Implementação de uma estrutura de controle indireto da concentração de etanol em uma coluna de destilação híbrida
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Date
2013-01-31Primeiro membro da banca
Soares, Rafael de Pelegrini
Segundo membro da banca
Franchi, Claiton Moro
Terceiro membro da banca
Salau, Nina Paula Gonçalves
Metadata
Show full item recordAbstract
A operação unitária de destilação exige uma grande quantidade de energia na
separação de etanol. É de extremo interesse minimizar a energia gasta no processo e,
nesta tarefa, o controle desempenha um papel importante. Neste trabalho, um
controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) é proposto para assegurar a
concentração de etanol combustível no valor desejado, isto é, próximo de 92º INPM,
assim como economizar energia através do mínimo consumo energético no
refervedor. É bem conhecido que os analisadores de concentração apresentam um
alto custo e tem um tempo de resposta elevado. Devido a estas limitações foi
desenvolvido um modelo de inferência no qual a concentração do produto é inferida
através da combinação entre a temperatura do produto e relações termodinâmicas,
proporcionando o monitoramento e, posteriormente, o controle indireto desta
variável. Além disso, a inferência da concentração permite definir o valor de
referência da temperatura do produto que assegure a produção de etanol na
concentração desejada. A estrutura de controle escolhida leva em consideração o
valor de referência da temperatura do produto, como ponto de ajuste do controlador
SISO (Single Input Single Output) e, deste modo, a concentração de etanol no
produto é controlada indiretamente pelo controle direto da temperatura do produto. O
projeto do controlador depende de um bom modelo dinâmico entre a variável
manipulada (potência do refervedor) e a variável controlada (temperatura do
produto). Esta relação foi obtida por meio da identificação de dados do processo com
modelos paramétricos discretos, sendo que o Output Error e o ARMAX os modelos
que apresentaram o melhor desempenho. Vários métodos de sintonia foram
comparados para o projeto do controlador. Entre estes métodos, o Internal Model
Control (IMC) apresentou a melhor relação entre a robustez e o desempenho para ser
utilizado no processo de destilação em estudo. A seguir, o controlador proposto foi
validado no processo e os resultados mostraram o seu bom desempenho na obtenção
da composição do produto no valor desejado. Pode-se concluir que o controlador PID
proposto apresentou o desempenho esperado, dentro das limitações da
instrumentação disponível e das particularidades do processo.