). Assim, ele permite que o sistema opere dentro de uma banda proporcional da mesma forma que um controle proporcional faz mas com duas características adicionadas que melhoram a regulação global da temperatura. O recurso proporcional permite que o controle reaja às circunstâncias atuais e ajuste adequadamente. Já valor integral leva em consideração a soma de eventos recentes (ou seja, ritmos de controle proporcional passados) e o valor derivado por sua vez determina a reação apropriada com base na taxa com a qual os ritmos passados estão mudando. Combinados, os três usam dados atuais, dados passados e a taxa na qual os dados estão mudando para definir um algoritmo específico de controle de temperatura compensando assim, o erro de temperatura entre a variável de processo e o ponto de ajuste, mantendo uma temperatura constante.

controle-de-temperatura-pid controle de temperatura pid

Figura 4 – Controle de temperatura PID

Em termos simples, PID significa:

P – para Proporcional
I –  para Integral
D –  para Deirivativo

Para entender melhor como funciona o controle PID, você pode ler este artigo:

Leia: O Controle PID de Forma Simples e Descomplicada

4 – Considerações

Ao decidir qual o tipo de controle é melhor para um processo específico, há várias coisas que devemos ter em mente. Em primeiro lugar, considere o tipo de sensor de entrada (termopar ou RTD) e o intervalo de temperatura que o seu processo exige. Em segundo lugar, considere a forma que a saída deve ser associada: relé eletromecânico, SSR ou saída analógica. Em terceiro lugar, decida que tipo de algoritmo de controle é necessário (on/off, proporcional ou PID). Por fim, considere o número e o tipo de saídas necessárias para a aplicação, como calor, resfriamento, alarme e limite. Uma vez que estes fatores foram determinados, será muito mais fácil determinar que tipo de controlador de temperatura é adequado para uma aplicação específica.

Caso queira saber sobre controladores de temperatura, você pode ler o artigo abaixo:

Leia: Como Selecionar um Controlador de Temperatura?

Referências:

  • http://blog.west-cs.com/blog/what-is-a-temperature-control-system
  • https://www.omega.com/prodinfo/temperaturecontrollers.html
  • http://www.eurotherm.com/pid-control-made-easy