Bioengenharia no controle de processos erosivos de áreas de hidrelétricas – o caso da PCH Costa Rica (MS)

The crescent increasing demand of the electric power in Brazil has stimulated the implantation of Small Central Hydroelectric Power (SCHP) in several regions of the country. However, the silting up of the reservoirs is one of the main problems faced by hydroelectric power plants and SCHP. In this context, this research aimed evaluate the phenomenology and propose the enforcement of appropriate bioengineering techniques to control the intense erosive process of the hydrographical basin of the “Alto Rio Sucuriú,” that cause silting up of the reservoirs of the SCHP Costa Rica, located in the municipal district of Costa Rica (MS). In order to identify the phenomenology of the main falling in of this basin, a diagnosis of the conditions of the physical environment of the region (climate, geology, pedology, hydrology, and use of the ground) was realized. A surveying was also realized to specify the geometric feature of the falling in using the Total Station of the Ruide brand, series RTS 860R and the geodetic GPS of the Ashtech brand and the data obtained was used on the preparation of the Digital Elevation Model (DEM) of the falling in. Based on this diagnosis an official register of the falling in was done with identification of the different types of present erosion. Due to the advanced erosive stage of the falling in researched, the use of bioengineering techniques could be the best solution considering that the traditional engineering techniques make use of heavy material like concrete, iron and large machines that besides causing higher impact to the natural and esthetic aspects of the environment also require a higher investment of capital. This research establish a great cooperation to the knowledge of the erosive process and of the rehabilitation of the degraded areas with application of bioengineering techniques not only hydrographical basin of “Alto Rio Sucuriú” but also to other basins that show similar situation

Análise de sistemas de máquinas térmicas em plantas de processos químicos

Pressure drop and energy efficiency of compressors in chemical plants are the focus of this study. Its objective is an analysis of possible sources of energy loss through the study of pressure loss in pipes, calculation of thermodynamic efficiency of the compressors. Important issues are raised for this analysis such as the types of compressors, the operating range of each compressor, compression types, as well as a study of accessories such as filters and valves. After studying these issues was carried out calculations of pressure drop step-bystep and with a software WIPCD. Followed by the calculation of efficiency of compressors and monthly energy cost of each compressor in operation. Finally, the study shows some suggestions for immediate improvements, changes and suggestions for possible future purchases of compressors

Controle dos processos erosivos em áreas de afloramento do Aqüífero Guarani no Brasil.

2008

Desenvolvimento de analisadores virtuais aplicados a colunas de destilação industriais

Nas indústrias de processo, algumas variáveis como as composições de topo de colunas de destilação são quantificadas através de análises laboratoriais e ou de analisadores em linha. Este tipo de controle apresenta algumas limitações tais como custos de manutenção e o tempo de amostragem (em geral análises laboratoriais ocorrem de 1 a 3 vezes ao dia). Para melhoria destes métodos, as variáveis podem ser continuamente estimadas a partir de sua relação com as variáveis medidas diretamente no processo. Através de um algoritmo matemático, um analisador virtual de propriedades pode ser construído, sendo necessário para o seu desenvolvimento um modelo simplificado do processo. Este trabalho teve como objetivo a construção de dois analisadores virtuais para estimação das composições de topo de duas colunas fracionadoras de tolueno presentes em uma indústria petroquímica. Para tal, estudou-se as metodologias existentes para construção de analisadores voltados para aplicações em colunas de destilação. O desenvolvimento de analisadores virtuais tem como base três etapas: seleção de variáveis secundárias, construção de modelos e correção/adaptação de modelos. Tais etapas, baseadas principalmente em métodos estatísticos, foram estudadas e as técnicas que melhor se adaptaram ao caso em questão foram empregadas com resultados satisfatórios. Realizaram-se também estudos comparativos entre modelos estacionários e dinâmicos e modelos construídos a partir de dados de simulação e de processo. As simulações foram conduzidas nos softwares Aspen PlusÒ e Aspen DynamicsÒ e o software usado para implementação dos analisadores na indústria foi o Aspen IQÒ.

Desenvolvimento de uma ferramenta para obtenção de modelos empíricos

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta de regressão multivariável apropriada para abordar o problema da modelagem de propriedades relacionadas à qualidade final de produtos em processos industriais. No caso geral, dados provenientes de sistemas físicos e químicos típicos do meio industrial são caracterizados pela presença de relação não linear entre as variáveis, podendo, ainda, apresentar outros problemas que dificultam o processo de modelagem empírica, como baixa disponibilidade de observações experimentais, presença de ruído excessivo nas medidas e a presença de colinearidade entre os termos explicativos. Foi feita uma revisão de diferentes métodos de regressão multivariável tais como regressão linear múltipla (MLR), regressão não linear baseada em transformações das variáveis explicativas e métodos de redução de dimensionalidade (PCA, PLS, QPLS e BTPLS). Também foram propostas novas metodologias para a abordagem das questões da seleção de variáveis e estimação das incertezas dos modelos. Posteriormente, utilizando as metodologias revisadas e propostas, foi sugerida uma sistemática para o tratamento da questão da modelagem empírica de dados industriais, que constitui a base para a implementação da ferramenta desejada. A aplicabilidade da ferramenta desenvolvida foi ilustrada através de alguns estudos de caso retirados da literatura, onde modelos para a predição de propriedades relativas à qualidade de produtos produzidos em quatro tipos de processos industriais diferentes são obtidos.

