O documento descreve um processo de neutralização de pH em uma planta piloto, detalhando os principais elementos envolvidos, como sensores e transmissores, além de discutir métodos de controle, como o PID e o QDMC. Inclui informações técnicas sobre diversos tipos de sensores de temperatura e suas aplicações, bem como o funcionamento de controladores em um sistema de controle industrial. Por fim, apresenta referências sobre controle de processos industriais e a implementação de métodos de validação de modelos.

1. MALHA DE CONTROLE
DE PROCESSO
INDUSTRIAL
PLANTA PILOTO DE
NEUTRALIZAÇÃO DE PH

2. C O L A B O R A D O R E S
João Pedro
Gonçalves
Laura Embiruçu
David Linhares
Transformando sonhos em realidade

3. Descritivo do processo;
Detalhamento do elemento primário;
Detalhamento do transmissor;
Detalhamento do controlador;
Função de transferência;
Algoritmo imputado no controlador;
Método de sintonia;
Elemento final de controle;
Tipos de sinais presentes na malha de controle.
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S U M Á R I O

5. P R O C E S S O
N E U T R A L I Z A Ç Ã O D E P H
O processo de neutralização de pH
O processo consiste em atingir um valor de
pH desejado de um influente (distúrbio),
mediante o ingresso de um
reagente(variável manipulada).
Planta-piloto de neutralização de pH
localizada no Laboratório de Controle de
Processos Industriais da Escola
Politécnica da USP.

6. F L U X O G R A M A

7. E L E M E N T O P R I M Á R I O
Sensores:
Temperatura (TE);
Análise (AE).
Terminologia Norma ISA 5.1

8. E L E M E N T O P R I M Á R I O
Principais tipos de Sensores de Temperatura:
Termistores;
Termopares;
RTDs (resistências térmicas);
Interruptores bimetálicos;
Sensores de infravermelho.

9. E L E M E N T O P R I M Á R I O
T E R M O P A R E S
Funcionam a partir da diferença de temperatura entre as suas
extremidades, que possuem uma diferença de potencial que pode ser
medida.
Baratos;
Precisos em uma faixa de
temperatura limitada;
Pequenos e compactos.
Vantagens:
Faixa de temperatura limitada;
Precisão limitada em
comparação com outros tipos de
sensores de temperatura.
Desvantagens:

10. E L E M E N T O P R I M Á R I O
T E R M O P A R E S
Sensores do tipo termopares:

11. E L E M E N T O P R I M Á R I O
T E R M I S T O R E S
Funcionam com base na variação da diferença de potencial gerada por
dois metais diferentes unidos na extremidade do dispositivo.
Mais precisos e confiáveis do
que os termistores;
Capazes de suportar
temperaturas extremas;
Ideal para aplicações que
requerem medições precisas.
Vantagens:
Mais caros do que outros tipos
de sensores de temperatura;
Requerem circuitos de
amplificação externos para a
medição.
Desvantagens:

12. E L E M E N T O P R I M Á R I O
T E R M I S T O R E S
Sensores do tipo termistores:

13. E L E M E N T O P R I M Á R I O
R T D S
Funcionam com base na variação da resistência elétrica de um material
sensível à temperatura.
Muito precisos e confiáveis;
Capazes de suportar
temperaturas extremas;
Ideal para aplicações que
requerem medições precisas.
Vantagens:
Mais caros do que outros tipos
de sensores de temperatura;
Requerem circuitos de
amplificação externos para a
medição.
Desvantagens:

14. E L E M E N T O P R I M Á R I O
R T D S
Sensores do tipo RTDS:

15. E L E M E N T O P R I M Á R I O
I N T E R R U P T O R E S B I M E T Á L I C O S
Funcionam através da deformação de uma lâmina bimetálica, composta
por duas camadas de metais diferentes soldados juntos.
Baixo custo;
Fácil de instalar e usar;
Capaz de funcionar em uma
ampla faixa de temperaturas;
Ideal para medição de
temperatura acessível e
confiável.
Vantagens:
Precisão limitada;
Sensibilidade limitada;
São afetado por fatores como
deformação da lâmina e
variação da espessura da
lâmina
Requerer uma calibração
frequente.
Desvantagens:

16. E L E M E N T O P R I M Á R I O
I N T E R R U P T O R E S B I M E T Á L I C O S
Sensores do tipo Interruptores bimetálicos:

17. E L E M E N T O P R I M Á R I O
S E N S O R E S D E I N F R A V E R M E L H O
São sensores de temperatura baseados na detecção de radiação
infravermelha emitida por objetos quentes.
Permitem medir temperaturas a
distância;
Ideal para aplicações que
requerem uma medição sem
contato.
Vantagens:
Influenciados por fatores
ambientais, como a presença
de fumaça ou poeira;
Não são tão precisos em
ambientes com temperaturas
extremas ou variações rápidas
de temperatura.
Desvantagens:

18. E L E M E N T O P R I M Á R I O
S E N S O R E S D E I N F R A V E R M E L H O
Sensores do tipo sensores de infravermelho:

19. T R A N S M I S S O R
O processo de neutralização
ocorre no tanque do reator (TR)
com agitador mecânico;
As variáveis do processo dentro
do TR são o nível e pH.

20. T R A N S M I S S O R
Para a malha do nível utiliza-se
um transmissor-indicador LIT-10.
Transmissor Indicador de Nível

21. T R A N S M I S S O R
Principais tipos de transmissores para a medição de nível:

22. T R A N S M I S S O R
Para a malha de pH utiliza-se dois
sensores AE-40 e TE-40 com o
transmissor AITY-40.
Sensores de
Temperatura
Transmissor
Indicador de
Temperatura
(conversor)

23. C O N T R O L A D O R
Controlador de nível: LIC-16
Atua sobre as válvulas LV-20A e
20B, sendo a válvula B um backup;
Controlador de pH: AIC-40
Atua sobre a bomba dosadora FZ-41

24. F U N Ç Ã O D E T R A N S F E R Ê N C I A
Relaciona matematicamente a
entrada e a saída de um sistema
físico;
As equações ao lado são
importantes ferramentas para
análise de estabilidade de sistemas
SISO e MIMO.

25. C O N T R O L A D O R P R E D I T I V O
Também conhecido como MPC
(Model Predictive Control);
Permite calcular sinais de controle
que ingressam no processo;
Otimiza o processo dentro de um
"horizonte de predição";
A cada iteração, o algoritmo calcula
uma nova sequeência de ações de
controle

26. A L G O R I T M O I M P U T A D O
A L G O R I T M O Q D M C
Do inglês Quadratic Dynamic Matrix Control, proposto por GARCIA; MORSHEDI,
1986.
Para calcular estes sinais de entrada é necessário, em cada período de
amostragem, minimizar uma função custo quadrática, representa pela função SISO
abaixo:

27. T I P O S D E S I N A I S P R E S E N T E S
SINAL DEGRAU
Apresenta variações bruscas em um instante de tempo definido. Apresenta uma
baixa relação sinal/ruído na banda de alta frequência.
SINAL DEGRAU & SINAL GBN

28. T I P O S D E S I N A I S P R E S E N T E S
SINAL GBN
O GBN (do inglês Generalized Binary Noise) é um sinal que apresenta
propriedades indeterminadas e com a possibilidade de especificar uma faixa de
frequência.
SINAL DEGRAU & SINAL GBN

29. Utlização do modelo PID [Proporcional (P), Integrativo (I), e Derivativo(D)].
Com sintonia em resposta em frequência;
Algoritmo QDMC
M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O

30. M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O

31. M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O

32. o controlador QDMC utilizando todos os modelos, com exceção do ARMAX,
consegue acompanhar as variações de trajetória (set point) impostas.
M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O

33. Na implementação do controlador QMDC, aplicado na planta-piloto de
neutralização de pH, os valores de sintonia são:
M É T O D O D E S I N T O N I A U T I L I Z A D O

34. Elementos finais presente no processo:
E L E M E N T O F I N A L D E C O N T R O L E

36. R E F E R Ê N C I A S
ALVARADO, C. S. M. Estudo e implementação de métodos de validação de modelos studo e
implementação de métodos de validação de modelos processos industriais. Escola Politécnica
da Universidade de São Paulo. São Paulo, p. 150. 2017.
FRANCHI, C. M. Controle de Processos Industriais: Princípios e Aplicações. 1ª. ed. [S.l.]:
Editora Érica, 2011. 256 p.
MULER, O. P. SÍNTESE E IMPLEMENTAÇÃO DE CONTROLE SUPERVISÓRIO DE
PROCESSOS INDUSTRIAIS COM MALHA DE VÁLVULAS. Universidade Federal de Santa
Catarina. Florianópolis, p. 149. 2018.
O que é Transmissor de Nível? Lince, 2022. Disponivel em: https://instrumentos-lince.com.br/o-
que-e-transmissor-de-nivel/. Acesso em: Junho 2023.
QUAIS são os principais tipos de Sensores de Temperatura que existem? Nepin, 2023.
Disponivel em: https://www.nepin.com.br/blog/solucoes-industriais/quais-sao-os-principais-tipos-
de-sensores-de-temperatura-que-existem/. Acesso em: Junho 2023.
RIBEIRO, M. A. Controle de Processo: Teoria e Aplicações. 7ª. ed. Salvador: Tek Treinamento
& Consultoria, 2001.