O documento discute os conceitos de automação e controle, incluindo: (1) a história do desenvolvimento da automação desde a pré-história até a era digital atual; (2) os diferentes modos de controle como controle tudo ou nada, controle flutuante e controle proporcional; e (3) o uso de controladores lógicos programáveis e sistemas de automação em aplicações como refrigeração.

1. Serviço Público Federal
Ministério da Educação
Fundação Universidade Federal do Rio Grande
Colégio Técnico Industrial Prof. Mário Alquati
Rio Grande, Novembro de 2002

2. 2
1 INTRODUÇÃO.........................................................................................................................................3
1.1 CONCEITO ..........................................................................................................................................3
1.2 DESENVOLVIMENTO DA AUTOMAÇÃO..................................................................................................3
2 CONTROLE .............................................................................................................................................5
2.1 DEFINIÇÕES DE TERMOS:.....................................................................................................................5
2.2 CONTROLE AUTOMÁTICO....................................................................................................................5
2.3 MODOS DE CONTROLE ........................................................................................................................6
2.3.1 Controle Tudo ou Nada (biestável)...............................................................................................6
2.3.2 Controle Flutuante......................................................................................................................7
2.3.3 Controle Proporcional ..............................................................................................................7
2.4 CONTROLE INTEGRAL .......................................................................................................................10
2.4.1 Saturação do modo integral .......................................................................................................12
2.5 CONTROLE DERIVATIVO ...................................................................................................................12
2.6 CONTROLADOR PID.......................................................................................................................13
3 AUTOMATIZAÇÃO ..............................................................................................................................14
3.1 SISTEMA AUTOMÁTICO:................................................................................................................14
3.1.1 Sistema rígido de automação:....................................................................................................14
3.1.2 Sistema flexível de automação:...................................................................................................14
4 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS...........................................................................15
4.1 DEFINIÇÃO .......................................................................................................................................16
4.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO.........................................................................................................16
4.3 PROGRAMAÇÃO DE UM CLP..............................................................................................................16
5 REFRIGERAÇÃO..................................................................................................................................19
5.1 CLASSIFICAÇÃO................................................................................................................................19
5.2 AUTOMAÇÃO EM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO ..................................................................................19
5.2.1 Segurança Operacional..............................................................................................................19
5.2.2 Manutenção dos Parâmetros Operacionais e Consumo de Energia.............................................20

3. 3
1 Introdução
Você já reparou que a automação faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manhã, o rádio
relógio automaticamente dispara o alarme para acorda-lo e começa a dar as notícias do dia. Nessa mesma hora,
alguém esquenta o pão para o café da manhã numa torradeira elétrica, ajustando tempo de aquecimento. Na sala,
uma criança liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da
semana anterior, Quando a casa esquenta pela incidência dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio,
mantendo a temperatura agradável.
Esses simples fatos evidenciam como a automação faz parte da vida cotidiana.
1.1 Conceito
Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio
funcionamento, quase sem a intervenção do homem.
Automação é diferente de mecanização. A mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para
realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem. Já a automação possibilita fazer um trabalho
por meio de máquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.
1.2 Desenvolvimento da automação
As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na pré- história
Invenções como a roda, o moinho movido por vento ou força animal e as rodas d'agua demonstram a criatividade
do homem para poupar esforço.
Porém, a automação só ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produção agrário e artesanal
transformou-se em industrial, a partir da segunda metade do século XVIII, inicialmente na Inglaterra.
Os sistemas inteiramente automáticos surgiram no início do século XX, Entretanto, bem antes disso
foram inventados dispositivos simples e semi-automáticos.
Devido à necessidade de aumentar a produção e a produtividade, surgiu uma série de inovações tecnológicas:
· máquinas modernas, capazes de produzir com maior precisão e rapidez em relação ao trabalho feito à
mão;
· utilização de fontes alternativas de energia, como o vapor, inicialmente aplicado a máquinas em
substituição às energias hidráulica e muscular.
Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo do vapor em
máquinas. Isto pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimentação regulador
consistia num eixo vertical com dois braços próximos ao topo, tendo em cada extremidade uma bola pesada.
Com isso, a máquina funcionava de modo a se regular sozinha, automaticamente, por meio de um laço de
realimentação
A partir de 1870, também a energia elétrica passou a ser utilizada e a estimular indústrias como a do aço,
a química e a de máquinas-ferramenta setor de transportes progrediu bastante graças à expansão das estradas de
ferro e à indústria naval.
No século XX, a tecnologia da automação passou a contar com computadores, servomecanismos e
controladores programáveis.
Os computadores são o alicerce de toda a tecnologia da automação contemporânea. Encontramos
exemplos de sua aplicação praticamente em todas as áreas do conhecimento e da atividade humana.
Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples extrato somos obrigados a interagir com
um computador. Passamos o cartão magnético, informamos nossa senha e em poucos segundos obtemos a
movimentação bancária impressa.

4. 4
A origem do computador está relacionada à necessidade de automatizar cálculos, evidenciada
inicialmente no uso de ábacos pelos babi1ônios, entre 2000 e 3000 a.C.
O marco seguinte foi a invenção da régua de cálculo e, posteriormente, da máquina aritmética, que
efetuava somas e subtrações por transmissões de engrenagens . George Boolc desenvolveu a álgebra booleana,
que contém os princípios binários, posteriormente aplicados às operações internas de computadores.
Em 1880, Herman Hollerith criou um novo método, baseado na utilização de cartões perfurados, para
automatizar algumas tarefas de tabulação do censo norte-americano. Os resultados do censo, que antes
demoravam mais de dez anos para serem tabulados, foram obtidos em apenas seis semanas! 0 êxito intensificou
o uso desta máquina que, por sua vez, norteou a criação da máquina IBM, bastante parecida com o computador.
Em 1946, foi desenvolvido o primeiro computador de grande porte, completamente eletrônico o Eniac,
como foi chamado, ocupava mais de 180 m e pesava 30 toneladas. Funcionava com válvulas e relês que
consumiam 150.000 watts de potência para realizar cerca de 5.000 cálculos aritméticos por segundo, Esta
invenção caracterizou o que seria a primeira geração de computadores, que utilizava tecnologia de válvulas
eletrônicas.
A segunda geração de computadores é marcada pelo uso de transistores (1952). Estes componentes não
precisam se aquecer para funcionar, consomem menos energia e são mais confiáveis, Seu tamanho ora cem
vezes menor que o de uma válvula, permitindo que os computadores ocupassem muito menos espaço.
Com o desenvolvimento tecnológico, foi possível colocar milhares de transistores numa pastilha de
silício de 1 cm , o que resultou no circuito integrado (CI), Os CTs deram origem à terceira geração de
computadores, com redução significativa de tamanho e aumento da capacidade de processamento.
Em 1975, surgiram os circuitos integrados em escala muito grande (VLSI), Os chamados chips constituíram a
quarta geração de computadores. Foram então criados os computadores pessoais, de tamanho reduzido e baixo
custo de fabricação.
Para se ter idéia do nível de desenvolvimento desses computadores nos últimos quarenta anos, enquanto
o Eniac fazia apenas 5 mil cálculos por segundo, um chip atual faz 50 milhões de cálculos no mesmo tempo.
Voltando a 1948, o americano John T Parsons desenvolveu um método de emprego de cartões
perfurados com informações para controlar os movimentos de uma máquina-ferramenta.
Demonstrado o invento, a Força Aérea patrocinou uma série de projetos de pesquisa, coordenados pelo
laboratório de servomecanismos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Poucos anos depois, o MIT
desenvolveu um protótipo de uma fresadora com três eixos dotados de servomecanismos de posição.
A partir desta época, fabricantes de máquinas-ferramenta começaram a desenvolver projetos
particulares.
Essa atividade deu origem ao comando numérico, que implementou uma forma programável de
automação com processo controlado por números, letras ou símbolos.
Com esse equipamento, o MIT desenvolveu uma linguagem de programação que auxilia a entrada de comandos
de trajetórias de ferramentas na máquina, Trata-se da linguagem APT (do inglês, Automatically Programmed
Tools, ou "Ferramentas Programadas Automaticamente.
Os robôs (do tcheco robota, quc significa "escravo, trabalho forçado") substituíram a mão-de-obra no
transporte de materiais e em atividades perigosas, 0 robô programável foi projetado em 1954 pelo americano
Ceorge Devol, que mais tarde fundou a fábrica de robôs Unimation. Poucos anos depois, a GM instalou robôs
em sua linha de produção para soldagem de carrocerias.
Ainda nos anos 50, surge a idéia da computação gráfica interativa: forma de entrada de dados por
meio de símbolos gráficos com respostas em tempo real. 0 MIT produziu figuras simples por meio da interface
de tubo de raios catódicos (idêntico ao tubo de imagem de um televisor) com um computador Em 1959, a GM
começou a explorar a computação gráfica.
A década de 1960 foi o período mais crítico das pesquisas na área de computação gráfica interativa. Na
época, o grande passo da pesquisa foi o desenvolvimento do sistema sketchpad, que tomou possível criar
desenhos e alterações de objetos de maneira interativa, num tubo de raios catódicos.
No inicio dos anos 60, o termo CAD (do inglês Computer Alded Design ou "Projeto Auxiliado por
Computador") começou a ser utilizado para indicar os sistemas gráficos orientados para projetos.
Nos anos 70, as pesquisas desenvolvidas na década anterior começaram a dar frutos Setores
governamentais e industriais passaram a reconhecer a importância da computação gráfica como forma de
aumentar a produtividade.
Na década de 1980, as pesquisas visaram à integração e/ou automatização dos diversos elementos de
projeto e manufatura com o objetivo de criar a fábrica do futuro, o foco das pesquisas foi expandir os sistemas
CAD/CAM (Projeto e Manufatura Auxiliados por Computador. Desenvolveu-se também o modelamento
geométrico tridimensional com mais aplicações de engenharia (CAE - Engenharia Auxiliada por Computador
alguns exemplos dessas aplicações são a análise e simulação de mecanismos, o projeto análise de injeção de
moldes e a aplicação do método dos elementos finitos.
Hoje, os conceitos de integração total do ambiente produtivo com o uso dos sistemas de comunicação de
dados e novas técnicas de gerenciamento estão se disseminando rapidamente, o CIM (Manufatura Integrada por

5. 5
Computador) já é uma realidade.
2 Controle
Na automação industrial, as máquinas substituem tarefas tipicamente mentais, tais como memorizações,
cálculos e supervisões. Os CLP dominam os dispositivos pneumáticos, hidráulicos, mecânicos e eletromecânicos
e podem controlar grandezas tais como vazão, temperatura, pressão, nível, velocidade, torque, densidade,
rotação, tensão, corrente elétrica etc.
Por processo pode-se entender, uma operação onde pelo menos uma característica física ou química
varia no decorrer do tempo.
2.1 Definições de termos:
Variável controlada – é a quantidade ou condição que deve ser medida e controlada (temperatura,
pressão, vazão etc.).
Variável manipulada – é a quantidade ou condição que é afetada pelo controlador automático, de
forma a alterar o valor da variável controlada.
Agente de controle – é a energia ou material do processo do qual a variável manipulada é uma condição
ou característica.
Valor desejado – (Set Point) – é o valor (ou valores) da variável controlada, requerido pelo processo.
Valor real – é o valor instantâneo da variável controlada.
Elemento primário – (Sensor) – está em contato com a variável e utiliza ou absorve energia do meio
controlado para dar ao sistema uma medida da variação da variável controlada.
Transmissor – transforma o sinal medido em um outro, padronizado, que possa ser transmitido a
distância.
Controlador – compara a variável controlada com um valor desejado e emite um sinal de saída em
função do desvio verificado.
Elemento final de controle – (Atuador) – recebe o sinal do controlador, e em função deste, altera o
valor da variável manipulada.
Com estes conceitos podemos representar em diagrama de blocos um sistema típico de controle
automático.
Em um circuito de controle com retroalimentação, mede-se na saída do processo a variável controlada.
Este valor (valor real y), é recebido pelo controlador que o compara com o valor desejado x (Set Point) pré-
fixado, enviando ao E.F.C, um sinal proporcional ao desvio, O E.F.C. altera o valor da variável manipulada até
que a variável controlada atinja o valor desejado.
2.2 Controle Automático
A finalidade de Controle Automático é a manutenção de uma variável em um determinado valor - fixo
ou não -, denominado valor desejado (Set Point),
Para atingir esta finalidade, o sistema de controle deve ser capaz de executar as seguintes operações :
1 - medição do valor da variável a ser controlada (valor real);
2 - comparação desta medida com o valor desejado;
3 - ação no sentido de eliminar o desvio verificado.
O sistema de controle automático pode ser descrito também como uma combinação de um ou mais
controladores, conectados em circuito fechado com um ou mais processos, Observamos inicialmente a figura 1,

