Desenvolvimento de um sistema de controle multivariável para monitoramento e regulação de temperatura e umidade com módulo experimental em Arduino

Abstract

Utilizamos um módulo experimental para aplicação dos conhecimentos em controle de processo, para o processo de aprendizagem da disciplina de controle. Através do tratamento de variáveis utilizadas nas indústrias, como temperatura, umidade do ar e vazão, utilizamos uma sequência de acionamentos e conexões de equipamentos e instrumentos para o estudo de sintonia do controle PID. A introdução ao controle de processos na Engenharia Química é deficitária no auxílio à visualização e aplicação da fundamentação teórica. A utilização de um módulo experimental aproxima o aprendizado a equipamentos da indústria, pois se pode utilizar de diversos sensores e componentes vistos somente em grandes plantas, preparando o estudante para desafios futuros. O controle dos processos é baseado em malhas de controle que buscam otimizar os resultados e insumos e estão presentes na grande maioria dos processos industriais. A implementação de um modelo visual e prático para um controle multivariável de temperatura e umidade do ar traz diferentes níveis de dificuldade e aprendizado. A oportunidade de aplicar os conceitos de estimação de parâmetros e posterior parametrização do controlador pelo aluno, por meio de um módulo de baixo custo e alto valor de aprendizagem, é de grande relevância para o estudo de processos em escala piloto e a aplicação das técnicas de controle na engenharia química. O módulo experimental é composto de um elemento de aquecimento, um umidificador de ar e ventoinhas tanto para a circulação do ar quente no interior do módulo, e uma para a exaustão do ar interno ao sistema. O controle é aplicado ao sistema de aquecimento, no qual a variação da tensão aplicada altera a potência de aquecimento, velocidade da ventoinha de circulação de ar quente, intensidade de geração de névoa de água e velocidade de ventoinha de exaustão. As variáveis que foram monitoradas foram a temperatura e umidade do sistema de aquecimento, com três sensores que monitoram a temperatura e umidade do ar, instalados em diferentes pontos da caixa e os tacômetros das ventoinhas de exaustão e circulação. O controle de todos os sensores e atuadores foi realizado por controlador digital da família do Arduino, no qual se pode configurar diferentes parâmetros de operação. Obtivemos como resultado um módulo experimental no qual foi possível realizar o controle tanto da temperatura e a umidade do ar no interior da caixa.