PID: a ideia de 1922 que ainda segura a temperatura das fábricas
Em 1922, o engenheiro Nicolas Minorsky publicou, no periódico da Sociedade Americana de Engenheiros Navais, um artigo sobre a estabilidade de navios com direção automática. O ponto de partida não foi uma fórmula. Foi o timoneiro: segundo Minorsky, um bom timoneiro mantém o navio no rumo porque age no leme no momento certo.
Mais de cem anos depois, a mesma lógica está dentro do controlador de temperatura de uma estufa, de uma extrusora ou de um forno. A história do PID mostra como uma ideia boa pode ficar parada por anos e, depois, virar padrão.
Um timoneiro como modelo
Minorsky defendia que governar bem um navio era menos uma questão de intuição e mais de tempo certo, baseado na observação. A partir disso, ele comparou formas de comandar o leme.
O controle que só reage ao desvio de rumo amortece uma perturbação que passou. Mas, como ele escreveu, não elimina o efeito de uma perturbação constante, como um vento firme: sobra um erro. A forma que corrigia também esse erro combinava três ações. Na leitura do historiador S. Bennett, num artigo de 1984 na revista de sistemas de controle do IEEE, é o que hoje se chama de controle proporcional, integral e derivativo: o PID.
O mesmo artigo conta um detalhe curioso. Os testes de Minorsky no encouraçado New Mexico, para a Marinha americana, em 1923, deram certo. Mesmo assim, a direção automática foi retirada e o trabalho parou.
O que cada letra faz numa estufa
O princípio continua o mesmo do leme. O controlador compara a leitura do sensor com o setpoint e calcula a potência, de 0% a 100%:
- P, a banda proporcional: perto do setpoint, menos potência. Banda estreita demais faz o processo passar do ponto e oscilar; larga demais deixa a resposta lenta.
- I, o reset automático: corrige a diferença que sobra só com o proporcional, como o erro do vento constante no navio.
- D, a derivativa: responde à velocidade da mudança e corta potência mais cedo numa subida rápida.
Segundo o manual da série Plus da West, o PID mantém o processo estável porque ajusta a saída o tempo todo, sem a oscilação do liga-desliga.
O problema que sobrou: achar os números
Sobra uma pergunta prática: quais números pôr em P, I e D? O manual da West ainda traz um método à mão: põe-se o controle em liga-desliga, mede-se a oscilação e o período, e as três ações saem de contas simples. A própria West avisa que ele só serve a processo que tolera grandes variações de temperatura.
A inovação dos controladores atuais foi passar essa conta para o aparelho. Quem vai especificar um controlador PID hoje encontra recursos que fazem a sintonia sozinhos:
- Pré-sintonia: com o processo frio, o controlador dá potência total até cerca da metade do caminho, corta e calcula o PID antes do setpoint.
- Autossintonia: observa uma oscilação completa do erro, na partida, na troca de setpoint ou na mudança de carga, e recalcula os valores.
- Easy-Tune: no West N2300, a sintonia é feita sem ação do operador.
- Vários jogos de PID: o Pro-EC44 guarda até 5 e troca sozinho conforme a temperatura ou o setpoint, para processos que mudam de comportamento.
Nem sempre a automação é a resposta. A West diz que a autossintonia nem sempre é adequada quando há perturbação artificial frequente, como uma estufa de porta aberta por muito tempo. Aí, vale ficar com o PID da pré-sintonia e ajustar à mão.
O que a inovação não mudou
O PID controla, mas não protege. Se o relé de estado sólido entra em curto, nenhum ajuste desliga a resistência. A proteção contra sobretemperatura continua num aparelho separado, com sensor próprio, como o limitador West 6700+.
Perguntas que sempre aparecem
O PID foi inventado em 1922? Não exatamente. Ações integral e derivativa já existiam em reguladores do século XIX. Em 1922, Minorsky fez uma das primeiras análises formais do controlador de três termos.
A autossintonia dispensa quem entende do processo? Não. Ela acha os valores, mas alguém precisa decidir quando usá-la, conferir os limites de setpoint e avaliar se o processo tolera a sintonia.
Todo processo usa as três ações? Não. Em válvula modulante, o manual da West manda desligar a derivativa para não desgastar a válvula: é o controle PI.
Em resumo
Um timoneiro como modelo: o essencial
Minorsky defendia que governar bem um navio era menos uma questão de intuição e mais de tempo certo, baseado na observação. A partir disso, ele comparou formas de comandar o leme.
Do navio para a fábrica: o essencial
Bennett lembra que a ação integral e a derivativa já apareciam em reguladores do século XIX. O que mudou nos anos 1930 foi a chegada de controladores de uso geral, com ações ajustáveis, à indústria de processo. Atribui-se a um fabricante de instrumentos americano, em 1936, o primeiro controlador comercial de três termos: a derivativa vinha com valor fixo de fábrica. Em 1939, ela passou a ser ajustável.
O que cada letra faz numa estufa: o essencial
O princípio continua o mesmo do leme. O controlador compara a leitura do sensor com o setpoint e calcula a potência, de 0% a 100%: