Estratégias Típicas de Controle de Fornos

Conforme mencionado anteriormente, a manipulação do produto de saída é feita através das vazões de entrada de combustível. Uma das estratégias mais empregadas consiste em manter fixa a vazão (FIC com SP constante) de um dos combustíveis; o controlador de temperatura envia o set point para o outro controlador de vazão, como pode ser visto na Figura 4, lembrando que a Figura 4 não leva em conta a aspiração e/ou injeção de ar no forno. Como o ar é necessário para a queima, na prática, controladores devem existir para controlar a vazão de ar do forno.

Em outros casos, pode ser necessário controlar a temperatura em cada um dos passes e não apenas a temperatura média. Em linhas gerais, de acordo com Campos e Teixeira (2010), os principais objetivos de controle de um forno industrial são:

• Manter constante e estável a temperatura de saída do produto.
• Manter constantes as vazões de cada passe do forno.
• Manter constante e em um valor seguro a pressão interna na fornalha.
• Manter o excesso de oxigênio nos gases de combustão em um valor ótimo.
• Manter constante a pressão, dentro dos limites de segurança operacional, dos queimadores.
• Manter a vazão do gás combustível em um valor requerido para fornecer a carga térmica desejada naquele instante.
• Manter a vazão de ar para os queimadores no valor desejado.

Conforme já proferido, a pressão para operação dos queimadores precisa ser controlada. A estratégia mostrada na Figura 4 não contempla isso, visto que apenas a vazão é controlada. A Figura 5 apresenta uma alternativa para solucionar esse problema, que consiste em substituir o controle de vazão da Figura 4 (FIC) por um controlador de pressão.

No controle mostrado na Figura 5, caso seja necessária uma temperatura maior, o TIC envia um set point maior, fazendo com que a pressão no queimador aumente, significando mais combustível para o mesmo. O TIC deve ser projetado de forma a garantir as pressões máximas e mínimas para os queimadores. No entanto, se o operador do processo colocar ou retirar queimadores, como a pressão é constante, a vazão de cada queimador será constante. Assim, a vazão total de combustível se modifica. Isso pode acarretar na mudança da carga térmica do forno. Para resolver esse problema, uma solução comum é mostrada na Figura 6.

No caso da Figura 6, o controlador de temperatura envia o set point de vazão ao controlador de vazão (FIC). Qualquer perturbação que ocorra na vazão é compensada automaticamente pela manipulação da pressão do combustível. Assim, podem-se garantir tanto os limites de segurança de pressão quanto a compensação de perturbações na vazão.

Vejamos a seguir a aplicação de controle PID em fornos industriais.