Você já se viu com a necessidade de manter uma temperatura estável e controlada, mas não sabia como isso poderia ser feito? Saiba que você não está sozinho e que muita gente ainda desconhece qual o tipo de produto indicado para manter a temperatura estável.

É por isso que, hoje, iremos falar dos controladores de temperatura. Estes são usados em uma situação onde deseja-se manter objetos quentes ou resfriados e que esta temperatura esteja igual a temperatura alvo (setpoint), independente de mudanças no ambiente.

Sob esse aspecto, existem dois tipos fundamentais de controlador de temperatura: o de controle em malha aberta e o de controle em malha fechada sendo que o de controle em malha aberta é a aplicação mais básica de controle de temperatura e nesta aplicação a temperatura real do objeto não é levada em consideração.

 

E o que é o controle de malha aberta?

Para entender melhor, imagine um sistema de ar condicionado de um carro convencional. Em dias onde a temperatura é muito quente, o ar condicionado regulado no máximo deixaria a temperatura confortável, enquanto que em um dia mais frio, a mesma configuração deixaria o ambiente do carro muito gelado. Isso acontece porque o controlador de temperatura costuma operar sem considerar a temperatura ambiente.

Dessa forma, para que a temperatura do dia seja considerada, seria necessário a utilização de um sensor que faz a leitura da da temperatura e informa ela ao controlador, que por sua vez, realiza o controle a fim de manter um valor desejado. Assim, o controle em malha aberta faz com que o operador olhe a temperatura e, assim, faz a válvula do controlador agir. Essa válvula irá operar sem ter o valor exato da temperatura na sua entrada. Por outro lado em malha fechada, a válvula abre e fecha no tempo exato pois ele sabe exatamente como está ficando a temperatura na saída.

Certo. E o controle em malha fechada?

Este tipo de controle é um pouco mais sofisticado e, nestas aplicações, a saída da temperatura é medida e ajustada constantemente a fim de manter constante a temperatura de saída próxima da desejada (setpoint).

Para entender na prática, podemos pegar como exemplo a medição da temperatura feita pelo sensor de temperatura dentro de um forno que comprada com o setpoint definido no controlador do painel elétrico. O controlador de temperatura por sua vez se encarrega de manter e controlar o processo da forma como deve ser.

Viu só como um controlador de temperatura pode ser usado, até mesmo, em dias normais? E isso se estende às aplicações industriais, que nós veremos a partir de agora neste texto. Acompanhe-nos!

 

Os tipos de controladores de temperatura existentes no mercado

De maneira geral, um controlador de temperatura pode ser adquirido e encontrado no mercado em diferentes formatos e tipos, sempre com uma imensidão de recursos e capacidades, dependendo da sua necessidade. Como há muitas formas de categorizar e nomear os controladores de temperatura, de acordo com suas capacidades funcionais, separamos alguns dos mais comuns e mais procurados:

Loop único ou Multi-loop

Em geral, o controlador de temperatura é de loop único ou multi-loop. O controlador de loop único possui uma entrada e uma ou mais saídas para controlar um sistema térmico. Já os controladores multi-loop possuem múltiplas entradas e saídas capazes de controlar vários loops em um processo. Com mais loops de controle é possível controlar mais funções do sistema de processo.

Isso quer dizer que o controlador de temperatura do tipo loop único pode ser encontrado no mercado na sua forma básica em que mudanças de Setpoint devem ser realizadas de forma manual e na forma mais sofisticados que seja capaz de executar automaticamente até oito mudanças de Setpoint ao longo de um determinado período de tempo.

Analógico

Este deve ser o tipo mais comum, simples e básico encontrado no mercado, uma vez que os controladores de temperatura analógico possuem um melhor custo-benefício e ainda são versáteis o suficiente para um controle de processo robusto e confiável em ambientes industriais severos, incluindo aqueles com ruídos e interferências significativas. Neste tipo, o display do controlador é tipicamente um botão giratório.

