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Alisson Luan Daga, Thiago Dalgalo de Quadros, Marcelo K. Lenzi
Utilizamos un módulo experimental para aplicar conocimientos en control de procesos, en el proceso de aprendizaje de la disciplina de control. Mediante el tratamiento de variables industriales como temperatura, humedad del aire y flujo, empleamos una secuencia de activaciones y conexiones de equipos e instrumentos para estudiar la sintonización del control PID. La introducción al control de procesos en Ingeniería Química carece de ayuda para visualizar y aplicar la fundamentación teórica. El uso de un módulo experimental acerca el aprendizaje a los equipos industriales, ya que se pueden emplear diversos sensores y componentes presentes únicamente en grandes plantas, preparando al estudiante para futuros desafíos. El control de procesos se basa en bucles de control que buscan optimizar los resultados y recursos y están presentes en la mayoría de los procesos industriales. La implementación de un modelo visual y práctico para control multivariable de temperatura y humedad del aire presenta diferentes niveles de dificultad y aprendizaje. La oportunidad de aplicar conceptos de estimación de parámetros y parametrización del controlador por parte del estudiante, mediante un módulo de bajo costo y alto valor de aprendizaje, es relevante para el estudio de procesos a escala piloto y la aplicación de técnicas de control en Ingeniería Química. El módulo experimental consta de un calentador, un humidificador de aire y ventiladores tanto para la circulación del aire caliente dentro del módulo como para la extracción del aire interno del sistema. El control se aplica al sistema de calentamiento, donde la variación de la tensión aplicada altera la potencia de calentamiento, la velocidad del ventilador de circulación de aire caliente, la intensidad de generación de niebla de agua y la velocidad del ventilador de extracción. Las variables monitoreadas fueron la temperatura y la humedad del sistema de calentamiento, con tres sensores que monitorean la temperatura y humedad del aire, instalados en diferentes puntos de la caja, y los tacómetros de los ventiladores de extracción y circulación. El control de todos los sensores y actuadores fue realizado por un controlador digital de la familia Arduino, donde se pueden configurar diferentes parámetros de operación. Como resultado, obtuvimos un módulo experimental en el cual fue posible controlar tanto la temperatura como la humedad del aire dentro de la caja.
We use an experimental module to apply knowledge in process control, for the learning process of the control discipline. Through the treatment of variables used in industries, such as temperature, air humidity, and flow rate, we use asequence of activations and connections of equipment and instruments for the study of PID control tuning. The introduction to process control in Chemical Engineering lacks in aiding visualization and application of theoretical foundations. The use of an experimental module brings learning closer to industry equipment, as various sensors and components seen only in large plants can be used, preparing students for future challenges. Process control is based on control loops that seek to optimize results and inputs and are present in the vast majority of industrial processes. Implementing a visual and practical model for multivariable control of temperature and air humidity brings different levels of difficulty and learning. The opportunity to apply parameter estimation concepts and subsequent controller parameterization by the student, through a low-cost module with high learning value, is of great relevance for studying pilot-scale processes and applying control techniques in chemical engineering. The experimental module consists of a heating element, an air humidifier, and fans for both circulating hot air within the module and exhausting internal air from the system. Control is applied to the heating system, where voltage variation alters heating power, speed of the hot air circulation fan, intensity of water mist generation, and exhaust fan speed. The variables monitored were the temperature and humidity of the heating system, with three sensors monitoring air temperature and humidity, installed at differentpoints in the box, and the tachometers of the exhaust and circulation fans. Control of all sensors and actuators was performed by a digital controller from the Arduino family, where different operating parameters can be configured. We obtained, as a result, an experimental module in which it was possible to control both the temperature and air humidity inside the box.
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.