6. 6
que ilustra um processo no qual o líquido que passa por um tanque é aquecido por meio de vapor.
Suponhamos, por exemplo, que se deseje manter a temperatura do líquido a 80°C. Para tanto, vamos
medir a temperatura utilizando um bulbo oco, preenchido com gás, e ligado através de um capilar a um
instrumento que mede a pressão do gás. Visto que a pressão de gases varia linearmente com a temperatura, a
medida da pressão do gás permitirá uma determinação bastante precisa da temperatura.
Para obter a ação de controle desejada, o controlador emite um sinal pneumático, que aumenta quando a
temperatura está abaixo de 80°C e diminui conforme a temperatura aumenta acima de 80°C.
Este sinal por sua vez é recebido por uma válvula de controle pneumática que abre ou fecha
continuamente a passagem do vapor, de acordo com o sinal recebido.
2.3 Modos de Controle
Modo ou ação de controle é a forma pela qual um controlador age para manter a variável controlada no
valor desejado.
Uma grande variação de combinações de características envolvendo tempo e ganho, originou a criação
de diferentes ações de controle. A ação de controle para uma determinada malha de um processo depende de
vários fatores, como:
• economia
• precisão exigida pelo processo
• tempo de resposta do processo
• ganho do processo
• segurança do pessoal de operação
• segurança do equipamento
Sob o ponto de vista do hardware, há várias maneiras de implementar o controle no processo. Podemos
utilizar dispositivos mecânicos, pneumáticos, elétricos e eletrônicos, analógicos ou digitais; independente da
técnica utilizada, a teoria básica é a mesma,
As ações de controle normalmente utilizados no controle de processos industriais são as seguintes:
a) Tudo ou nada (Biestável)
b) Flutuante
c) Proporcional
d) Integral
e) Derivativa
2.3.1 Controle Tudo ou Nada (biestável)
No controle tudo ou nada, o sinal de saída do controlador assume apenas dois valores: 0 ou 100%. ou
seja, o elemento final de controle se desloca instantaneamente entre as posições de mínima e máxima, de acordo
com o sentido do desvio·
Uma característica inerente a este tipo de controle é uma resposta sempre oscilatória, uma vez que a
ação de controle somente ocorre quando há uma variação da variável controlada
Na prática, o controlador tudo ou nada é utilizado com uma "faixa diferencial" ou zona morta. Quando a
variável controlada entra nesta zona, o elemento final de controle permanece em sua última posição; quando a

7. 7
variável deixa a zona morta, o elemento final de controle dirige-se para a posição adequada, (max, ou min).
A zona morta é utilizada visando principalmente diminuir o acionamento excessivo do mecanismo, e
seu valor é usualmente menor que 2% da escala total.
Este tipo de controle é adequado somente para processos com baixa velocidade de reação e atrasos
mínimos na transmissão do sinal.
Controle tudo ou nada com zona morta
2.3.2 Controle Flutuante
No controle flutuante, o elemento final de controle se move a uma velocidade constate no sentido da
abertura ou fechamento, dependendo se a variável controlada está abaixo ou acima do valor desejado. Neste
caso, o controle é denominado controle flutuante a uma velocidade.
Este tipo de controle pode ser executado com o controlador tudo ou nada utilizando-se uma válvula com
um atuador elétrico. A velocidade de operação do atuador acarretará a diferença no controle, sendo que o
atuador pode ou não estar ajustado para atingir o fechamento ou abertura total, por exemplo, o ajuste pode ser
25% da abertura no limite mínimo, 75% no limite máximo.
Analogamente ao controle tudo ou nada, o controle flutuante tende a produzir oscilações na variável
controlada, porém se a velocidade do atuador for adequada ao tipo de processo, estas oscilações terão menores
freqüências e amplitudes.
Se utilizarmos um controlador tudo ou nada com zona morta e uma válvula com atuador elétrico de
baixa velocidade, obteremos um controle flutuante de velocidade constante com zona morta (Figura 3). Neste
caso, quando a variável controlada encontra-se na zona morta, o E. F. C. não se movimenta, permanecendo em
uma das duas posições limites. Quando a variável ultrapassa a zona morta, o E.F.C, move-se no sentido
adequado para eliminar o desvio.
0 controle flutuante é empregado em processos com mudanças graduais de carga e evitado quando houver
grandes atrasos na transmissão do sinal ou mudanças rápidas de carga.
Figura 3 - Controle flutuante de velocidade constante, com zona morta
2.3.3 Controle Proporcional
Nesta ação de controle, o sinal de saída do controlador (posição do EFC) mantém uma relação linear

