Conceitos básicos de instrumentação para automação

Em um processo industrial ocorre uma série de eventos para transformar um material em um produto final, através da variação de suas características físicas e/ou químicas que são condicionadas a determinados valores. Esses valores sofrem variações ao longo do tempo e a tarefa de manter as condições do processo dentro dos valores específicos para se atingir o objetivo desejado é chamada de controle de processo.

Originalmente, o controle de processo industrial foi feito por operadores de forma manual. Os sensores desses operadores eram os seus sentidos de visão, tato e som, tornando o processo totalmente dependente do operador. Portanto, para manter um processo dentro dos limites previamente estabelecidos, os operadores atuavam ajustando um simples dispositivo de controle.

Como exemplo de um controle realizado por um operador (controle manual), imagine um sistema de controle de nível de um tanque. O líquido entra pela parte superior do tanque e sai pela parte inferior (Figura 1). Para controlar a quantidade de líquido que escoa do tanque, vamos utilizar a válvula da parte inferior. Assim, como o nível de líquido no tanque depende da vazão de líquido que escoa por essa válvula, então, para manter o nível estável e sob controle, basta que a vazão de saída seja igual à vazão de entrada. Caso seja necessário outro valor de nível de líquido, o operador atua modificando a abertura da válvula de saída a fim de que esse novo valor de referência seja alcançado.

Nesse caso, a variável de processo que se deseja controlar é o nível, entretanto a variável que se manipula para que seja possível manter o nível desejado é a vazão do líquido que escoa pela válvula.

Portanto, como se tratavam de processos simples, os operadores conseguiam controlar e manter constante variáveis como: pressão, vazão, temperatura, pH, condutividade, nível, umidade, velocidade etc. O controle era feito de forma manual, utilizando instrumentos simples, tais como termômetros, manômetros, válvulas manuais e etc.

Entretanto, ao longo dos anos, os processos foram se tornando cada vez mais complexos, e fatores como confiabilidade, produção elevada do sistema, ritmo acelerado de produção, informações mais precisas e consistentes, e diminuição do risco de acidente foram sendo exigidos. Essa demanda levou ao aumento da automação nos processos industriais através de uma evolução de instrumentos (Figura 2), onde estão incluídos os sensores e atuadores, e dos controladores. Dessa forma, a função de controle do operador foi substituída por sensores, atuadores e controladores, uma vez que estes atendem às exigências acima citadas.