- Qual o impacto de sistemas de controle ON-OFF gera em termos de custos de energia?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é o impacto, em termos de custo de energia, de se usar um sistema de controle do tipo ON–OFF. Aqui o conteúdo é controle em malha fechada com atuador que só fica totalmente ligado (ON) ou totalmente desligado (OFF) e faz oscilar a variável controlada em torno do ponto de ajuste (set‐point).
Passo 2
Num controle ON–OFF puro, sempre que a variável medida cruza o set‐point ele troca de estado: se estiver abaixo, liga o atuador; se estiver acima, desliga. Isso faz com que a saída oscile num ciclo periódico de comutação. Em cada ciclo, o sistema sofre overshoot (passa além do set‐point) e undershoot (fica aquém), porque não há ação intermediária—só liga ou desliga.
Passo 3
O consumo de energia num período de operação
é dado por
onde
é a potência demandada pelo atuador. No controle ON–OFF, as oscilações geram três fontes de ineficiência:
- Overshoot e undershoot: enquanto o sistema “caça” o set‐point, você pode estar fornecendo potência acima do estritamente necessário.
- Perdas na comutação: ligar e desligar equipamentos (motores, válvulas, resistências) várias vezes por minuto causa picos de corrente e perdas adicionais.
- Ciclo de trabalho não otimizado: a razão entre tempo ligado e desligado (duty‐cycle) fica longe do ideal contínuo, criando calor e esforços desnecessários.
Passo 4
Comparando com um controle contínuo (por exemplo, PID), o ON–OFF geralmente consome mais energia, pois:
-
. - As perdas de comutação somam energia gasta em picos de corrente e desgaste.
Por isso falamos que o custo de energia em ON–OFF é maior devido às ineficiências dinâmicas e às frequentes mudanças de estado.
Passo 5
Uma forma de atenuar esse impacto é introduzir histerese: define‐se uma banda
em torno do set‐point para reduzir a frequência de comutação, aceitando oscilações ligeiramente maiores. Ainda assim, haverá mais consumo do que num sistema de controle proporcional/integral/derivativo bem ajustado.
Resposta
O controle ON–OFF gera custos de energia maiores porque promove oscillação da variável controlada, causando overshoot/undershoot e perdas elevadas em cada comutação. Além disso, frequentes liga/desliga aumentam picos de corrente e desgaste do equipamento, elevando o consumo total em comparação a um controle contínuo mais suave.