Identificação de sistemas contínuos utilizando o método dos momentos de Poisson

A maioria dos métodos de síntese e sintonia de controladores, bem como métodos de otimização e análise de processos necessitam de um modelo do processo em estudo. A identificação de processos é portanto uma área de grande importância para a engenharia em geral pois permite a obtenção de modelos empíricos dos processos com que nos deparamos de uma forma simples e rápida. Mesmo não utilizando leis da natureza, os modelos empíricos são úteis pois descrevem o comportamento específico de determinado processo. Com o rápido desenvolvimento dos computadores digitais e sua larga aplicação nos sistemas de controle em geral, a identificação de modelos discretos foi amplamente desenvolvida e empregada, entretanto, modelos discretos não são de fácil interpretação como os modelos contínuos pois a maioria dos sistema com que lidamos são de representação contínua. A identificação de modelos contínuos é portanto útil na medida que gera modelos de compreensão mais simples. A presente dissertação estuda a identificação de modelos lineares contínuos a partir de dados amostrados discretamente. O método estudado é o chamado método dos momentos de Poisson. Este método se baseia em uma transformação linear que quando aplicada a uma equação diferencial ordinária linear a transforma em uma equação algébrica evitando com isso a necessidade do cálculo das derivadas do sinais de entrada e saída Além da análise detalhada desse método, onde demonstramos o efeito de cada parâmetro do método de Poisson sobre o desempenho desse, foi realizado também um estudo dos problemas decorrentes da discretização de sinais contínuos, como por exemplo o efeito aliasing decorrente da utilização de tempos de amostragem muito grandes e de problemas numéricos da identificação de modelos discretos utilizando dados com tempos de amostragem muito pequenos de forma a destacar as vantagens da identificação contínua sobre a identificação discreta Também foi estudado um método para compensar a presença de offsets nos sinais de entrada e saída, método esse inédito quando se trata do método dos momentos de Poisson. Esse trabalho também comprova a equivalência entre o método dos momentos de Poisson e uma metodologia apresentada por Rolf Johansson em um artigo de 1994. Na parte final desse trabalho são apresentados métodos para a compensação de erros de modelagem devido à presença de ruído e distúrbios não medidos nos dados utilizados na identificação. Esses métodos permitem que o método dos momentos de Poisson concorra com os métodos de identificação discretos normalmente empregados como por exemplo ARMAX e Box-Jenkins.

Número de desempenho robusto não-linear : uma nova medida do grau de não-linearidade

nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN são novos índices, propostos nesta dissertação, que quantificam o grau de não-linearidade total, estática e dinâmica, respectivamente, de sistemas dinâmicos não- lineares. Estes novos índices permitem responder se é necessária a utilização de controladores não-lineares ou se simples controladores lineares apresentarão desempenho satisfatório. Além disso, se um controlador não- linear se fizer necessário, quais características este deve apresentar. Nesta dissertação é realizado um estudo acerca das metodologias para determinação do grau de não- linearidade de plant as industriais. Entre as encontradas, a que apresenta as melhores potencialidades é estudada em detalhes, tendo seus atributos e deficiências explorados. As deficiências foram sanadas e um novo conjunto de índices é proposto (nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN), o qual, além de apresentar resultados conclusivos em termos quantitativos, também traz novas informações valiosas para a escolha do controlador adequado, como a parcela estática e dinâmica da não- linearidade. A metodologia proposta é aplicada e testada em um conjunto bastante amplo e complementar de possíveis sistemas dinâmicos não-lineares (tais como: pH, reatores químicos e coluna de destilação de alta pureza) onde o comportamento nãolinear já foi explorado na literatura O desenvolvimento e o estudo do comportamento dinâmico de uma planta laboratorial de cinco tanques acoplados são apresentados. Este sistema possui dinâmica e ganhos variáveis, descontinuidades, inversão no sinal do ganho multivariável e diferentes graus de acoplamento, ilustrando de forma simples vários possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. Devido a esta grande versatilidade a planta foi construída e testada, confirmando os comportamentos previstos nos estudos teóricos.

