Um controlador de temperatura é um instrumento que recebe uma entrada de um sensor de temperatura e tem uma saída conectada a um dispositivo, tal como um aquecedor ou um ventilador. O controlador e processos associados a temperatura geralmente têm reações lentas, com isso o suprimento de energia térmica deve ser gradativo, para se evitar incinerações e acidentes indesejáveis. Para controlar com exatidão a temperatura de um determinado processo sem grande interferência de um operador, o sistema de controle baseia-se em um controlador de temperatura conectado a um sensor, tal como um termopar ou uma sonda Pt-100 (RTD).
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| Figura 01 - Controle de temperatura |
Ele compara a temperatura real com a temperatura de controle desejada, ou com o ponto de ajuste, além de fornecer uma saída para o elemento de controle. O controlador consiste em apenas uma parte do sistema, mas o sistema inteiro deve ser analisado ao selecionar o controlador adequado.
Existem três tipo básicos de Controlador de temperatura: liga/desliga, proporcional e PID. Dependendo do sistema a ser controlado, o operador poderá optar por um ou outro tipo de controlador.
Controle Liga/Desliga
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| Figura 02 - Controle On/Off |
Um controlador de temperatura liga/desliga destaca-se por ser o mais simples dos dispositivos existentes para controle de temperatura. A saída do dispositivo é ligada ou desligada, sem estado intermediário. Um controlador de temperatura liga/desliga alternará a saída somente quando a temperatura ultrapassar o ponto de ajuste. Em controles de aquecimento, a saída será ligada quando a temperatura estiver abaixo do ponto de ajuste e desligada quando estiver acima do ponto de ajuste. Quando a temperatura ultrapassar o ponto de ajuste para alterar o estado de saída, a temperatura de processo realizará um ciclo contínuo, passando do ponto de ajuste inferior ao superior e vice-versa. Nos casos em que tal ciclo ocorrer rapidamente e para evitar danos nos contatores e nas válvulas, um liga-desliga diferencial, ou "histerese", é adicionado às operações do controlador. Esse diferencial exige que a temperatura ultrapasse o ponto de ajuste em determinado limite antes que a saída seja ligada ou desligada novamente. O liga-desliga diferencial impede que a saída "oscile" ou execute alterações rápidas e contínuas se o ciclo superior ou inferior ao ponto de ajuste ocorrer muito rapidamente. O controle liga-desliga é utilizado quando um controle preciso não é necessário, em sistemas que não sejam ligados e desligados com frequência, onde a massa de um determinado sistema for tão grande que as temperaturas sejam alteradas lentamente, ou ainda, quando utilizado em conjunto com um alarme de temperatura. Dentre os tipos de especiais de controle liga-desliga utilizados como alarmes destacam-se os controladores de limite. Esse controlador utiliza um um relé de travamento, que deve ser rearmado manualmente e tem como propósito desligar um processo quando uma determinada temperatura for atingida.
Controle Proporcional
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| Figura 03 - Controle Proporcional |
Os controles proporcionais são projetados para eliminar o ciclo associado ao controle liga/desliga. Os controles proporcionais diminuem a potência média fornecida ao aquecedor quando a temperatura se aproxima do ponto de ajuste. Por isso, o aquecedor diminui sua atividade de modo que não ocorra sobrelevação do ponto de ajuste. Ele permanecerá próximo ao ponto de ajuste e manterá uma temperatura estável. Essa dosagem é realizada ao ligar e desligar a saída em intervalos curtos. Tal "dosagem de tempo" altera a proporção entre o período de tempo "ligado" e o período "desligado" e tem como objetivo controlar a temperatura. Isso ocorre de acordo com uma "banda proporcional", estabelecido próximo ao ponto de ajuste da temperatura. Fora dessa banda, o controlador opera como uma unidade liga-desliga, tanto com a saída completamente ligada (abaixo da banda) quanto totalmente desligada (acima da banda). No entanto, se estiver dentro da banda, a saída é ligada e desligada em relação à diferença de medição do ponto de ajuste. No ponto de ajuste (o ponto médio da banda proporcional), a razão de saída é de 1:1, isto é, os tempos de duração ligado e desligado são os mesmos. Se a temperatura estiver mais distante do ponto de ajuste, os tempo de duração ligado e desligado variam proporcionalmente à diferença de temperatura. Se a temperatura for inferior ao ponto de ajuste, a saída permanecerá ligada por mais tempo; se a temperatura for extremamente alta, a saída permanecerá desligada por mais tempo.
