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Malhas de Controle

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Roteiro

1 As Cinco Malhas de Controle Mais Comuns

2 Controle de VazoExemplosSensores

3 Controle de PressoPresso de LquidoPresso de GsPresso do VaporExemplosSensores

4 Controle de Nvel

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Malhas de Controle

Praticamente todas as malhas de controle em uma planta qumica po-dem ser classificadas entre uma das seguintes categorias, de acordocom a varivel sendo controlada:

vazopresso: gs, lquido e vapornvel de lquidoqualidade do produtotemperatura

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Malhas de Vazo

Malhas de controle de vazo so sempre auto-regulveis e com respostamuito rpida: aps a vlvula de controle se posicionar em um novovalor, a vazo final ser alcanada em fraes de segundos, nomximo em poucos segundos.

Isto significa dizer que a resposta da malha de vazo depende princi-palmente dos atrasos do sensor de medida, do controlador, da linhade transmisso e da vlvula de controle.

Outra caracterstica de malhas de vazo a presena de muito rudo nosinal de vazo, normalmente associado ao regime turbulento de esco-amento. Por esse motivo que o sensor de vazo deve conter algumacapacidade de filtragem desse rudo, seja por exemplo tornando-o al-tamente amortecido.

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Malhas de Vazocontinuao

Entretanto, um sensor muito amortecido no ser capaz de corrigirmudanas significativas na vazo. Mesmo assim, ao derivativa deveser evitada em malhas de vazo. Ao integral utilizada paraeliminar desvio-permanente, pois o ganho proporcional do controlador ajustado pequeno com o intuito de evitar a amplificao do rudo .

Essas flutuaes de vazo podem se originar na bomba ou compres-sor, ou tambm em mudanas randmicas no padro de escoamentodevido a presena de vlvulas, placas de orifcio ou outras irregularida-des no sistema.

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Malhas de Vazocontinuao

A maioria dos medidores de vazo usados na indstria (exceto me-didores a turbina e magnticos) apresentam uma relao no-linear entre adiferena de presso gerada, por exemplo em uma placa de orifcio outubo venturi, P, e a vazo indicada:vazo mssica: W = km

P

vazo volumtrica: F = km

P

onde km o fator do sensor e a massa especfica do fluido esco-ando.Por esse motivo, os transdutores e controladores de vazo digitaisapresentam a capacidade de extrair a raiz quadrada, linearizando ossinais de vazo. Alm disso, caso a massa especfica do fluido va-rie, uma compensao no clculo da vazo deve ser considerada. Nocaso de gases, presso e temperatura devem ser medidas. Em lqui-dos, mede-se a sua temperatura.

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Malhas de Vazocontinuao

D P

D P m

D P m

T P DP

D P m

D P m

T P DT P

P m

D P

( a ) ( b )Figura: Esquemas de medidores de vazo por presso diferencial: (a) semcompensao e (b) com compensao.

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Malhas de Vazo: exemplos

Controle da Vazo de uma Corrente de Vapor

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Malhas de Vazo: exemploscontinuao

Controle da Vazo de uma Corrente

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Malhas de Vazo: exemploscontinuao

Controle da Vazo de um Compressor Anti-Surto

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Sensores de Vazo: Placa de Orifcio

Uma tpica placa de orifcio uma restrio colocada na tubulaocom uma abertura concntrica e afiada menor que o dimetro do tubo.

Devido a essa menor rea de escoamento, a velocidade do fluidoaumenta, causando uma reduo na presso. A vazo pode sercalculada a partir da medio da queda de presso atravs da placade orifcio.

A placa de orifcio o sensor de vazo mais comumente usado. En-tretanto, ela cria uma presso no recupervel grande devido a turbu-lncia formada em torno da placa, levando com isso a um consumo deenergia alto.

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Sensores de Vazo: Placa de Orifciocontinuao

Figura: Placa de orifcio.Figura: Placa de orifcio com clula depresso diferencial.

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Sensores de Vazo: Tubo Venturi

O tubo venturi similar a uma placa de orifcio. Contudo, ele projetado para eliminar a separao da camada limite e, portanto,formar arraste.

A mudana na seo transversal do tubo venturi causa a mudana dapresso entre a seo de entrada e a garganta, e a vazo pode serdeterminada por essa queda de presso.

Embora com projeto mais caro do que uma placa de orifcio, o tuboventuri cria uma presso no recupervel bem menor.

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Sensores de Vazo: Tubo Venturicontinuao

Figura: Tubo Venturi.Figura: Tubo venturi com clula depresso diferencial.

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Sensores de Vazo: Turbina

O fluido circulando atravs da turbina causa-a rotacionar com umavelocidade angular, que quando constante, proporcional vazo dofluido.

A frequncia de rotao da turbina pode ser medida por elementomagntico, clula fotoeltrica ou engrenagens. Pulsos eltricos podemser detectados e usados para determinar a vazo.

Esse sensor no deve ser usado em escoamentos com detritos ou emsituaes com grandes e rpidas variaes na vazo ou presso nosistema.

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Sensores de Vazo: Turbinacontinuao

Figura: Esquema de um sensorturbina com transdutor.

Figura: Esquema de um sensorturbina com elemento magntico.

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Sensores de Vazo: Ultrasnico

Um medidor de vazo ultrasnico mede a velocidade de um fluidoutilizando o princpio do ultrasom. O sensor ultrasnico calcula adiferena de tempo gasto entre dois feixes ultrasnicos, emitidos afavor e contra o escoamento, para atingirem os receptores de ultrasomdo lado oposto.

Existem outros dois tipos de sensores ultrasnicos: o de reflexo ouDoppler, que requer a presena de partculas refletoras, bolhas outurbulncia e pode ser aplicado em canal de escoamento aberto.

Eles no envolvem custos elevados de manuteno e uso porque nor-malmente so no invasivos ou possuem partes mveis.

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Sensores de Vazo: Ultrasnicocontinuao

Figura: Esquema de um sensorultrasnico Doppler.

Figura: Sensor ultrasnico.

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Sensores de Vazo: Anemmetro de Fio Quente

Anemmetros de fio quente usam fios muito finos (na ordem demicrometros), eletricamente aquecidos a uma certa temperatura acimada ambiente. O ar escoando pelo fio acaba por resfri-lo.

Como a resistncia eltrica da maioria dos metais dependente datemperatura do metal (tungstnio o fio quente mais utilizado), umarelao pode ser obtida entre a resistncia do fio e a velocidade deescoamento.

Esses sensores so particularmente utis para medidas com alta pre-ciso.

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Sensores de Vazo: Anemmetro de Fio Quentecontinuao

Figura: Fio quente.

Figura: Anemmetro de fio quente.

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Sensores de Vazo: Tubo de Pitot

O Tubo de Pitot usado para medir velocidade local em um determi-nado ponto do escoamento.

O Tubo de Pitot mede duas presses simultaneamente. A presso deimpacto ou estagnao ou total medida pela extremidade do tuboorientado para o fluxo de fluido a medir.

A presso esttica, isto , a que no depende do movimento, pode sermedida a partir de um tubo que envolve o primeiro no sentido coaxiale possui orifcios laterais perpendiculares ao movimento.

A velocidade de escoamento (e tambm a vazo) ento calc