Controlador de TemperaturaVale mencionar que, normalmente, este tipo de controlador de temperatura é usado para sistemas térmicos não críticos ou não sofisticados, estes que necessitam apenas de controle de temperatura ON-OFF. Ainda assim, falando de sua característica principal, devemos mencionar que um controlador de temperatura analógico básico aceita termopares ou entradas RTD e oferece opcionalmente o modo de controle de potência percentual para sistemas sem sensores de temperatura.

 

 

De limite

Um controlador de controle de limite, normalmente, realizam o controle de limite de segurança sobre a temperatura do processo sendo que neste caso eles não possuem capacidade para controlar a temperatura por conta própria.

Ficou difícil de entender? De forma mais fácil, estes os controladores de limite são dispositivos de segurança independentes para serem utilizados ao lado ou em conjunto com um controlador de loop de controle existente. O controlador de temperatura de limite é capaz de aceitar termopar, RTD ou entradas de processo com limites ajustados para alta ou baixa temperatura, assim como um controlador comum. O limite de travamento deve ser definido por um operador conforme necessidades do processo.

Para entender na prática seria o uso de uma segurança definida para um forno. Se o forno exceder alguma temperatura definida, o dispositivo limite desligaria o sistema a fim de evitar danos ao forno e possivelmente qualquer produto que possa ser danificado por temperaturas excessivas.

De uso geral

Como o próprio nome já diz, este tipo de controlador de temperatura são os mais utilizados para controlar a maioria dos processos típicos na indústria. Normalmente, eles possuem uma variedade de tamanhos DIN, saídas múltiplas e funções de saída programáveis. Vale ressaltar que estes controladores de uso geral também executam o controle PID em situações que possuem esta demanda e são tradicionalmente colocados no painel frontal com o visor para facilitar a acessibilidade do operador.Controlador de Temperatura

E tem mais: hoje em dia, a maioria dos controladores de temperatura são usados para calcular os parâmetros PID, isso quando o objetivo é obter o melhor desempenho do sistema térmico usando seus algoritmos de auto-ajuste incorporados. Estes tipos de controlador de temperatura possuem uma função pré-tune responsável por calcular inicialmente os parâmetros PID para um processo e definir uma função de sintonia contínua para refinar constantemente os parâmetros PID. Isso permite uma configuração rápida, economia de tempo e redução de desperdício.

 

De Acionamento de Motor de Válvula

Apesar de não ser um nome muito comum no mercado, este tipo de controlador de temperatura é mais usado para o acionamento de motor de válvula (VMD). Mas o que isso quer dizer? É que este tipo de controlador foi projetado justamente para controlar motores de válvulas aplicados em processos de fabricação, tais como controle de queimador de gás em uma linha de produção.

Vale lembrar que para este tipo de controlador, os algoritmos de ajuste especiais dão um controle preciso e uma reação de saída rápida sem a necessidade de feedback de slidewire ou conhecimento excessivo em algoritmos de ajuste de PID. Os controladores VMD controlam a posição da válvula em algum lugar entre 0% a 100%, dependendo das necessidades energéticas do processo industrial.

Controlador de Perfil de Temperatura

Também conhecido como controlador de rampa de imersão, este tipo de controlador de temperatura permite que os operadores sejam capazes de programar uma série de Setpoints e o tempo para chegar em cada Setpoint.

E por que é chamado de rampa? Justamente porque programar uma mudança de Setpoint é chamado de rampa e o tempo para permanecer em cada Setpoint é chamado de soak ou dwell. Uma rampa ou um soak é considerado um segmento.

Por isso que um controlador de temperatura perfilador oferece a capacidade de inserir um número de segmentos para permitir perfis complexos de temperatura sendo que estes podem ser armazenados como receitas pelo operador. A maioria dos perfiladores permitem o armazenamento de várias receitas para uso posterior sendo que os perfiladores menores podem permitir quatro receitas com dezesseis segmentos cada um.

Por fim, é importante mencionar – e lembrar – que o controlador de temperatura de perfil é capaz de executar perfis de rampa e imersão tais como mudanças de temperatura ao longo do tempo juntamente com a duração de espera e imersão/ciclo sem a necessidade de um operador. Uma das aplicações onde este tipo de controlador é mais utilizado incluem tratamento térmico, recozimento, câmaras ambientais e fornos de processo complexos.

