O modo de controle contínuo para sistemas de vapor é frequentemente referido como controle modulante e significa simplesmente que a válvula pode ser movida continuamente para alterar o grau de abertura ou fechamento.
Não se move simplesmente de totalmente aberto para totalmente fechado, tal como o modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor. Existem três ações básicas de controle que são freqüentemente utilizadas no modo de controle contínuo para sistemas de vapor:
- Proporcional (P)
- Integral (I)
- Derivado (D)
Também é necessário considerar a combinação dos três: P+I, P+D, P+I+D. Embora seja possível combinar as diferentes ações e ter todas elas ajudando a produzir a resposta necessária, é importante lembrar que ações integrais e derivadas são geralmente funções corretivas de uma ação básica de controle proporcional.
Controle Proporcional
Este é o modo de controle contínuo mais básico para sistemas de vapor e, por simplicidade, é normalmente denotado pela letra "P". O principal objetivo do controle proporcional é controlar o processo à medida que as condições mudam. Esta secção mostra isso:
- Quanto maior a banda proporcional, mais estável é o controle, mas maior o offset.
- Quanto mais estreita for a banda proporcional, menos estável é o processo, mas quanto menor o offset.
O objetivo, portanto, deve ser introduzir a banda proporcional mais estreita aceitável que sempre manterá o processo estável com um deslocamento mínimo. Ao explicar o controle proporcional, devemos introduzir vários novos termos. Para defini-los, vamos considerar uma simples analogia com um tanque de água fria alimentado com água através de um válvula de flutuador e com um válvula globo no tubo de saída "V".
Como mostrado na primeira figura, ambas as válvulas são do mesmo tamanho e têm a mesma capacidade e característica de fluxo. O nível de água do tanque desejado está no ponto B (equivalente ao ponto de ajuste do controlador de nível). Suponha que, com a válvula em "V" meio aberta (carga 50%), há apenas um fluxo de água suficiente que entra pela válvula de flutuador para fornecer o fluxo desejado através da tubulação de descarga, e para manter o nível de água do tanque em B.
Pode-se dizer que o sistema está em equilíbrio (o fluxo de água que entra e sai do tanque é o mesmo), em condição estável (o nível não varia), com o nível de água desejado (B) e fornecendo o fluxo de saída necessário. Com a válvula "V" fechada, o nível da água no tanque sobe até o ponto A e a válvula de bóia corta o abastecimento de água.
O sistema ainda está sob controle e estável, mas controlando acima do nível B. A diferença entre o nível B desejado e o nível A efetivamente controlado está relacionada com a faixa proporcional do sistema de controle. Mais uma vez, se a válvula "V" estiver meio aberta para fornecer um 50% de carga, o nível de água no tanque voltará ao nível desejado, ponto B.
Agora, no gráfico acima deste exemplo de modo de controle contínuo para sistemas de vapor, a válvula 'V' está totalmente aberta (carga 100%). A válvula de bóia terá que cair para abrir completamente a válvula de entrada para admitir um fluxo de água fria para atender a demanda crescente da tubulação de descarga. Quando atingir o nível C, entrará água suficiente para satisfazer os requisitos de descarga e o nível da água será mantido em C.
O sistema está sob controle e estável, mas há desvio ou offset, o desvio de nível entre os pontos B e C, como mostrado na figura abaixo:
A diferença de nível entre os pontos A e C é conhecida como a banda proporcional ou banda P, pois é a mudança de nível (ou temperatura no caso de um controle de temperatura) para que a válvula passe de totalmente aberta para totalmente fechada. O símbolo para a Banda Proporcional é Xp.
A analogia ilustra vários pontos básicos e importantes relativos ao controle proporcional:
- A válvula move-se proporcionalmente ao erro no nível de água (ou ao desvio de temperatura no caso de um controle de temperatura) em relação ao set point.
- O set point só pode ser atualizado para uma condição de carga específica.
- Enquanto o controle estável pode ser obtido entre os pontos A e C, qualquer carga que cause uma diferença de nível em relação à de B terá sempre um desvio.
Ao mudar a posição do fulcro, a banda proporcional do sistema muda. Mais perto do flutuador dá uma banda P mais estreita, enquanto que mais perto da válvula dá uma banda P mais larga. A figura abaixo mostra porque é que isto é assim. As diferentes posições do fulcro requerem diferentes mudanças no nível de água para mover a válvula de totalmente aberta para totalmente fechada. Em ambos os casos, pode-se ver que o nível B representa o nível a 50% carga, A representa o nível a 0% carga, e C representa o nível a 100% carga. Também pode ser visto como o offset é maior em qualquer carga com a banda proporcional mais larga.
Os exemplos acima de modo de controle contínuo para sistemas de vapor descrevem a faixa proporcional como a mudança de nível (ou temperatura, pressão, etc.) necessária para mover a válvula de totalmente aberta para totalmente fechada. Isto é conveniente para sistemas mecânicos, mas uma definição mais geral (e mais correta) de banda proporcional é a mudança percentual no valor medido necessária para produzir uma mudança de 100% na saída. É, portanto, normalmente expressa em termos de percentagens e não em unidades de engenharia, tais como graus Celsius. Os controladores elétricos e pneumáticos tomam a posição média da banda proporcional como valores de setpoint. Podemos descrever a mudança de banda P para sistemas elétricos e pneumáticos com um exemplo ligeiramente diferente, usando um controle de temperatura.
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Modo de controle tudo ou nada para sistemas de vapor