8. 8
contínua com a variável controlada e portanto, a amplitude de correção é proporcional à amplitude do desvio
Matematicamente, a ação Proporcional é a definida pela equação:
M = Mo + Kce
sendo:
M = Sinal de correção; saída do controlador
Mo = Constante ajustada manualmente (valor de saída quando o desvio for nulo)
Kc = Ganho proporcional
e = desvio; diferença entre o valor desejado e o valor medido
1
0 ganho proporcional K, é a relação entre a variação da posição da válvula e o desvio que a produziu
(Figuras 4 e5)
K = L / x
Figura 4· Resposta de um controlador proporcional a um desvio degrau (malha aberta)
A figura 5. ilustra graficamente um controle proporcional em que K = 1, ou seja, a válvula move-se 1%
de seu curso quando o desvio varia em 1%.
0 controlador foi previamente ajustado de modo que a saída (Mo) seja 50% quando VD = VR (e = 0).
Para um determinado ganho, e um ajuste fixo, a saída do controlador pode ser calculada se tivermos a diferença
entre o valor medido (VR) e o valor desejado (VD), No exemplo da Figura 5, em que assumimos K = 1 e ajuste
igual a 50%, quando o VR = VD, a saída é 50%. Quando VR excede o VD cm 5%, a saída será 45%. Se o VR
estiver abaixo do VD em 10%, a saída será 60%.
No trocador de calor da Figura 6. uma vazão de água deve ser aquecida até lOO°C (VD), através do
fornecimento de vapor à serpentina.
0 sistema de controle é composto por um termopar, transmissor de temperatura, controlador e válvula de
controle. Graficamente. o controle proporcional pode ser ilustrado pela figura 7
Figura 5 - Controle proporcional

9. 9
Figura 6 - Trocador de calor
Figura 7 - Controle proporcional
No exemplo acima, a válvula estará totalmente aberta abaixo de 50°C, e totalmente fechada acima de
150e
C. Entre os valores 50 e 150º C a posição da válvula é proporcional ao valor da variável controlada, por
exemplo, a 75ºC estará aberta 75%.a 100ºC; 50%, e a 125ºC; 25% .
Esta faixa (geralmente ajustável), em que se manifesta a ação proporcional do controlador é denominada "banda
proporcional" (BP), e é expressa em porcentagem do alcance do instrumento No caso, a BP abrange 150 - 50 =
100ºC, e o alcance do instrumento é 200 - 0 = 200°C,
Então,
BP=
100 200
· 100% = 50%
Vale a relação :
K=
100% BP
Muitos controladores utilizam a banda proporcional em lugar do ganho. Na prática a BP pode variar de l a 500%
- Figura 8.

10. 10
Figura 8 - Banda proporcional
Observar que com, a BP maior que 100% o controlador não consegue abrir ou fechar totalmente a
válvula, mesmo para uma variação completa da variável controlada
0 controlador proporcional é um sistema potente de estabilização, com grande capacidade de ajuste e
aplicação. Possui porém, uma séria deficiência: Não consegue manter a variável controlada exatamente no VD,
em caso de mudanças nas condições do processo - para as quais foi ajustado, restando sempre, nestes casos, um
erro denominado "desvio permanente" ou "erro de regime" (off-set). Exemplificando: Se no exemplo da figura
6, houver uma queda de pressâo a montante da válvula, haverá uma redução da vazão de vapor para uma dada
abertura.
Como para cada valor da temperatura da água existe apenas uma única posição da válvula, a nova
posição encontrada não conseguirá restabelecer o VD.
Figura 9 - Desvio permanente
Na Figura 9 Podemos visualizar as variações da temperatura da água e da posição da válvula, para um
desvio degrau da vazão de vapor. O raciocínio seria análogo para por exemplo, um aumento da vazão de água .
O desvio permanente pode ser reduzido, aumentando-se o ganho do controlador (estreitando-se a banda
proporcional). A eliminação do desvio permanente pode ser efetuada, deslocando-se manualmente a banda
proporcional para esquerda ou para a direita conforme o sentido do erro.
2.4 Controle Integral
Nesta ação de controle, o controlador gera um sinal proporcional à integral do desvio, ou seja, a
velocidade de correção é proporcional a amplitude do desvio. Na prática, este tipo de controle somente existe
associado à ação proporcional (controlador PI). A equação que descreve o controlador PI é:

11. 11
DT
I
C
CO e
T
K
eKMM ∫++=
Sendo TI = tempo integral , geralmente dado em minutos por repetição ou seja o tempo em minutos para a saída
repetir o termo Kc e.
Vimos que o controle P, o desvio permanente só pode ser eliminado através do deslocamento, pelo
operador da banda operacional. No controlador PI a ação I age como se deslocasse continuamente a banda
proporcional no sentido adequado , até eliminar o desvio permanente ( off-set). Por exemplo, um desvio de 4%
produz um deslocamento continuo da PB a uma velocidade duas vezes maior que a produzida por um desvio de
2%.
A verificação da ação integral geralmente é feita com o instrumento em malha aberta, aplicando-se um
desvio degrau na entrada e registrando-se os sinais de saída que o controlador envia a válvula de controle.
(figura 10).
Nestas condições o sinal de saída salta um determinado valor devido a ação proporcional, e continua
aumentando a uma velocidade proporcional ao desvio introduzido.
Figura 10 - Controle proporcional + integral
Assim como a ação proporcional era definida pelo ganho ou pela banda proporcional, a ação integral e
definida pelo "tempo integral" (Ti) que é o intervalo de tempo em que, diante de um desvio degrau, a parte de
variação do sinal devido à ação integral iguala (repete) a parte devida à ação proporcional.
Na prática usa-se também o recíproco do tempo integral, denominado "repetições por minuto" (r/m) para
caracterizar a ação
Exemplo numérico:
Suponhamos um processo em equilíbrio, sendo VD = VR (e = 0), e a saída do controlador igual a 1 mA.
Neste instante introduzimos um desvio degrau y e a saída do controlador imediatamente se altera, devido à ação
P, para 13 mA sofrendo portanto uma variação de 1 mA. Se o desvio não for corrigido, a ação integral continuará
aumentando a saída. Assumimos que após 30 segundos o aumento seja de mais 1 mA, igualando correção
produzida pela ação proporcional. Nesta hipótese o Ti será 30s Em 60 segundos, o tempo integral será repetido
duas vezes; temos portanto "duas repetições por minuto". (r/m),
Os controladores de ação PI, possuem ajustes separados para o ganho proporcional (ou BP) e para tempo
integral Uma ação integral mais enérgica (mais r/m) tende a eliminar o desvio permanente, mais rapidamente ,
mas, como em outras ações de controle, um excesso conduz a oscilações continuas.
0 controlador PI é indicado geralmente para processos com pequena capacitância, curto tempo de reação e
mudanças na carga relativamente grandes. Em processos com grandes atrasos e demora nas mudanças existe a
tendência de ocorrer ciclagens devido ao excesso de conexões

