Search

A reconciliação dos dados é fortemente afetada pela formulação do problema, pelo desempenho da otimização e interpretação estatística dos resultados. Isto deve ser avaliado por uma cuidadosa classificação das variáveis. Devido a complexidade dos atuais processos integrados e a grande quantidade de dados disponíveis em plantas automatizadas de alto desempenho, o uso de algoritmos de classificação vem crescendo dia a dia. Eles são aplicados no projeto de novas unidades, revamps e sistemas de monitoramento para reduzir a dimensão do problema de reconciliação de dados. É descrito um novo algoritmo que poderá ajudar o engenheiro a encontrar eficientes estratégias para o problema de classificação, aliado à formulação matemática. Algumas propriedades estruturais são discutidas e ilustradas, bem como é descrito o algoritmo de identificação estrutural. Há um grande incentivo econômico para a classificação robusta de variáveis, pois um procedimento deficiente irá requerer uma instrumentação adicional. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: Data reconciliation is strongly affected by formulation problem, statistical results interpretation and optimization performance. This must be valued by a carefully variable classification. Due to of the complexity of integrated process and the large volume of available data in highly automated plants; classification algorithms are increasing used nowadays. They are applied to the revamps, design and monitoring systems and to reduce the dimension of the data reconciliation problem. A new algorithm is described which can help the engineer find efficient strategies for the classification problem allied with the mathematical formulation. Some structural properties are discussed and illustrated. The new structural identification algorithm is described. There is a large economical incentive for the variable robust classification, because a defective procedure will request an additional instrumentation.

Este trabalho ilustra o uso de espectroscopia do infravermelho próximo (NIRS) para fins de monitoramento da polimerização em suspensão de cloreto de vinila em tempo real. Resultados inéditos mostraram que é possível acompanhar a evolução de importantes propriedades morfológicas de resinas de PVC [poli(cloreto de vinila)], como por exemplo, BD (densidade aparente), CPA (absorção de plastificante a frio), DTP (distribuição de tamanho de partículas) e Dp (diâmetro de partícula). Mostrou-se também, pela primeira vez, que é possível analisar quantitativamente, com o auxílio da sonda NIRS in situ, a estrutura morfológica da partícula de PVC. Com a possibilidade de predizer a evolução dinâmica dos parâmetros morfológicos em tempo real, mostrou-se que é possível injetar dispersantes e variar a velocidade de agitação durante a reação para fins de controle das variáveis BD, CPA e DTP do PVC, até que o ponto de identificação da partícula seja atingido. Por meio do monitoramento e da estratégia de controle proposta, é possível antecipar fugas de temperatura no reator, aumentar a segurança do processo, diminuir o tempo de desenvolvimento de resinas com características morfológicas diferenciadas, evitando perdas de margem oriundas da venda de produtos fora de especificação, e otimizar os recursos para o desenvolvimento de novos produtos. This work illustrates the use of near infrared spectroscopy (NIRS) for monitoring of the suspension polymerization of vinyl chloride in real time. Obtained results showed that it is possible to track in situ and in real time important morphological properties of PVC resins, such as BD (bulk density), CPA (cold plasticizer absorption), PSD (particle size distribution) and Dp (average particle diameter). It was also shown for the first time that it is possible to analyze quantitatively, with the help of in situ NIRS probe, the morphological structure of the PVC particles. As a consequence, it was shown that is possible to inject dispersants and vary the agitation speed during the reaction for proper control of BD, CPA and the PSD of PVC, before attainment of the particle identification point. Through the proposed monitoring and control strategies, it is possible to anticipate reactor disturbances (increasing the process safety) and to reduce the time needed for development of resins with different morphological characteristics (avoiding losses caused by off-specification), allowing for optimization of the product development process.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior When the controller s performance is reduced along the time and the control efficiency is no longer satisfactory, then it is necessary to develop certain techniques for continuously monitor control systems such as it can keep track of process changes maintaining the characteristics of efficiency of the original controller design. The divergences between controlled variables and the desired setpoint can be quantified by a single number that is known as performance index. In the present work, a novel way of evaluating the control process performance is introduced and applied as a new measure of performance for a control structure. For doing that, the knowledge of the invariants of the process under feedback and factorization tools of linear local models were applied for designing a new reference model. The proposed techniques were used as a reference of what can or cannot be achieved by a particular system operating under the action of a feedback control law: minimum variance control (MVC), proportional-integral (PI), and model predictive control (MPC). Hence, the proposed performance indexes are the tools for the evaluation of the behavior of the control system during regular industrial operation, not only based upon the physical point of view, in which the reference is treated as a realizable system, but also from a theoretical point of view, in which the model factorization procedure takes place, and therefore allowing the extraction of the invariant part of a system, changing the system to its easiest controlled form description, and then serving as a reference model for the calculation of the performance index, with a low computing cost and preserving the importance of interactions and high frequency effects for balancing the reference behavior. In this work was investigated, with success, the effect of coupling, interactions and quality degradation of the control for SISO (Single-Input and Signle-Output) and MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) processes. The results show that the proposed technique are effective and a viable tool for process monitoring and controlled systems performance evaluation. Quando o desempenho de um controlador se reduz ao longo do tempo e a eficiência de controle já não é mais satisfatória, tem-se que o controle em vigor ficou obsoleto devido às mudanças ocorridas no processo. Dessa forma, surge a necessidade de se desenvolver técnicas de monitoramento contínuo de sistemas de controle para que o mesmo possa acompanhar as mudanças ocorridas no processo, mantendo as características de eficiência do projeto original do controlador. As divergências entre variáveis controladas e os valores desejados (setpoint) podem ser quantificadas por um número que ´e conhecido como ´índice de desempenho. Neste trabalho, investiga-se o desempenho de sistemas de controle através de novas medidas de desempenho para estruturas de controle. As medidas propostas utilizam o conhecimento dos invariantes do processo obtidos através de ferramentas de fatoração de modelos locais lineares e da definição de um padrão de referencia `a ação possível de controle para plantas operando com controladores feedback para casos de controladores com variância mínima (MVC), proporcional-integral (PI) e controlador preditivo baseado em modelos (MPC). Desta forma, a técnica proposta neste trabalho serve como uma ferramenta para a avaliação do comportamento do sistema de controle durante a operação industrial, pois, tanto do ponto de vista físico, por se tratar de uma referencia realizável, quanto do ponto de vista teórico, que ao realizar a fatoração, as informações dos invariantes dos modelos são extraídos, fazendo com que os mesmos se tornem mais fáceis de serem controlados, então, servindo como referencia para o cálculo do ´índice de desempenho para o sistema. As técnicas propostas possuem baixo custo computacional e preservam a importância de interações e efeitos de elevadas freqüências no compromisso entre a atenuação da sensibilidade das perturbações e a velocidade de resposta da malha de controle avaliada. Investigou-se então, com sucesso, o efeito de acoplamentos, interações e degradação da qualidade do controle para processos com uma entrada e uma saída (SISO) e sistemas com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), comprovando então a eficácia da técnica proposta como uma ferramenta viável para o monitoramento e avaliação de sistemas de controle. Mestre em Engenharia Química

A classificação de variáveis em plantas industriais modernas pode fornecer conjuntos de dados ricos e detalhados para o desenvolvimento de estudos de modelagem de processos e estimação de parâmetros. Todavia, devido à existência de erros aleatórios e, possivelmente, de erros grosseiros, as medidas geralmente não satisfazem as restrições dos processos. Esses dados precisam ser reconciliados. A estimação de parâmetros dos modelos de um processo a partir de dados industriais disponíveis se enquadra nesse contexto. Primeiramente, o modelo matemático fornece as restrições do processo. Em segundo lugar, os parâmetros do modelo devem ser ajustados de modo a minimizar os desvios observados entre as medidas do processo e as equações de conservação, a partir dos dados industriais utilizados para a construção do modelo. Foi desenvolvido um novo código computacional para classificação de variáveis em sistemas dinâmicos com uma abordagem diferenciada. A metodologia desenvolvida para classificação propiciou uma reconciliação eficiente dos dados, de modo que possibilitasse a estimação dos parâmetros cinéticos de uma polimerização industrial de propileno com catalisadores Ziegler-Natta (SUZANO-RJ). O algoritmo de classificação também foi testado para o balanço hídrico de uma fábrica de fertilizantes (FAFEN-SE) com sucesso. Os resultados obtidos mostram que a abordagem utilizada para classificação de variáveis e estimação de parâmetros, utilizando a técnica de reconciliação de dados, é capaz de descrever o comportamento dos dados industriais e predizer as respostas do processo, em diferentes condições operacionais, sem que seja necessário conduzir muitos experimentos em laboratório. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: The classification of variables in modern industrial plants can supply a group of rich and detailed data sets for the development of modeling studies and parameter estimation. However, as a result of random and possibly, gross errors process measurements do not generally satisfy process constraints. Thus they need to be reconciled. The estimation of process model parameters from available plant data is certainly in this context. First, the mathematical model provides the process constraints to be satisfied. Second, model parameters have to be adjusted to minimize the deviations observed between process measurements and process constraints. Available data have yet to be filtered to allow for removal of inconsistent data sets from the process data used for model building. A new computational code was developed for classification of variables in dynamic systems with a differentiated approach. The methodology developed for classification propitiated efficient data reconciliation, so that it made possible, allowing for estimation of the kinetic parameters for industrial propylene polymerization using Ziegler-Natta catalysts (SUZANO-RJ). The classification algorithm was also tested with success for the hydric balance of a factory of fertilizers (FAFEN-SE). The obtained results show that the approach used for classification of variables and parameters estimation using the technique of data reconciliation is capable to describe the behavior of the industrial data and to predict process responses in different operational conditions, without to carry out extensive experimental plans in the laboratory.

