Muito se fala, nos dias atuais, acerca da dependência da automação industrial em função dos CLPs (Controladores Lógicos Programáveis).

Embora os CLPs possibilitem, de fato, uma programação mais completa, robusta, eficiente e à prova de falhas, é importante dizer que há dispositivos presentes no mercado que já estão programados e contribuem também para a automação.

Por exemplo, podemos mencionar os controladores de temperatura, que são dispositivos industriais que possuem, em sua memória, diferentes ajustes lógicos já programados, mas que não integram o contexto do CLP.

Mesmo assim, esses dispositivos estão presentes nos mais diversos processos industriais, estando conectados a diversos outros dispositivos e sistemas, além de serem peças chave nesses sistemas.

Visto a sua relevância, decidimos abordar como funciona este dispositivo e quais são os seus diferentes tipos. 

Com a disseminação deste tipo de informação, você fica mais próximo do que há de útil para o processo industrial. Portanto, nos acompanhe neste artigo até o final.

O que é o controlador de temperatura

Os controladores de temperatura estão presentes nos mais diversos sistemas industriais, seja em sistemas de refrigeração ou de aquecimento, complexos ou não.

Projetados para monitorar e regular a temperatura em ambientes específicos, os controladores de temperatura tem, como função primária, manter a temperatura do sistema dentro de um limite pré-estabelecido.

Desse modo, tem-se um sistema termicamente estável e menos suscetível à reprovação de qualidade devido às variações de temperatura.

Como o controlador de temperatura funciona

No início deste texto, deixamos claro que os controladores de temperatura são dispositivos programados, distinguindo-se então dos sistemas controlados através de programações realizadas em CLPs.

Contudo, a programação deste sistema, que permite ajustar a temperatura de um ambiente específico com referência na temperatura ajustada em seu display, é apenas um componente importante dentre os outros que compõem o controlador de temperatura.

Em outras palavras, este dispositivo é composto também por:

• Sensor de Temperatura

Os controladores de temperatura geralmente utilizam sensores para medir a temperatura do ambiente ou do meio a ser controlado.

Esses sensores podem ser os termopares, termoresistências (RTDs), termistores e sensores infravermelhos.

• Controlador (Unidade de Controle)

O controlador é a parte central do sistema, a qual processa as informações do sensor para determinar se é necessário ajustar a temperatura.

Melhor dizendo, o controlador compara a temperatura medida com a temperatura de referência (o valor desejado que foi ajustado no dispositivo) e toma decisões com base nessa comparação.

• Elemento de Controle (Atuador)

O elemento de controle é responsável por efetuar as mudanças no sistema para ajustar a temperatura. 

Em sistemas simples, isso pode ser um relé que liga ou desliga um dispositivo de aquecimento ou refrigeração.

Já em sistemas mais complexos, pode ser um modulador que ajusta a potência de um elemento de aquecimento ou refrigeração de maneira contínua.

• Exibição

Muitos controladores de temperatura possuem uma interface de exibição que mostra a temperatura atual, a temperatura de referência (setpoint) e outros parâmetros relevantes. Isso permite que os operadores monitorem facilmente o estado do sistema, sem que tenham que se deslocar até um computador ou supervisório.

• Modos de Controle

Os controladores de temperatura geralmente oferecem diferentes modos de controle, como controle proporcional, integral e derivativo (PID). O controle PID é um método avançado que ajusta continuamente a saída para minimizar a diferença entre a temperatura desejada e a medida.

Controlador de temperatura: funcionamento prático

Para fins didáticos, apresentaremos o papel de cada um desses componentes mencionados acima em uma situação real, a qual ilustra o passo a passo dos mesmos, até que o dispositivo elimine a variação de temperatura do ambiente em referência da temperatura ajustada.