12. 12
2.4.1 Saturação do modo integral
A principal vantagem da ação integral é eliminar o desvio permanente, entre valor medido (VR) e valor
desejado (VD), o que é feito reajustando-se automaticamente a posição da faixa proporcional.
Porém esta característica pode ser prejudicial ao controle:
A ação integral atuará continuamente na saída do controlador, enquanto existir o desvio. Em casos em
que o controlador não tem condição de fazer a variável controlada atingir o valor desejado (set point), se o
desvio for de muito longa duração, a ação integral levará a saída até fora de sua faixa operacional, ultrapassando
os 100% de saída. No caso de controlador eletrônico, com faixa 4 -20 mA, a saída poderá ir até 30mA se a faixa
for 0 -10 Vcc, até 15 Vcc e se for pneumático com faixa 0-15 psi, até 20 psi.
Esta limitação é chamada saturação do modo integral (reset wind up), e pode ocorrer nos seguintes
casos:
Quando a correção do desvio está fora do alcance do controlador (por falta de cálculo ou pane no
processo).
Quando o tempo necessário para fazer o processo voltar ao normal (VR = VD) é muito demorado.
Em processos descontínuos, por ex. batelada. Neste caso, durante a parada para recarga, a medição
cessa ou cai a zero. A ação integral vai variar a saída tentando eliminar o desvio, saturando a saída.
Processos com controle seletivo, em que tem-se mais de um controlador e um único elemento final de
controle.
Para evitar a saturação, pode-se utilizar controladores que possuam um dispositivo chamado "chave
batelada", que limita a saída do controlador em valores pré estabelecidos.
Pode-se também, utilizar uma retroalimentação separada para o controlador.
2.5 Controle Derivativo
A ação derivativa, gera uma correção proporcional à derivada do desvio, portanto, a amplitude, da
correção é proporcional à velocidade de variação do desvio.
Na prática, esta ação existe somente em controladores que já dispõem de pelo menos a ação P. equação
que descreve o controlador PD é:
M = Mo + Kce + Kc Td de/dt
sendo Td = Tempo derivativo, geralmente em minutos
A ação derivativa se manifesta apenas enquanto o desvio estiver variando. Ela cessa, quando o desvio
estaciona, mesmo que seja em um valor elevado.
A verificação da ação derivativa é feita geralmente com una controlador proporcional-derivatívo (PID
em malha aberta, aplicando-se um desvio em rampa na entrada e registrando-se os sinais de saída enviados ao
elemento final de controle. (Figura 11)
Figura 11 - Ação derivativa devido a uma variação em rampa do desvio (malha aberta)
Na figura 11, vemos que a contribuição da ação derivativa, adiciona ao valor da saída correspondente á
ação P, um valor fixo proporcional à velocidade de variação do desvio.
A grandeza que define a ação derivativa é o "tempo derivativo" (TD) que é o intervalo de tempo, em que

13. 13
diante de um desvio em rampa, a parte de variação do sinal devido à ação proporcional iguala a parte devido à
ação derivativa. Esta também pode ser expressa em "minutos de antecipação" que é o tempo, em minutos, com
que a ação se antecipa ao efeito da ação proporcional.
Este efeito de "antecipação" da ação D, faz com que a variável se afaste menos do VD, e o processo se
estabilize mais rapidamente, minimizando oscilações.
Na figura 12 vemos a reação do e!emento final de controle, devido ä ação D, para desvios simulados do
VD.
Figura 12 - Variação do EFC causada por variação do desvio (malha aberta)
Observar que, quando a variável inverte o sentido da variação, retomando ao valor original, a ação D
exerce uma ação contrária e quando o erro se anula, o sinal de saída volta à posição inicial.
Quando a variação do desvio for em degrau, o valor de sua derivada seria infinito, e a variação da
abertura da válvula, tenderia também ao infinito. Na prática, este movimento é limitado pela construção do
controlador.
Embora a ação derivativa seja mais enérgica, com ela se obtém um controle mais rápido e mais fino.
Deve ser aplicada em processos com mudanças rápidas na carga, quando uma antecipação na posição da válvula
apresentar um efeito decisivo, e também em processos com grande inércia ou grandes atrasos na transmissão-
(grandezas de variação lenta, como temperatura. PH, análise ctc.) Com grandezas de variação rápida, (vazão,
pressão etc) sua aplicação deve ser cuidadosa, assim como em processos sujeito a ruidos freqüentes, como
pulsações em sinais de pressão, ondas em sinais de nível, bolsas de água fria em medições de tempera.
2.6 Controlador Pid
Um controlador pode possuir as ações P,I e D, Sua equação será:
t
M = mo+Kc+ Kc/Ti edt+ KcTd de/dt
O
0 PID é o tipo mais eficaz de controlador de processos, ressalvando que o modo de controle mais
simples, que realiza a função requerida é o mais indicado por razões técnicas e econômicas. Na figura 13 vemos
ás respostas às principais ações de controle, para um determinado tipo de processo.
Figura 13 - Respostas de um processo às principais ações de controle (malha fechada)