 

O Funcionamento dos controladores de temperatura

Agora que já conhece, basicamente, o que é um controlador de temperatura e os tipos existentes no mercado, você já deve estar se perguntando como é o seu funcionamento, não é mesmo?

Bom, vamos lá!

É permitido falar que todo controlador de temperatura, do básico ao mais complexo, opera basicamente da mesma forma. Até agora, nós observamos que os controladores de temperatura, de maneira geral, controlam ou mantêm alguma variável ou parâmetro com um valor definido e neste sentido existem duas variáveis requeridas pelo controlador que são o sinal de entrada real e valor de Setpoint desejado.

Isso quer dizer que o sinal de entrada é também conhecido como o valor do processo e é amostrado muitas vezes por segundo, dependendo do controlador para o efetivo controle. E este valor de entrada ou de processo também pode ser comparado ao valor de Setpoint e,

ainda assim, caso o valor real não seja igual ao do Setpoint em questão, o controlador de energia irá gerar uma mudança de sinal de saída baseando-se na diferença existente entre o Setpoint e o tal valor de processo.

É claro que isso só acontecerá juntamente com a informação caso o valor de processo esteja ou aproximado ou afastado do Setpoint. E, por fim, é a partir deste sinal de saída que se inicia algum tipo de resposta, com o intuito de corrigir o valor real para que ele busque o Setpoint em questão.

Você já ouviu falar que a ação de controle tomada irá depender do tipo de controlador de temperatura utilizado? Não? Então, vamos a um exemplo!

Caso um controlador de temperatura tiver um controle do tipo ON/OFF, será o Setpoint que vai decidir se a saída precisa ser ligada, ou desligada. Vale lembrar que este tipo de controle ON/OFF é um dos tipos mais simples de controle a ser implementado – e ele, ainda, opera em cima de valores pré definidos.Controlador de Temperatura

Agora, vamos imaginar que um dos controladores de temperatura foi ajustado para controlar a temperatura dentro de uma sala. Se o Setpoint for 68° e a temperatura real cair para 67°, um sinal de erro mostrará uma diferença de -1°. Dessa maneira, o controlador irá enviar um sinal para ligar a resistência que gera o calor necessário para elevar a temperatura de volta ao ponto de ajuste de 68°.

Isso acontece porque, uma vez que a temperatura chega a 68°, o aquecedor desliga. Para uma temperatura entre 68 ° e 67 °, o controlador não toma nenhuma ação e o aquecedor permanece desligado. No entanto, uma vez que a temperatura chega a 67 °, o aquecedor vai ligar novamente.

Por outro lado, ao contrário do controle ON/OFF, o controle PID determina o valor de saída exato necessário para manter a temperatura desejada e neste caso a potência de saída pode variar de 0 a 100% (no ON/OFF era somente ligado e desligado). No PID o controlador de temperatura utiliza um tipo de saída analógica sendo o conversor de saída proporcional ao valor da entrada. No entanto, se a saída for um tipo de saída binária, como um relé por exemplo ou um controlador SSR ou triac, a saída deverá ser proporcional ao tempo para obter uma representação analógica.

Agora, quando falamos de um sistema proporcional ao tempo, saiba que ele usa alguns tempos de ciclos com o intuito de proporcionar o tal valor de saída. Não entendeu? Então, pegamos como exemplo a seguir: caso o tempo de ciclo seja ajustado para 8 segundos, um sistema que pede 50% de energia terá a saída ligada por 4 segundos e desligada por 4 segundos.

Isso, é claro, se contar que o valor de potência não mude, os valores de tempo também não mudariam pois ao longo do tempo, a potência foi calculada em média para o valor de 50% comandado (metade ligado e metade desligado). Se a potência de saída precisasse ser 25%, então para o mesmo tempo de ciclo de 8 segundos, a saída estaria ligada por 2 segundos e desligada por 6 segundos.

Agora, se os pulsos forem iguais (4 segundos ligado e 4 segundos desligado), um tempo de ciclo mais curto é o mais indicado, porque o controlador de energia irá reagir mais rapidamente e, além disso: poderá mudar o estado da saída para determinadas mudanças no processo.

Mas, ainda assim, se pensar na mecânica de um relé (um dispositivo eletromecânico, formado por um magneto móvel, que se desloca unindo dois contatos metálicos), saiba que um tempo de ciclo mais curto pode encurtar a atuação dele batendo na sua limitação de velocidade de chaveamento.

Aí, dessa maneira, para este tipo de tempo não é recomendável ser inferior a 2 segundos. Para dispositivos de comutação de estado sólido como um controle SSR ou triac, os tempos de comutação podem ser bem melhores e como falado, tempos de comutação mais longos, independentemente do tipo de saída, permitem uma maior oscilação no valor do processo.

Vale mencionar que a regra geral de funcionamento de um controlador de temperatura é a que: SOMENTE se o processo permitir, quando uma saída de relé for usada, um tempo de ciclo mais longo deve ser pensado.

 

As aplicações mais comuns dos controladores de temperatura

Está vendo com os controladores de temperatura podem ser fundamentais para a sua indústria? Bom, mas se você ainda não sabe quais são as aplicações que as pessoas mais buscam para os controladores de temperatura, a gente te explica.

Em linhas gerais, podemos dizer que o controlador de temperatura que é aplicado na indústria opera da mesma forma do que os encontrados nas residências, mas os mais comuns nas aplicações industriais são aqueles utilizados para o controle de aquecimento e resfriamento de fornos, chillers e ar condicionados individuais e centrais.

Ainda assim, no ambiente industrial, podem ser utilizados vários tipos de sensores que medem a temperatura constantemente e que comparam esta medição com a desejada, gerando assim, um sinal de correção de forma com que os dispositivos como válvulas proporcionais ou controladores de corrente e tensão ajustem a energia necessária para manter a temperatura desejada.

De forma geral, algumas das aplicações mais comuns que podemos encontrar o controlador de temperatura gerenciando a manufatura são em extrusoras de plástico, formadoras térmicas, embalagens, processamento e armazenamento de alimentos, etc.

Vamos a alguns exemplos nestes segmentos que utilizam os controladores de temperatura? Acompanhe a seguir!

Tratamento Térmico/Fornos

Uma das aplicações mais comuns de onde são utilizados os controladores de temperatura são usados em fornos, além de estar presente em aplicações de tratamento térmico tais como fornos cerâmicos, caldeiras e trocadores de calor.

Embalagem

Neste universo que engloba as embalagens como um todo, as máquinas equipadas com barras de vedação, aplicadores de cola, funções de fusão a quente, túneis de encolhimento ou aplicadores de etiquetas devem operar com níveis de temperatura e tempo de processo estabelecidos por padrões de qualidade.

É por esta razão que, neste quesito, o controlador de temperatura regula com precisão estas operações para garantir a fabricação de produto com alta qualidade.

Plástico

Você já deve saber que, nas fábricas de plástico, é muito comum realizar o controle de temperatura na indústria de plásticos em chillers portáteis, secadores e equipamentos de moldagem e extrusão. Em equipamentos de extrusão, o controlador de temperatura é utilizado para monitorar e controlar precisamente temperaturas em diferentes pontos críticos na produção do plástico.

Saúde e Farmacêutico

Até mesmo no setor da saúde, os controladores de temperatura vem sendo cada vez mais utilizados, uma vez que eles são capazes de aumentar a precisão na hora da fabricação de medicamentos, por exemplo.

Equipamentos comuns que utilizam estes dispositivos incluem instrumentos de ensaio de laboratório, autoclaves, incubadoras, equipamento de refrigeração, câmaras de cristalização e câmaras de ensaio onde os espécimes devem ser mantidos dentro de parâmetros de temperatura específicos.

