Modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor

O modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor é uma das formas pelas quais você pode relacionar o movimento de válvula com a mudança de temperatura no ambiente controlado.

Mas, antes de entrarmos no assunto, qual é o modo de controlo? Para explicar com um exemplo, vamos assumir que estamos lidando com um sistema automático de controle de temperatura composto por uma válvula, um atuador e um sensor que detecta a temperatura de uma sala. Diz-se que o sistema de controle está "em equilíbrio" quando o sensor de temperatura não registra mais ou menos temperatura do que a temperatura requerida pelo sistema de controle. O que acontece com a válvula de controle do sistema de vapor quando o sensor registra uma mudança de temperatura (um desvio de temperatura) depende do tipo de sistema de controle utilizado e é chamado de modo de controle.

Basicamente, há dois modos de controlo:

• Modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor: A válvula está totalmente aberta ou totalmente fechada, sem posição intermédia.
• Modo de controle contínuo para sistemas de vapor: A válvula pode ser movida continuamente entre totalmente aberta ou totalmente fechada ou mantida em qualquer posição no meio.

Em ambas existem derivações, mas começaremos examinando o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor, que às vezes é chamado de controle em duas etapas ou duas posições, que é o controle mais básico.

Considere o reservatório de água mostrado na primeira figura. O objectivo é aquecer o conteúdo do tanque utilizando um único permutador de bobinas alimentado com água a alta temperatura. Na tubulação de entrada para a bobina, um válvula de duas viass e seu atuador é conectado a um termostato localizado na água do tanque.

O termostato está regulado para 60oC, que é a temperatura a que queremos manter a água no tanque. A lógica diz-nos que, se o ponto de comutação estiver a 60oC, a válvula nunca irá funcionar correctamente. Certamente, a regulação dirá à válvula para abrir até detectar que a água no tanque atingiu 60oC. A partir deste ponto, ele se abrirá e fechará muito rapidamente, causando desgaste excessivo.

Por este motivo, o termostato deve ter um ponto de comutação superior e um inferior. Isto é essencial para evitar oscilações ou ciclismo demasiado rápido. Suponha que o ponto de comutação superior esteja a 61oC (o ponto em que o termóstato decide que a válvula deve fechar) e o ponto de comutação inferior esteja a 59oC (o ponto em que a válvula deve abrir). Há uma diferença de comutação no termostato de ± 1oC em torno do set point de 60oC.

Este 2oC (± 1oC) é conhecido como o diferencial de comutação. (O diferencial irá variar de um tipo de termostato para outro). ) O diagrama da acção de comutação do termóstato será do tipo mostrado no gráfico seguinte:

O gráfico mostra que a temperatura do conteúdo do tanque cai para 59oC antes que a válvula seja necessária para abrir, e sobe para 61oC antes que a válvula seja comandada para fechar. Assim, mostra linhas de comutação diretas, mas o efeito da transferência de calor da bobina para a água do tanque não será imediato. Levará algum tempo para que o meio quente na bobina afete a temperatura da água do tanque. Não só isto, mas por inércia a temperatura da água do tanque subirá acima do limite superior de 61oC e descerá abaixo do limite inferior de 59oC.

Podemos usar as duas últimas figuras para explicar o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor, mas primeiro temos que descrever o que está acontecendo. No ponto A da última figura mostrada, o sinal do o termostato abre a válvula completamente. Deve levar algum tempo para que a transferência de calor da bobina afete a temperatura da água, como mostra a inclinação de elevação de temperatura. No ponto B (61oC), o termostato comanda o fechamento da válvula, mas a bobina está cheia de vapor que vai continuar a condensar e desistir do calor. Portanto, a temperatura da água no tanque continua a subir um pouco, atingindo seu ponto de superaquecimento em C antes de eventualmente descer.

A partir deste ponto, a temperatura da água no tanque começa a baixar até que no ponto D (59oC) o termostato comanda a abertura da válvula. O meio de aquecimento é admitido na serpentina, mas, mais uma vez, leva tempo a ter um efeito positivo e a temperatura da água continua a baixar durante algum tempo, atingindo um ponto baixo no ponto E.

A diferença entre picos é conhecida como o diferencial operacional. O diferencial de comutação do termostato depende do tipo de termostato utilizado. O diferencial de funcionamento depende das características da aplicação, por exemplo, do tanque, do seu conteúdo, das características de transferência de calor da bobina, etc.

 

Com o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor, há limites.

Essencialmente, com o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor, existem simplesmente limites de comutação superiores e inferiores e a válvula está totalmente aberta ou totalmente fechada, ou seja, não existem estados intermediários. No entanto, existem controladores disponíveis que fornecem controle de tempo medido, onde é possível alterar a proporção de tempo "ligado" para "desligado" para controlar a condição controlada. Esta ação de dosagem ocorre dentro de uma largura de banda selecionada em torno do ponto de ajuste, sendo o ponto de ajuste o ponto médio da largura de banda.

Se a condição for controlada fora da largura de banda, o sinal de saída do controlador é totalmente "ligado" ou totalmente "desligado", comportando-se como um dispositivo de modo tudo ou nada de controle para sistemas de vapor. Se a condição controlada estiver dentro da largura de banda, a saída do controlador estará "ligada" ou "desligada" com respeito ao desvio entre o valor da condição controlada e o set point.

Com a condição controlada no ponto definido, a razão entre o tempo "ligado" e o tempo "desligado" é 1:1, ou seja, o tempo "ligado" é igual ao tempo "desligado". Se a condição controlada estiver abaixo do set point, o tempo "ligado" será maior que o tempo "desligado", enquanto que se estiver acima do set point, o tempo "desligado" será maior, em relação ao desvio dentro da largura de banda.

As principais vantagens do modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor são que ele é simples e de custo muito baixo. É por isso que é frequentemente encontrada em aplicações domésticas, tais como caldeiras de aquecimento central e ventiladores de aquecimento. A sua principal desvantagem é que o diferencial de operação pode ficar fora da tolerância de controle requerida pelo processo.

Por exemplo, em uma linha de produção de alimentos, onde o sabor e a repetibilidade do sabor são determinados por um controle preciso da temperatura, um controle de tudo/nada pode não ser adequado. Inversamente, no caso do aquecimento de espaços, existem frequentemente grandes capacidades de armazenamento (uma grande zona de aquecimento ou arrefecimento que responde lentamente às mudanças de temperatura) e uma ligeira variação no valor desejado é aceitável. Em muitos casos, o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor seria muito adequado para este tipo de aplicação.

Se o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor não for adequado porque é necessário um controle de temperatura mais preciso, a próxima opção seria o modo de controle contínuo para sistemas de vapor.

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