14. 14
Notar que apenas os controladores com a ação integral eliminam totalmente o desvio.
3 Automatização
No início, os processos produtivos utilizavam ao máximo a força da mão-de-obra. A produção era
composta por estágios nos quais as pessoas desenvolviam sempre as mesmas funções, especializando-se numa
certa tarefa ou etapa da produção. É o princípio da produção seriada.
0 mesmo ocorria com as máquinas, que eram específicas para uma dada aplicação, o que impedia de
utilizá-las cm outras etapas da produção. Por exempto, uma determinada máquina só fazia furos e de um só tipo.
Com o passar do tempo e a valorização do trabalhador, foi preciso fazer algumas alterações nas
máquinas e equipamentos, de forma a resguardar a mão-de-obra de algumas funções que não se adequavam à
estrutura física do homem. A máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o homem, a supervisioná-la,
A fim de conseguir uma boa integração entre o operador c seu instrumento de trabalho, foram colocados
sensores nas máquinas, para indicar a situação da produção, e também atuadores, para melhorar a relação entre o
homem c a máquina.
0 processo da produção era controlado diretamente pelo operador, o que caracteriza um sistema
automático.
Automatizar um sistema tomou-se bastante viável quando a eletrônica passou a dispor de circuitos
eletrônicos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada, e gerar sinais de saída.
Assim, o controlador uniu-se aos sensores e aos atuadores para transformar o processo num sistema
automético.
Sistemas rígidos e flexíveis de automação
Na automatização faz-se distinção entre sistemas rígidos e stemas flexíveis.
Os primeiros sistemas de automação operavam por meio de componentes eletromecânicos, como relés e
contatores.
Os sinais de sensores acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado adonam circuitos
lógicos a relés que disparam cargas e atuadores.
3.1 Sistema automático:
Sistema no qual o resultado é definido previamente e o sistema se encarrega de atingi-lo sem
que haja interferência de um controlador externo (operador).
3.1.1 Sistema rígido de automação:
O controle é automático, mas não permite alterações do processo depois da definição do
sistema e de seus componentes.
3.1.2 Sistema flexível de automação:
Permite fazer algumas alterações no sistema e em seus componentes, como incluir ou retirar
entradas e saídas,
As máquinas de tear são bons exemplos da transição de um sistema de automação para outro.
As primeiras máquinas de tear eram acionadas manualmente. Depois passaram a ser acionadas por
algum tipo de comando automático. Entretanto, esse comando só produzia um modelo de tecido, de
padronagem, de desenho ou estampo.

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A introdução de um sistema automático flexível no mecanismo de uma máquina de tear tomou possível
produzir diversos padrões de tecidos num mesmo equipamento.
Uma máquina de tear com esta característica é composta de:
· um sistema de entrada para informações sobre o tipo de tecido;
· um sistema de acionamento;
· bobinas ou solenóides que se movimentam para obedecer à seqüência definida nosistema de entrada.
A fita perfurada continha a combinação referente ao padrão de tecido desejado. A perfuração permitia
que alguns receptores de luz fossem sensibilizados e atuassem sobre os solenóides. Os solenóides entrelaçam os
fìos para gerar o modelo desejado.
A fita perfurada corresponde à unidade de memória que armazena o modelo de tecido a ser produzido;
os sensores e receptores de luz são as entradas; os solenóides, as saídas.
Com o avanço da eletrônica, as unidades de memória ganharam maior capacidade, permitindo
armazenar mais informações.
Os circuitos lógicos tomaram-se mais rápidos, compactos e capazes de receber mais informações de
entrada, atuando sobre um maior número de dispositivos de saída. Chegamos, assim, aos microprocessadores
(UCPs), responsáveis por receber informações da memória, dos dispositivos de entrada, e a partir dessas
informações desenvolver uma lógica para acionar saídas.
4 Controladores lógicos programáveis
Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são equipamentos eletrônicos de última geração,
utilizados em sistemas de automação flexível. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para
acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de
sinal para controlar pontos de saída de sinal (cargas).
As vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas convencionais são:
ocupam menos espaço; requerem menor potência elétrica; podem ser reutilizados; são programáveis,
permitindo alterar os parâmetros de controle; têm maior confiabilidade; sua manutenção é mais fácil;
oferecem maior flexibilidade; permitem interface de comunicação com outros CLPs e computadores de
controle; permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.
0 controla dor lógico programável nasceu na indústria automobilística americana, devido à grande
dificuldade que havia para mudar a lógica de controle de painéis de comando ao se alterar a linha da montagem.
Essa mudança exigia muito tempo e dinheiro.
Para resolver essa dificuldade, foi preparada uma especificação das necessidades de muitos usuários de
circuitos e relés, tanto da indústria automobilística como de toda a indústria manufaturaria. Nasceu assim um
equipamento bastante versátil e de fácil utilização/ que vem se aprimorando constantemente.

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Desde seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está
ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática, principalmente em termos de software e de
hardware.
4.1 Definição
Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é um equipamento eletrônico digital
com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.
Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association), é um aparelho eletrônico digital que
utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções
específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização/ contagem e aritmética/ controlando, por meio de
módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.
4.2 Princípio de funcionamento
Podemos dizer que o CLP é um "microcomputador" aplicado ao controle de um sistema ou de um
processo.
0 CLP é composto de módulos de entradas digitais ou analógicas. As entradas digitais são agrupadas em
conjuntos de 8 ou 16 (cada uma delas é um bit), de forma que a unidade central de processamento possa tratar as
informações como bytes ou words.
Recordar é aprender!
Bit - dígito binário (código 0 ou 1). Byte - conjunto de 8 bits que compõe uma informação. Word -
conjunto de 16 bits que compõe uma informação.
As entradas analógicas têm seu valor convertido para binário, para que a UCP possa considerá-las e
tratá-las.
A lógica a que são submetidas as entradas para gerar as saídas é programada pelo usuário do sistema-
As saídas também podem ser digitais ou analógicas. A exemplo das entradas, as saídas digitais são
tratadas em conjuntos de 8 ou 16; e as analógicas são resultado da conversão de um valor digital gerado pela
UCP·
4.3 Programação de um CLP
A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar as suas saídas é programável.

