Quantificação e Compensação de Atrito em Válvulas de Controle Pneumáticas

Nome: Marco Antonio de Souza Leite Cuadros
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 27/10/2011
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Celso Jose Munaro Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Alessandro Mattedi Examinador Interno
Celso Jose Munaro Orientador
Cláudio Garcia Examinador Externo
Jose Leandro Félix Salles Examinador Interno
Mário Cesar Mello Massa de Campos Examinador Externo
Saul da Silva Munareto Coorientador

Resumo: As válvulas de controle são atuadores bastante comuns na indústria e são elementos
importantes nas malhas de controle. O stiction, do inglês static + friction, é uma não
linearidade presente nas válvulas de controle que provoca o aumento da variabilidade do
processo, prejudicando o desempenho, produzindo perdas na qualidade, gasto de matéria
prima e queda na rentabilidade da produção. O stiction representa o atrito presente na válvula,
que aumenta com o desgaste da mesma.
A primeira contribuição deste trabalho é a proposta de uma nova metodologia para a
quantificação do stiction para situações em que o gráfico da variável do processo e da saída
do controlador tenha forma de paralelogramo. Para este padrão o método apresenta resultados
menos conservativos em comparação com outros métodos de quantificação de abordagem
semelhante. Além disto, uma proposta para a estimativa do slipjump a partir do conhecimento
do modelo do processo é discutida. A metodologia proposta requer apenas dados de operação,
sem a necessidade de testes invasivos. A aplicação a simulações, dados de plantas industriais
e uma planta-piloto demonstram a aplicabilidade e a superioridade da contribuição.
A segunda contribuição é a proposta de três novos métodos de compensação de stiction que
melhoram o desempenho da variável do processo sem o efeito negativo de aumentar a
variabilidade no movimento da haste da válvula, algo comum em outros métodos desta
natureza. O primeiro método proposto avalia o processo através de um degrau com o objetivo
de encontrar o valor do sinal de controle para aproximar o erro a zero, através de um
procedimento realizado em cinco passos. O segundo método aproxima o erro a zero através da
aplicação de um sinal suave à válvula, seguido de um sinal de freio no instante em que a
variável de processo se aproxima da referência. O terceiro método aplica um sinal pulsante à
válvula para minimizar o erro, de forma similar ao método conhecido por knocker. Entretanto,
é proposta uma estratégia para detectar o instante em que o erro é mínimo e sinal pulsante
possa parar mantendo o erro mínimo. Isto torna o método mais adequado para tratar
perturbações e variações de setpoint.
Os métodos de compensação são analisados através de sua aplicação em exemplos de
simulação e numa malha de vazão de uma planta piloto.

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