8.5 Monitoramento e controle
No controle de feedback clássico, como o controle PI ou PID (Proporcional-Integral-Derivative), as variáveis controladas (CV) são medidas diretamente, comparadas com um setpoint, e posteriormente alimentadas de volta ao processo através de uma lei de controle de feedback.
Na Fig. 8.10, os sinais, sem o argumento de tempo, são denotados por uma pequena letra, em que y é a variável controlada (CV) que é comparada com o sinal de referência (setpoint) r. O erro de rastreamento ε (i.e. r - y) é alimentado no controlador, seja em hardware ou software, a partir do qual a entrada de controle u, também conhecido como a variável manipulada (MV), é gerado. A entrada u afeta diretamente o processo (P) do qual uma saída (y) resulta. A saída amostrada é posteriormente comparada com r, que fecha o loop. Na prática, esse loop continua até que o controlador seja desligado. Existe extensa literatura sobre controle de feedback (Doyle et al. 1992; Morris 2001; Ogata 2010), e este tem sido objeto de pesquisa há muitos anos, começando com as obras de Bode (1930) e Nyquist (1932).
Fig. 8.10 controle de feedback com controlador (C) e processo (P). sinal de referência r, erro de rastreamento eps, sinal de entrada u, y saída sigma
Em RAS, os CV típicos são temperatura, pH e concentração de oxigênio dissolvido (OD), para os quais existem sensores confiáveis. Consequentemente, o controle de feedback desses parâmetros de qualidade da água pode ser facilmente realizado. No entanto, na prática, na maioria das vezes, os sinais de entrada e saída são perturbados por processos de ruído, como entradas aleatórias desconhecidas e ruído de medição. Além disso, o processo global (P) pode mudar ao longo do tempo em resultado do crescimento, maturação, senescência, etc. Os alimentos para peixes constituem outro elemento de entrada para a RAS e o seu efeito sobre o crescimento dos peixes não pode ser directamente visto ou medido. Para esses parâmetros, controladores baseados em modelo (por exemplo, feedforward, modelo preditivo e controle ótimo) são normalmente introduzidos para prever a resposta de uma alteração na entrada de controle. No entanto, o alimento para peixes é normalmente adicionado com base em valores encontrados em tabelas ou receitas, mas este controle baseado em regras pode precisar de algum ajuste na prática real para atuar como um controlador de feedback. Os comportamentos dos peixes em RAS são uma medida clássica de controlo do feedback, uma vez que os peixes reagem fisiologicamente às alterações ambientais com variações de movimento, localização, receptividade à alimentação, etc.
A produção hidropônica geralmente ocorre em ambientes protegidos, como estufas ou fábricas de plantas, onde tanto o ambiente radicular quanto aéreo precisam ser controlados. Controladores on-off que modelam de forma preditiva ambientes aéreos ideais têm sido superiores em pesquisas experimentais, mas a comercialização tem sido lenta, enquanto os controladores de feedback são padrão na maioria das estufas controladas pelo clima. No entanto, o atuador varia com o tipo de controlador com válvulas de aquecimento e aberturas normalmente controladas por feedback, mas a iluminação geralmente tem um mecanismo ON-OFF e apenas alguns são reguláveis. Os controladores que dependem do sensor ou da entrada de dados podem responder ao rápido crescimento em um ambiente protegido e resultar em produtos de alta qualidade com altos preços de mercado que melhoram seus benefícios de custo. Muitas estufas comerciais ainda têm o sensor clássico localizado centralmente pendurado 1—2 m acima da cultura e cobrindo várias centenas de metros quadrados ainda está em uso, mas vários sensores sem fio cobrindo áreas menores estão sendo introduzidos, embora muitos dos dados detalhados não possam ser usados porque bastante grandes zonas climáticas são controladas pelos mesmos atuadores. Os avanços na tecnologia de sensores (por exemplo, sensores de temperatura de microclima, processadores de imagem, medições de troca de gás em tempo real ou fluorescência de clorofila) ligados a software de modelagem podem utilizar sistemas de apoio à decisão e tornar-se sistemas de controlo automatizados.
Em sistemas biorreatores típicos, a temperatura, o pH, o oxigênio dissolvido em sistemas arejados e os fluxos de gás em sistemas anaeróbicos são continuamente medidos e ajustados com controladores de temperatura, pH e oxigênio dissolvido disponíveis. Além disso, os tempos de retenção hidráulica (HRT) e de lamas (SRT) também são frequentemente definidos pelo controle dos fluxos de água (resíduos) e dos fluxos de resíduos de biomassa, respectivamente.