Controle. Controle. Introdução. Importância do Controle de Processos. Idéia. Típico Processo Industrial - Problema da Tennessee-Eastman

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1 do e Conceitos Básicos de Prof. Dr. Jorge Otávio Trierweiler Departamento de Eng. uímica Universidade ederal do Rio Grande do Sul Típico Processo Industrial - Problema da Tennessee-Eastman Esquema de Reação: A(g) + C(g) + D(g) G(liq) A(g) + C(g) + E(g) H(liq) A(g) + E(g) (liq) Deptº. Eng. uímica / URGS - 3D(g) 2(liq) 2 do do - Segurança e proteção - ualidade d dos produtos - Operação suave Importância do de Processos Idéia Manipulada: Setpot TC - Monitoração dos processos Melhoria dos processos lexibilidade d nos projetos Limites operacionais SDCD C I Aumento da produtividade Deptº. Eng. uímica / URGS - Lucro 3 Deptº. Eng. uímica / URGS - 4

2 do Caso de estudo - Coluna de destilação Coluna de separação do VAC do ácido acético, Esta coluna compõe a unidade de produção de vil acetileno (VAC). O VAC é utilizado como matéria prima para produção de acrílico. Coluna de destilação azeotrópica. Destilação azeotrópica Denoma-se destilação azeotrópica todo o processo de destilação que utiliza a formação de um azeótropo com um ou mais componentes da mistura para efetuar a separação. uase na totalidade dos casos, o azeótropo é mais volátil sendo removido no topo da primeira coluna. do Caso de estudo - Coluna de destilação Alimentação: [mol/mol] VAC:0,206 H 2 O: 0,28 HAc: 0,53 PI TI Orgânico Aquoso AI Deptº. Eng. uímica / URGS - 5 Deptº. Eng. uímica / URGS - 6 Coluna de destilação (cont.) do Coluna de destilação (cont.) do PI H 2 0 VAC TI Orgânico Aquoso AI PI TI Orgânico Aquoso AI VAC H HAc Deptº. Eng. uímica / URGS - 7 HAc Deptº. Eng. uímica / URGS - 8

3 do do Perguntas: uais são os objetivos operacionais da coluna? Composição de topo e fundo Operação sem undação Operação sem esvaziamento ou transbordo dos vasos de topo e fundo (nível de terface) Pressão Aumento e dimuição da carga da unidade d Segurança... Tipos de Graus de Liberdade Graus de Liberdade de Projeto Graus de Liberdade Operacionais Deptº. Eng. uímica / URGS - 9 Deptº. Eng. uímica / URGS - 0 do do Perguntas: uais são os graus de liberdade operacional? Variáveis manipuladas (manipulated variables, MVs)? Válvula (vazão) da fase orgânica de topo Válvula (vazão) da fase aquosa de topo Válvula (vazão) de fundo Válvula (vazão) do fluido de refrigeração Válvula (vazão) do fluido de aquecimento Válvula (Vazão) de refluxo Perguntas: ual é a strumentação necessária? uais são os medidores? Nível total e de terface do vaso de topo () Medidor do nível do vaso de fundo () Pressão Total (PI) Diferença de Pressão (PDI) Vazão (I) Temperaturas (TI) Composição (AI) Deptº. Eng. uímica / URGS - Deptº. Eng. uímica / URGS - 2

4 do do Perguntas: uais são os prcipais distúrbios? Vazão de alimentação Temperatura / Entalpia da alimentação Composição da alimentação Malha de controle Elemento de medição Elemento de atuação Algoritmo matemático Vl Valor de referência Características do fluido de aquecimento Características ac cas do fludo de refrigeração... Deptº. Eng. uímica / URGS - 3 Deptº. Eng. uímica / URGS - 4 do do SISO SISO Sgle Input Sgle Output Uma entrada Uma saída Maioria dos controladores dustriais Exemplo: Chuveiro elétrico (ducha corona) Variável Controlada: vazão Variável Manipulada: abertura de válvula Deptº. Eng. uímica / URGS - 5 Deptº. Eng. uímica / URGS - 6