Alimentação

Nas indústrias alimentícias, isto não seria diferente: as aplicações comuns de processamento de alimentos que envolvem o controlador de temperatura incluem processos que possuem preparação de cerveja, mistura, esterilização e fornos de cozimento e recozimento sendo que nestes processos os controladores regulam a temperatura e/ou tempo de processo para garantir um desempenho ideal.

 

E quais são os parâmetros dos controladores de temperatura?

Além do Setpoint, um controlador de temperatura poderá possuir vários outros parâmetros. Mas, basicamente. o Setpoint é o alvo setado pelo operador e representa o que o controlador precisa manter estável.

Controlador de TemperaturaPor exemplo: uma temperatura nominal de 30°C significa para o controlador que ele deverá manter a temperatura neste valor o tempo todo. Em linhas gerais, podemos dizer que os parâmetros dos controladores de temperatura são classificados em:

Alarme Alto ou Baixo

Um dos primeiros parâmetros é o valor de alarme, normalmente utilizado para indicar quando um processo atingiu alguma condição determinada. Há algumas variações nos tipos de alarmes.

E quais são eles? Bom, podemos dizer que um alarme alto pode indicar que a temperatura ficou mais quente do que o valor ajustado e da mesma forma, um alarme baixo pode indicar que a temperatura caiu abaixo do valor ajustado. Ainda assim, em um sistema de controle de temperatura, um alarme fixo elevado evita que uma fonte de calor danifique o equipamento desligando a fonte se a temperatura exceder algum valor de Setpoint.

Por fim, um alarme fixo baixo, por outro lado pode proteger o equipamento caso exceda a mínima temperatura evitando o congelamento. Por isso que o controlador de temperatura também pode testar um dispositivo de saída danificado, tal como um elemento de aquecimento aberto. Isto pode ser feito verificando a quantidade de sinal de saída e comparando com a quantidade de alteração detectada no sinal de entrada. Por exemplo, se o sinal de saída for 100% e o sensor de entrada detectar qualquer alteração na temperatura após um certo período de tempo sem alterar a saída, o controlador determinará que o loop está quebrado. Esse recurso é conhecido como alarme de Loop.

Alarme de Desvio

Ainda falando de alarme, um outro tipo é o de desvio, que normalmente é ajustado em algum valor em torno do Setpoint. Vale mencionar que o alarme de desvio monitora o ponto de ajuste do processo e permite que o operador seja notificado quando o processo variar muito em relação ao valor pré-programada do Setpoint.

Alarme de Banda
Uma variação no alarme de desvio acima mencionado é chamado o alarme de Banda. O alarme de banda só será ativado de dentro ou fora de uma faixa de temperatura designada. Tipicamente, os pontos deste tipo de alarme são definidos metade acima e metade abaixo do ponto de ajuste do controlador de temperatura.

Como isso funciona na prática? Bom, se o ponto de ajuste for 150° e os alarmes de desvio estiverem ajustados em ± 10°, os alarmes seriam ativados quando a temperatura atingisse 160° no extremo superior ou 140° no extremo inferior. Se o Setpoint for alterado para 170°, o alarme alto ativará a 180° e o alarme baixo a 160°.

Ainda nesse quesito, um outro conjunto comum de parâmetros do controlador de temperatura são os parâmetros PID, que significa proporcional, integral, derivada e é uma função de controle avançado que usa feedback do processo controlado para determinar a melhor forma de controlar esse processo.

 

As partes que compõem um controlador de energia

Entender o funcionamento, bem como as principais aplicações de um controlador de temperatura, é fundamental. Mas você sabe quais são as partes que compõem este tipo de produto?

A gente te explica!

Em linhas gerais, os controladores de mercado possuem alguns pontos em comum que são as entradas e as saídas. Tipicamente, se você deseja medir algo, você precisa de uma entrada de medição, que neste caso é a temperatura. Após medir, se você deseja controlar algo, então você precisará de uma saída.