Controle Proporcional Derivativo
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| Figura 4. Controle Proporcional Derivado (PD). |
Os problemas de estabilidade e sobretemperatura surgem quando um controlador proporcional é usado com alto ganho e podem ser minimizados adicionando um termo proporcional à derivada no tempo do sinal de erro, essa técnica é conhecida como controle de PD. O valor da constante de amortecimento, D, pode ser ajustado para obter uma resposta criticamente amortecida às mudanças na temperatura do ponto de ajuste, conforme mostrado na figura 4.
Um pouco de amortecimento resulta em ultrapassagem e zumbido, muito causa uma resposta desnecessariamente lenta.
Controle Proporcional, Integral e Derivativo (PID)
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| Figura 5. Controle Proporcional Integral Derivado (PID). |
O quarto tipo de controlador fornece controle proporcional com integral e derivativo, também denominado PID. Esse controlador combina o controle proporcional com dois ajustes adicionais, o que ajuda a unidade a compensar automaticamente as alterações no sistema. Esses ajustes, o integral e o derivativo, são expressos em unidades de tempo. Também são designados por seus recíprocos: RESET e TAXA, respectivamente. Os termos proporcional, integral e derivativo devem ser ajustados individualmente ou "sintonizados" de acordo com um sistema específico por método de tentativa e erro. Esse é o mais preciso e estável dos três tipos de controladores. é melhor utilizado em sistemas que apresentem massa relativamente pequena, as quais reagem rapidamente a alterações de energia adicionada ao processo. Recomenda-se sua utilização em sistemas em que a carga se altere frequentemente e o controlador compense automaticamente, em função de mudanças frequentes nos pontos de ajuste, da quantidade de energia disponível ou da massa a ser controlada.
Controladores de temperatura comerciais
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| Figura 03 - Controlador, dissipador, relé de estado sólido e sensor PT100. |
Controladores de temperatura comerciais permite que o usuário selecione um tipo de entrada a partir de nove tipos de termopares (J, K, T, E, R, S, B, C e N), RTDs de platina (100, 500, ou 1000 Ω, com curva 385, 392 ou 3916), termistores (2250 Ω, 5K Ω e 10K Ω), tensão ou corrente contínua. As entradas de tensão ou corrente são bipolares e totalmente graduáveis para praticamente todas as unidades de engenharia, com um ponto decimal selecionável, perfeito para uso com pressão, fluxo ou outra entrada de processo.
O controle pode ser feito usando a opção liga/desliga ou a estratégia de controle quente/frio do PID. O controle PID pode ser otimizado pelo recurso de autoajuste; além disso, um modo de ajuste adaptativo com lógica fuzzy permite a otimização contínua do algoritmo PID. O instrumento oferece até 16 segmentos de rampas e patamares por programa, além de ações auxiliares para eventos em cada segmento. Até 99 programas podem ser salvos e encadeados para criar até 1.584 segmentos diferentes. Alarmes múltiplos podem ser configurados para acima da banda, abaixo da banda, alto/baixo e para acionar a banda, usando pontos de alarme absoluto ou de desvio.
A saída analógica é totalmente graduável e pode ser configurada como controlador proporcional ou de retransmissão, de acordo com a tela. A fonte de alimentação universal aceita de 90 a 240 VCA. A opção de alimentação de baixa tensão aceita 24 VCA ou de 12 a 36 VCC.
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Figura 02 - Esquemas de ligação do
Controlador de Temperatura REX_C100. |
Recursos adicionais, geralmente encontrados somente nos controladores mais caros, fazem deste produto o mais potente de sua classe. Alguns desses recursos adicionais padrão são: ponto de ajuste remoto para configurações de controle em cascata, funcionalidade de alarme alto-alto/baixo-baixo, latch reset externo, iniciação externa de programa de rampas e patamares, modo de controle de combinação quente/frio, possibilidade de salvar e transferir a configuração e proteção de configuração por senha.
Neste diagrama foi Utilizado o Controlador de Temperatura REX_C100 cujo manual está disponível em:
Controlador de Temperatura REX_C100.
Diagrama elétrico de Controle de temperatura ON/OFF em 24v está disponível em:
19_07_15 Controle de temperatura ON/OFF em 24v.
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