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.
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 frequentemente 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.
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.
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):
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.
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:
