Desenvolvimento de módulos experimentais para controle de processos
Resumo
Resumo: Este estudo utilizou de um módulo experimental para aplicação dos conhecimentos em controle de processo, utilizando-o no processo de aprendizagem da disciplina de controle. Através do tratamento de variáveis utilizadas nas indústrias, como temperatura, umidade do ar e vazão, é utilizado uma sequência de acionamentos e conexão de equipamentos e instrumentos, para o estudo de sintonia do controle PID em suas diferentes variações. A introdução do controle de processos na Engenharia Química, é deficitária em práticas que possam auxiliar o aluno a ver e aplicar a fundamentação teórica apresentada. A utilização de um módulo experimental, aproxima o aprendizado a equipamentos da indústria, pois se pode utilizar de diversos sensores e componentes vistos somente em grandes plantas, preparando assim, o aluno para seus desafios futuros. O controle dos processos químicos é baseado em malhas de controle que buscam otimizar os resultados e insumos, e estão presentes na grande maioria dos processos industriais. A implementação de um modelo visual e prático para um controle multivariável de temperatura e umidade do ar, traz diferentes níveis de dificuldade e aprendizado. A possibilidade de aplicar os conceitos de estimação de parâmetros e posterior parametrização do controlador pelo aluno, utilizando de um módulo de baixo custo e com alto valor de aprendizagem no estudo de processos em escala piloto e da aplicação das técnicas de controle aplicadas a engenharia química. É proposto um estudo das aplicações das técnicas de controle básicas e multivariável a um sistema em escala piloto, onde pode-se controlar a temperatura e umidade do ar. O módulo experimental é composto de um elemento de aquecimento, um umidificador de ar e ventoinhas tanto para a circulação do ar quente no interior do módulo, e uma para a exaustão do ar interno ao sistema. O controle é aplicado ao sistema de aquecimento, onde com a variação da tensão aplicada altera a potência de aquecimento, velocidade da ventoinha de circulação de ar quente, intensidade de geração de névoa de água e velocidade de ventoinha de exaustão. As variáveis que serão monitoradas são a temperatura do sistema de aquecimento, três sensores que monitoram a temperatura e umidade do ar, instalados em diferentes pontos da caixa e os tacômetros das ventoinhas de exaustão e circulação. O controle de todos os sensores e atuadores é realizado por um controlador digital, da família do Arduino, onde pode-se configurar diferentes parâmetros de operação. Obtendo como resultado um módulo experimental onde foi possível realizar o controle tanto da temperatura e a umidade do ar no interior da caixa. Abstract: This study used an experimental module to apply knowledge in process control, using it in the learning process of the control discipline. Through the treatment of variables used in industries, such as temperature, air humidity and flow, a sequence of activations and connection of equipment and instruments is used to study the tuning of PID control in its different variations. The introduction of process control in Chemical Engineering is lacking in practices that can help the student see and apply the theoretical foundation presented. The use of an experimental module brings learning closer to industry equipment, as it can use various sensors and components seen only in large plants, thus preparing the student for their future challenges. The control of chemical processes is based on control loops that seek to optimize results and inputs, and are present in the vast majority of industrial processes. The implementation of a visual and practical model for multivariable control of air temperature and humidity brings different levels of difficulty and learning. The possibility of applying the concepts of parameter estimation and subsequent parameterization of the controller by the student, using a low-cost module with high learning value in the study of pilot-scale processes and the application of control techniques applied to chemical engineering. A study of the applications of basic and multivariable control techniques to a pilot-scale system is proposed, where air temperature and humidity can be controlled. The experimental module is composed of a heating element, an air humidifier and fans both for circulating hot air inside the module, and one for exhausting air internal to the system. The control is applied to the heating system, where with variation in the applied voltage changes the heating power, hot air circulation fan speed, water mist generation intensity and exhaust fan speed. The variables that will be monitored are the temperature of the heating system, three sensors that monitor the temperature and humidity of the air, installed at different points in the box and the tachometers of the exhaust and circulation fans. Control of all sensors and actuators is carried out by a digital controller, from the Arduino family, where different operating parameters can be configured. Obtaining as a result an experimental module where it was possible to control both the temperature and humidity of the air inside the box.
Collections
- Dissertações [107]