Este trabalho apresenta novos resultados matemáticos sobre a positividade local de funções escalares multivariáveis. Estes resultados são usados para resolver de forma quantitativa o problema de controle +¥ não-linear. Por solução quantitativa, entende-se uma solução (uma lei de controle) associada a uma região de validade. A região de validade é a região do espaço de estados onde os requerimentos de estabilidade e desempenho são satisfeitos. Para resolver o problema de forma eficiente, foi desenvolvido um procedimento que visa maximizar a região de validade do controlador enquanto garante um desempenho mínimo. A solução deste problema de otimização é estudada e alternativas para sua simplificação são apresentadas. Uma aplicação experimental a um sistema de controle de pH é apresentada. A utilidade dos resultados teóricos desenvolvidos na teoria de estabilidade de Lyapunov também é estudada.

Orientador: Milton Mori Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O presente trabalho consistiu na simulação, previsão de desempenho e otimização da seção de fracionamento e recuperação dos produtos efluentes do reator da Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido, UFCC-I, da Refinaria de Paulínia (REPLAN). A unidade foi simulada usando o HYSIM (Hyprotech Simulator), simulador de processos comercial de grande aplicabilidade na indústria de petróleo. Executou-se a simulação até que esta apresentasse resultados coerentes como os obtidos na prática, tanto em termos de condições operacionais, como rendimentos de produtos obtidos na unidade e qualidade de produtos obtidos através de análises de laboratório. Foi avaliado o desempenho da unidade nas diferentes condições operacionais, quanto a eficiência da recuperação de produtos nobres e distribuição dos componentes de maior interesse mas várias correntes. Esta análise foi feita para cada variável de interesse, individualmente. Desenvolveu-se um programa de computador, um otimizador do tipo Simplex Modificado (método de Box), que faz interface com o simulador de processos, permitindo encontrar valores das variáveis operacionais de otimização, que maximiza a função objetivo perante diferentes condições de preços de derivados de petróleo. A função objetivo retrata a rentabilidade diária da unidade, considerando: custos da matéria-prima, valorização dos produtos e custos de energia e utilidades envolvidas no processo Abstract: This paper concerms a simulation, forecast of performance and optimization of the section of fractionation and recovery of effluent products from the reactor of the Fluid Catalytic Cracking Unit, FCCU-I, of Paulínia Refinery (REPLAN). The unit has been simulated by using the HYSIM (Hyprotech Simulator), a commercial process simulator widely used in the oil industry. Simulation has been carried out to the point that it presented results consistent with those obtained in practice, both in what concerns operational conditions and yields of products obtained in the unit as well as quality of products obtained through laboratory analyses. Performance of the unit under different operational conditions, with respect to the efficiency of the recovery of noble products and distribution of the components of greater interest in the various streams, has been analysed. Such analysis has been made for each variable of interest, individually. A computer program has been developed ¿ a Modified Simplex type optimizer (Box Method), which interfaces with the process simulator, enabling to find the values of the operacional variables of optimization, which maximizes the objective function. The objective function portrays the daily profitability of the unit, taking into account: raw material costs, valorization of the products and costs of energy and utilities involved in the process. The conclusion has been reached that the operational optimum of the plant is a function of the price profile of the petroleum derivatives and costs of utilities Mestrado Mestre em Engenharia Química