1. 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 T é dado por
E \;=\;\int_{0}^{T} P(t)\,\mathrm{d}t,
onde P(t) é a potência demandada pelo atuador. No controle ON–OFF, as oscilações geram três fontes de ineficiência:
  1. Overshoot e undershoot: enquanto o sistema “caça” o set‐point, você pode estar fornecendo potência acima do estritamente necessário.
  2. Perdas na comutação: ligar e desligar equipamentos (motores, válvulas, resistências) várias vezes por minuto causa picos de corrente e perdas adicionais.
  3. 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:
  • \Delta E_{\text{overshoot}}=\displaystyle\int_{t_{\text{on}}}^{t_{\text{off}}}\bigl[P(t)-P_{\text{ideal}}\bigr]\,\mathrm{d}t>0.
  • 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 \pm\Delta 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.

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