5 Malhas de controle T do T f T T Tanque Tubulação 2 SET e=erro= SET - e C T Tanque do T T f Tubulação T f T T MV => (Manipulated Variable), CV => (Controlled Variable), Distúrbio=>T,,, T f etc Retroalimentação (eedback) Deptº. Eng. uímica / URGS - 7 Deptº. Eng. uímica / URGS - 8 do do T f T T f SET - C T SET - C2 T Tanque T Tubulação SET - e C C Tanque T Tubulação TY Malhas Cascata TC Retroalimentação com Antecipação (eedforward) TC Deptº. Eng. uímica / URGS - 9 Deptº. Eng. uímica / URGS - 20

6 do do MIMO MIMO Multi - Input, Multi - Output Múltiplas entradas, múltiplas saídas Totalidade dos processos dustriais Moria dos controladores Exemplo: Chuveiro com junker Novo componente acoplamento Temperatura Vazão Deptº. Eng. uímica / URGS - 2 Deptº. Eng. uímica / URGS - 22 do Acoplamento uero aumentar a temperatura Temperatura Vazão do do Consiste no controle dos acúmulos de líquido, gases e sólidos. Sem o controle automatizado destes acúmulos o processo não pode operar. O controle é feito através de malhas feedback, as quais precisam estar necessariamente fechadas para permitir a operação da unidade. O acúmulo de líquido é medido por medidores de nível e o de gases por medidores de pressão. Para a coluna temos: controle da pressão, nível do vaso de fundo, nível total do vaso de topo e da terface. Deptº. Eng. uímica / URGS - 23 Deptº. Eng. uímica / URGS - 24

7 do do O primeiro passo consiste na escolha das variáveis manipuladas que serão utilizadas para controlar o ventário. Nível do vaso de fundo pode ser controlado por: (a) vazão de fundo (b) carga térmica da unidade (refervedor) Nível do vaso de topo e de terface podem ser controlados por: (a) refluxo, (b) destilado orgânico e (c) destilado aquoso Pressão pode ser controlada pela (a) taxa de resfriamento (condensador) ou (b) taxa de aquecimento (refervedor) Os graus de liberdade que sobrarem serão utilizados para controlar as composições. Podem ser utilizadas razões entre vazões, p.ex. (L/D, V/B, L/ etc). As razões são feedforward trínsecos e são altamente recomendáveis de serem utilizados. Necessitam de medidores de vazão para poderem ser implementados. do Descrição Matemática ΔΤ Δ A L s () s ρc ΔT () () s = G s = e and ( s ) V Δ T ( s ) s + = G d () s = V e V s + A L s Deptº. Eng. uímica / URGS - 25 Deptº. Eng. uímica / URGS - 26 Descrição Matemática set do V e V s + T ρ c A L s C V - s + e T A L s Respostas de T de 2 ordem do T f SET - e C T Tanque T Tubulação Deptº. Eng. uímica / URGS - 27 Deptº. Eng. uímica / URGS - 28

8 requency Response of SISO Systems req_t.mdl Var_zeta.m Deptº. Eng. uímica / URGS - 29 Deptº. Eng. uímica / URGS - 30 do do Deptº. Eng. uímica / URGS - 3 Deptº. Eng. uímica / URGS - 32

9 do do Deptº. Eng. uímica / URGS - 33 Deptº. Eng. uímica / URGS - 34 do Unidade d de Aquecimento - Exemplo do Unidade de Aquecimento - Exemplo Deptº. Eng. uímica / URGS - 35 G () s =, G2() s = τ s + τ s + (), 2 K G = 3 TI_30(s) EL3 s ττ 2s = 2 τ τ s ( τ + τ 2 ) ( τ + τ ) s 2 s + G + k EL energia mantida no sistema () s () k 3 = and G 4 s = k = =,0 k τ 3s + Deptº. Eng. uímica / URGS EL - Prof. energia Dr. Jorge fornecida O. Trierweiler ao sistema 3 () s 36

10 do do Deptº. Eng. uímica / URGS - 37 Deptº. Eng. uímica / URGS - 38