1. Situação Inicial: a câmara fria está configurada para manter uma temperatura de 4°C, conforme especificado no controlador de temperatura;
2. O sensor de temperatura, que está instalado na câmara fria, detecta que a temperatura real está atualmente em 7°C, ou seja, acima do valor especificado;
3. Ação do Sensor de Temperatura: o sensor de temperatura percebe a diferença entre a temperatura real e a temperatura de referência (4°C);
4. O sensor envia essa informação para o controlador, indicando que a temperatura está acima do valor desejado;
5. Ação do Controlador: o controlador recebe a informação do sensor e compara a temperatura medida (7°C) com a temperatura de referência (4°C);
6. Com base nessa comparação, o controlador reconhece que há uma diferença e determina que é necessário tomar medidas para reduzir a temperatura;
7. Ação do Elemento de Controle (Atuador): o controlador aciona o elemento de controle, que, neste caso, pode ser um compressor de refrigeração;
8. O compressor começa a operar para remover o excesso de calor da câmara fria;
9. Ação de Exibição: o display do controlador mostra a temperatura atual (7°C), a temperatura de referência (4°C) e talvez um indicador de que o sistema está em processo de resfriamento;
10.  Ação do Modo de Controle: se o controlador utiliza um sistema PID, ele ajustará continuamente a operação do compressor para minimizar a diferença entre a temperatura medida e a temperatura de referência. Caso utilize um modo de operação liga/desliga, o compressor trabalhará até que a temperatura esteja inferior à ajustada e irá desligar;
11. Resultado Final: com o compressor em funcionamento, a temperatura na câmara fria começa a diminuir gradualmente. O sensor de temperatura continua a monitorar a temperatura e o controlador ajusta a operação do compressor conforme necessário. Quando a temperatura atinge o valor especificado de 4°C, o controlador para o compressor ou ajusta sua operação para manter a temperatura dentro da faixa desejada.

Quais são os diferentes tipos que existem

Existem vários tipos de controladores de temperatura, cada um projetado para atender a diferentes necessidades e aplicações.

Os principais tipos de controladores de temperatura incluem controladores ON-OFF, controladores proporcionais, controladores integrais, controladores derivativos e controladores PID (Proporcional, Integral e Derivativo). Vamos explorar cada um deles:

• Controlador ON-OFF

Este é o tipo mais simples de controlador. Ele liga ou desliga um dispositivo de aquecimento ou resfriamento quando a temperatura atinge um determinado valor de referência.

É eficaz em sistemas onde pequenas variações de temperatura são aceitáveis.

Acredite, nem todos os sistemas industriais necessitam de controladores complexos.

Em câmaras de armazenamento de produtos específicos, como o gelo ou alimentos, um controlador on-off é mais do que o suficiente.

Além disso, vale salientar que estes controladores podem estar em contato direto com um termostato ou um pressostato.

• Controlador Proporcional (P)

Os controladores proporcionais ajustam a saída proporcionalmente à diferença entre a temperatura medida e a temperatura de referência.

Quanto maior a diferença, maior será a saída, o que permite um controle mais preciso.

• Controlador Integral (I)

Controladores integrais corrigem a diferença entre a temperatura medida e a temperatura de referência ao longo do tempo.

Eles buscam eliminar o erro acumulado, o que é útil para sistemas onde a temperatura precisa ser mantida constante.

Controladores integrais são frequentemente utilizados com controladores proporcionais (PI, portanto).

• Controlador Derivativo (D)

Os controladores derivativos respondem à taxa de variação da temperatura.

Desse modo, esses controladores previnem ou minimizam oscilações bruscas, agindo contra mudanças rápidas na temperatura.

Controladores derivativos são frequentemente usados em conjunto com controladores proporcionais (PD, portanto).

• Controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo)

Os controladores PID combinam os três tipos anteriores (P, I e D) para proporcionar um controle mais completo e eficiente.

Enquanto o componente proporcional lida com a diferença atual, o componente integral trata do erro acumulado ao longo do tempo e o componente derivativo lida com a taxa de variação.

Por meio desses benefícios, o controle PID é amplamente utilizado em uma variedade de aplicações devido à sua capacidade de oferecer um controle preciso e estável em sistemas dinâmicos e complexos.

Neste caso, utiliza-se um CLP para amarrar a função de controle de temperatura em outras funções, tornando o sistema versátil e dinâmico em resposta às aplicações industriais complexas. 

• Controladores de Zona

Em sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC), os controladores de zona gerenciam a temperatura em áreas específicas, ajustando o fluxo de ar ou a temperatura em cada zona, separadamente.

 

Assim sendo, podemos concluir que cada controlador de temperatura deve ser adequado à necessidade do processo.

Por exemplo, enquanto os controladores on-off podem ser utilizados para processos mais simples, os controladores que são variações do P, I e D (PI, PD, PID) podem ser direcionados a sistemas mais complexos.

Portanto, ao obter um controlador de temperatura, certifique-se de se informar quais funções o mesmo oferece e se essas funções atendem às necessidades do seu sistema.

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