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É possível desenvolver lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também uma composição das duas,
o que ocorre na maioria das vezes.
Como o CLP veio substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, a linguagem
utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento, desenvolvidos por
eletrotécnicos, técnicos eletricistas ou profissionais da área de controle.
Principais símbolos de programação
Para acionar uma lâmpada a partir de um botão liga/desliga, os sistemas seriam assim:
Lógicas combinacionais básicas desenvolvidas pelo CLP
Exemplo 1: a lâmpada Ll deve ser acesa apenas se os dois interruptores Bl e B2 forem acionados,
Corresponde à operação lógica E/ apresentada na Aula 9, sobre Circuitos digitais.

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Exemplo 2: ligar a lâmpada Ll se os interruptores Bl ou B2 forem acionados. Corresponde à operação lógica OU,
apresentada na Aula 9, sobre Circuitos digitais.
Lógica seqüencial desenvolvida pelo CLP
A lógica seqüencial é desenvolvida a partir de elementos temporizadores, capazes de disparar uma saída
ou acionar um interruptor após um tempo previamente determinado. Exemplo 3: desejamos ligar uma lâmpada
Ll, 3 segundos após acionarmos o interruptor Bl.
0 CLP pode desenvolver qualquer composição das lógicas seqüencial e combinacional. Basta fazer a
programação adequada.
Os circuitos elétricos e eletrônicos não permitem alterações com tanta facilidade.
Para adequar um Controlador Lógico Programável (CLP) a um sistema ou a uma máquina é necessário
verificar o número de pontos de entrada, o número de pontos de saída, a velocidade de processamento e os tipos
de entradas e saídas (sensores e atuadores).
Os controladores lógicos programáveis, como todas as ferramentas de automação, vivem em constante
desenvolvimento, no sentido de redução de custos e da dimensão física, do aumento da velocidade e da
facilidade de comunicação e também para que se possa aperfeiçoar interfaces miais amigáveis.

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5 Refrigeração
5.1 Classificação
Uma das formas de classificação dos equipamentos destinados a produção de baixas temperaturas, é
quanto ao mercado a que se destina este equipamento, assim:
Refrigeração doméstica: é o conjunto de equipamento que tem pequena capacidade de retirada de calor
e se destina a utilização domiciliar, como por exemplo o refrigerador doméstico.
Refrigeração comercial: é o conjunto de equipamentos que tem média capacidade de retirada de calor,
estes equipamentos são encontrados em empresas comerciais, com característica de venda a varejo, como por
exemplo as mercearias e os supermercados.
Refrigeração industrial: é o conjunto de equipamentos com capacidade de retirada de grande
quantidade de calor, e desta forma podem processar e armazenar grande quantidade de produto, portanto são
encontrados em empresas de processamento de produtos perecíveis como a industria alimentícia, também pode-
se encontrar sistemas industriais em empresas de distribuição de produtos perecíveis como os entrepostos
frigoríficos.
5.2 Automação Em Sistema De Refrigeração
Com o crescimento da aplicação da micro informática nas atividades de processamento e manufatura,
aliada a abertura das relações comerciais com países desenvolvidos tecnologicamente e com a preocupação do
uso racional da energia, o Brasil começa a entrar na era da automação nas instalações frigoríficas.
A tecnologia do micro processador e CLP chega ao Brasil com alguns anos de atraso, porém com a
introdução desta tecnologia o processo torna-se irreversível, pois suas vantagens são consideráveis quando
comparadas aos comandos eletromecânicos.
A grande aplicação da micro informática no controle de sistemas de refrigeração está dirigida a sistemas
de refrigeração comercial de grande porte como por exemplo supermercados e atacadistas, que adotam
principalmente os micro processadores pré-programados, que embora sujeitos a grandes investimentos para a
implantação do sistema de automação, muito mais caro que os sistemas eletromecânicos, contam com as
vantagens deste, ou seja:
• maior rapidez na instalação do sistema de refrigeração, quando equipamento novo; maior facilidade e menor
custo de manutenção, quando contam com profissionais devidamente treinados;
• menor número de pessoas envolvidas na operação e manutenção dos equipamentos;
• melhor qualidade do gerenciamento das informações técnicas necessárias a elaboração de planos de
manutenção;
• aproveitamento racional das capacidades dos equipamentos, ou seja, menor custo de energia;
• menor perda de produto por problemas de falhas nas condições de armazenagem;
• maior facilidade para mudança dos parâmetros operacionais e maior segurança na operação dos
equipamentos do sistema de refrigeração.
Nas instalações frigoríficas industriais é mais comum a utilização de CLP, pois com o maior número de
equipamentos e variáveis a serem controlados e monitorados, o CLP torna-se mais indicado que os
microprocessadores pré-programados, proporcionando ao sistema, mais flexibilidade para ampliações e
alterações, bem como maior qualidade no gerenciamento das informações. Torna-se evidente que as vantagens
decorrentes da automatização destes sistemas, são as mesmas descritas anteriormente, com ênfase na utilização
racional das capacidades dos equipamentos, principalmente dos compressores, o que trás grande redução no
custo operacional do sistema, ou seja, redução do consumo energético.
Outro grande segmento que está aplicando a tecnologia da automação é o de climatização, os mais
modernos prédios comerciais já contam com sistemas de gerenciamento por computador, o que garante
qualidade segurança e economia.
5.2.1 Segurança Operacional
Para garantir a segurança operacional do sistema de refrigeração é necessário que o sistema de
automação possa travar a operação de qualquer equipamento que esteja operando em condições perigosas,
portanto é necessário prever sensores de pressão, temperatura e corrente elétrica, que enviarão sinais ao
controlador, devendo esse parar parte ou todo o sistema se as variáveis atingirem os valores limites (set Point),
inseridos no programa do controlador.