As entradas

Essa parte é algo que muita gente não sabe, mas os controladores de temperatura também podem ter diferentes tipos de entradas. Isto porque a entrada depende do tipo do sinal e do sensor especificado para determinado processo. Os 3 tipos de sensores para aplicações de temperatura são os termos acopladores ou termopares, resistivos (RTDs) e termistores.

Alternativamente, o controlador de temperatura pode possuir entradas de tensão e corrente, permitindo assim a aquisição de sinais de outros tipos de sensores como pressão, nível e fluxo. Entradas típicas de sinais de tensão podem ser de 0 a 5VDC, 0 a 10VDC (mais comum) e 2 a 10VDC. Já para entradas do tipo corrente, podemos encontrar no mercado a de 0 a 20mA e 4 a 20mA (mais comum).

Tipicamente, um controlador de temperatura pode ter incorporado um recurso para detectar quando um sensor de entrada está com defeito ou está ausente. Isso é conhecido como detecção de falha de sensor, e sem essa funcionalidade de condição de falha, poderão haver danos significativos ao equipamento a ser controlado caso falhe o sensor. Esse recurso permite que o controlador interrompa o processo imediatamente se uma condição de falha for detectada.

Saídas

Da mesma forma que os controladores possuem entradas, eles também possuem saídas, sendo que cada saída pode ser utilizada para fazer várias funções, incluindo controle de processo tais como ligar ou desligar aquecimento ou resfriamento, disparar um alarme ou enviar o valor de temperatura para um CLP.

As saídas típicas de um controlador de temperatura incluem reles comuns, reles de estado sólido e saídas analógicas. Uma saída a rele possui tipicamente um polo alinhado com uma bobina de tensão DC. O controlador energiza a bobina do rele, provendo isolação dos seus contatos. Isso permite que os contatos controlem uma fonte de tensão externa capaz de alimentar a bobina de um contator que fará o controle em correntes muito mais elevadas por exemplo.

 

Dicas para escolher corretamente os controladores de temperatura

Tudo certo até aqui? Bom, como vimos, os controladores de temperatura possuem diversas especificações técnicas, e seu funcionamento deve ser entendido de maneira única, para que você não tenha nenhum tipo de problema no futuro.

Na hora de escolher, podemos nos deparar com controladores dimensionados de forma incorreta, isso pode levá-lo a pagar mais caro em um controlador que tem funções que você não precisa ou até mesmo ter um produto que não atende todas as necessidades do seu processo. Para evitar essa situação veja algumas dicas:

Saiba qual será a temperatura do processo na indústria
Apesar de não parecer tão importante, saber qual é a temperatura que irá operar é fundamental para escolher o tipo de controlador de temperatura mais indicado para a sua necessidade. Assim, o dimensionamento correto do controlador depende do “range” de temperatura de trabalho. Por exemplo, a temperatura do processo fica entre 150ºC a 250ºC.

Conheça o tipo de sensor utilizado

Sim, essa dica é muito importante. Isso porque existem vários tipos de controladores, alguns têm entradas apenas para sensores específicos, então, é importante que saiba qual tipo de sensor é utilizado para ter uma leitura precisa da temperatura.

Considere quais são as dimensões do controlador

Essa é uma dica muito valiosa: você precisa conhecer onde irá ser instalado o controlador de temperatura. Muitas vezes o local para ser embutido já está pronto, por exemplo, o painel pode já estar recortado e para evitar adaptações e retrabalho o ideal é ter antemão essa informação. Exemplo de dimensões: 48x48x65mm, 72x72x65mm, 48x96x85mm. (AxLxP)

Sempre verifique a tensão de alimentação

Parece um detalhe muito simples, mas às vezes essa informação passa despercebida, é sempre bom confirmar a tensão de alimentação do controlador para evitar que seu equipamento sofra danos na instalação.

Controlador de Temperatura

Essa informação é de extrema relevância, como existem diversos processos de controle de temperatura é essencial saber quais e quantos equipamentos que o controlador vai comandar.Conheça quantas e quais serão as saídas mais utilziadas

Agora, com essas dicas você com certeza vai agilizar sua escolha pelo melhor modelo de controlador de temperatura. Boa sorte!