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Corrente elétrica - devem ser limitados os valores de corrente elétrica dos principais motores elétricos,
(normalmente motores dos compressores).
Pressões
• as pressões de descarga dos compressores devem ser limitadas em valores operacionais máximos, indicados
pelo fabricante do equipamento; pressões muito elevadas podem comprometer a estrutura mecânica de
vasos, compressores e tubulações;
• As pressões de sucção devem ter seus valores limitados de acordo com o regime operacional do sistema;
• A pressão de óleo deve garantir a perfeita lubrificação do compressor, portanto deve ter seu valor diferencial
mínimo recomendado pelo fabricante, normalmente a pressão diferencial do óleo lubrificante varia de 2,0 a
3,0 Kgf/cm2
.
Temperaturas
• basicamente as temperaturas de descarga e sucção dos compressores, são as mais importantes na proteção do
mesmo.
Temperatura de descarga
• quando muito alta pode representar sérios riscos ao compressor, pois acima de determinados valores pode
degradar o óleo lubrificante, carbonizar as válvulas e ou acelerar o processo de corrosão das válvulas de
sucção e descarga, podendo chegar em casos extremos a perigo de explosão do cabeçote, portanto os valores
de temperatura de descarga dos compressores depende de vários fatores como condição operacional,
(relação de compressão), natureza do fluído e condições de arrefecimento do compressor e devem ser
limitados a valores recomendados pelo fabricante do compressor. Normalmente as temperaturas de descarga
não devem ultrapassar os 140 o
C para NH3.
Temperatura de sucção
• depende das condições operacionais do sistema de refrigeração, ou seja, temperatura de evaporação do
fluido frigorígeno e grau de superaquecimento do mesmo, que depende do tipo de ciclo e das condições
físicas de instalação e correta operação do sistema. Normalmente os compressores não tem capacidade de
compressão de fluido refrigerante liquido, principalmente os alternativos, portanto, devem ter a temperatura
de sucção limitada, em um valor que garanta a sucção de fluido refrigerante levemente superaquecido,
normalmente os fabricantes recomendam um superaquecimento de 5o
C a 8 o
C para compressores que
operam com NH3.
5.2.2 Manutenção dos Parâmetros Operacionais e Consumo de Energia
Por parâmetros operacionais deve-se entender os valores de pressão e temperatura de sucção e descarga
do(s) compressor(es), nível de liquido dos vasos, (recipiente e separadores), temperatura e umidade dos
ambientes frigorificados, pressão de bombeamento da(s) bomba(s) de liquido, temperatura de condensação do
fluido frigorígeno, temperatura e vazão do agente de condensação, formação de gelo nos evaporadores, etc.
O controle dos parâmetros operacionais de um sistema de refrigeração, varia com a complexidade do
próprio sistema e do grau de automatismo que se deseja, normalmente esse depende da natureza ou finalidade do
sistema de refrigeração, convém salientar que instalações de refrigeração destinadas a processos industriais com
grande risco, como a industria química, exige maior grau de automatismo, (maior controle das variáveis do
sistema), no caso de sistemas destinados a industrialização e armazenagem de produtos alimentícios perecíveis,
em geral, o risco não é tão grande e o sistema de automação é mais simples.
Normalmente, a manutenção dos parâmetros operacionais de um sistema de refrigeração industrial, não
está ligado somente a um bom sistema de automação, mas sim a um adequado projeto do sistema de refrigeração
como um todo.
Quando o projeto do sistema de refrigeração é bem elaborado e implantado, os parâmetros operacionais
são mantidos pela simples alteração da capacidade do(s) compressor(es) e da capacidade do(s) condensador(es).
Geralmente o CLP irá atuar na variação das capacidades dos compressores em função da variação dos
parâmetros operacionais, principalmente temperatura do ambiente frigorificado e pressão de sucção. A
capacidade dos condensadores será variada pela ação do controlador em função das variações da temperatura do
agente de condensação e pressão de descarga. Desta operação otimizada decorre a redução do consumo de
energia. (fig. 2.10)
Para que as condições anteriormente citadas possam ser atingidas é fundamental que exista um controle
rigoroso das condições operacionais dos trocadores de calor, principalmente dos evaporadores, (câmaras com
temperaturas negativas). Com a formação de gelo ocorre uma redução do coeficiente global de troca térmica e
caso ocorra o bloqueio do trocador (bateria de ar forçado), a pressão de sucção fica abaixo do valor
correspondente ao regime normal de operação, podendo indicar que o sistema de refrigeração, (compressor) está
com capacidade muito elevada, neste caso, o CLP interpreta o baixo valor da pressão de sucção como sendo

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excesso de capacidade do compressor, emitindo sinal para a redução de capacidade do mesmo, o que prejudicará
as condições do ambiente refrigerado.
Para evitar problemas desta natureza é necessário realizar degelos periódicos. Normalmente o degelo
dos evaporadores é feito por gás quente, (vapor saturado proveniente do recipiente de líquido ou descarga do
compressor), com adição de água a temperatura ambiente.
Quando as condições do ambiente refrigerado, temperatura e umidade, sofrerem pouca variação, o
degelo pode ser realizado em horários predefinidos e durante um tempo fixo.
A definição dos tempos entre cada degelo e o tempo de duração de cada degelo é de difícil determinação
e somente a prática poderá indicar estes valores, pois os mesmos vão depender das condições operacionais do
sistema de refrigeração, do tipo e quantidade do produto armazenado, condições atmosféricas do ambiente
frigorificado e ambiente externo, circulação de pessoas, abertura de portas, etc.
Quando houver mais de um evaporador em operação, o degelo deve ser realizado alternadamente, pois
assim diminui o risco de entrada de fluido frigorígeno liquido no(s) compressor(es) devido a elevação do nível
no separador, e garante a pressão necessária no recipiente.
Deve-se lembrar que a utilização de compressores tipo parafuso é a mais indicada em sistemas de
refrigeração que exijam pouca variação nas condições operacionais, pois nos compressores parafuso, é possível
variar a capacidade de forma linear, de 10% a 100%; já os compressores alternativos, quando possuem controle
de capacidade, este é escalonado de acordo com o número de pistões, o que impossibilita a variação linear, entre
a capacidade do compressor e a variação da carga térmica no ambiente refrigerado.
Figura 2.10 – Processo de controle num sistema de refrigeração
Carga
térmica
Sistema de
refrigeração
Variação Sensor
Controlador (set
point)
Atuador