Planejamento de perturbações para a identificação de modelos dinâmicos

A identificação de modelos é determinante no sucesso das modernas técnicas de controle avançado de processos. Um modelo para o sistema pode ser obtido através de modelagem rigorosa, baseada em equações governantes do sistema ou através da modelagem empírica e estimação de parâmetros. Embora mais rápida e fácil, a modelagem empírica necessita de alguns testes de identificação nos quais as variáveis manipuladas são variadas de modo que resultem em variações nas variáveis controladas. Os testes de identificação podem apresentar custos muito elevados tendo em vista que o sistema pode sair de seu ponto normal de operação, gerando produtos com folga de especificação. Este fato ocorre porque usualmente as perturbações aplicadas nas variáveis manipuladas nas indústrias de processos são independentes umas das outras, aumentando a duração do teste de identificação. Desta forma, neste trabalho foi desenvolvida uma nova metodologia de projeto de perturbações simultâneas para a identificação de modelos dinâmicos baseada na direcionalidade do sistema, com o objetivo de fornecer dados mais ricos para se capturar corretamente o comportamento multivariável do sistema e manter o processo no ponto de operação normal. As perturbações são projetadas conforme as características de um modelo simplificado do processo, ou pré-modelo. Este modelo inicial é obtido essencialmente de dados históricos de planta, selecionados através de uma sistemática análise de correlação desenvolvida neste trabalho A metodologia proposta é composta de duas partes: a primeira parte diz respeito à análise dos dados históricos de planta para obtenção de informações prelimirares as quais são utilizadas no planejamento de perturbações, tais como amplitude do ruído de medida, correlação entre as variáveis de processo, constante de tempo do sistema e matriz de ganhos. E a segunda parte consiste no cálculo da amplitude das perturbações baseado nos resultados da primeira etapa do planejamento. Para sistemas mal-condicionados verificou-se que as perturbações planejadas pela metodologia removem menos a planta de seu ponto de operação gerando resultados mais consistentes em relação às perturbações tradicionais. Já para sistemas bem-condicionados, os resultados são semelhantes. A metodologia foi aplicada em uma unidade piloto experimental e numa unidade de destilação da PETROBRAS, cujos resultados apontam pouca remoção dos sistemas do ponto de operação e modelos consistentes. A validação dos modelos também foi contemplada na dissertação, uma vez que foi proposto um novo critério de validação que considera a derivada dos dados de planta e a do modelo e não apenas os dados de planta e os dados da simulação das saídas do modelo.

Estimação da porcentagem de flúor em alumina fluoretada proveniente de uma planta de tratamento de gases por meio de um sensor virtual neural

As indústrias têm buscado constantemente reduzir gastos operacionais, visando o aumento do lucro e da competitividade. Para alcançar essa meta, são necessários, dentre outros fatores, o projeto e a implantação de novas ferramentas que permitam o acesso às informações relevantes do processo de forma precisa, eficiente e barata. Os sensores virtuais têm sido aplicados cada vez mais nas indústrias. Por ser flexível, ele pode ser adaptado a qualquer tipo de medição, promovendo uma redução de custos operacionais sem comprometer, e em alguns casos até melhorar, a qualidade da informação gerada. Como estão totalmente baseados em software, não estão sujeitos a danos físicos como os sensores reais, além de permitirem uma melhor adaptação a ambientes hostis e de difícil acesso. A razão do sucesso destes tipos de sensores é a utilização de técnicas de inteligência computacional, as quais têm sido usadas na modelagem de vários processos não lineares altamente complexos. Este trabalho tem como objetivo estimar a qualidade da alumina fluoretada proveniente de uma Planta de Tratamento de Gases (PTG), a qual é resultado da adsorção de gases poluentes em alumina virgem, via sensor virtual. O modelo que emula o comportamento de um sensor de qualidade de alumina foi criado através da técnica de inteligência computacional conhecida como Rede Neural Artificial. As motivações deste trabalho consistem em: realizar simulações virtuais, sem comprometer o funcionamento da PTG; tomar decisões mais precisas e não baseada somente na experiência do operador; diagnosticar potenciais problemas, antes que esses interfiram na qualidade da alumina fluoretada; manter o funcionamento do forno de redução de alumínio dentro da normalidade, pois a produção de alumina de baixa qualidade afeta a reação de quebra da molécula que contém este metal. Os benefícios que este projeto trará consistem em: aumentar a eficiência da PTG, produzindo alumina fluoretada de alta qualidade e emitindo menos gases poluentes na atmosfera, além de aumentar o tempo de vida útil do forno de redução.

Implantação do controle estatístico de processos em uma empresa de manufatura de óleo de arroz

Esta dissertação aborda o controle e garantia da qualidade no processo de manufatura de óleo de arroz, através do monitoramento estatístico de variáveis de processo e produto, com vistas a atingir padrões de excelência no processo produtivo e na satisfação dos clientes. O Controle Estatístico de Processos (CEP) fornece uma descrição detalhada do comportamento do processo, identificando sua variabilidade e possibilitando controlar esta ao longo do tempo. O CEP utiliza cartas de controle de processo, auxiliando na identificação de causas comuns e especiais de variação. A dissertação apresenta uma revisão detalhada da literatura abordando dois temas principais: (i) controle dos processos de manufatura do óleo de arroz (ii) implantação do controle estatístico de processos. Após priorização das características de qualidade a serem monitoradas no processo e treinamento do pessoal, apresenta-se a implantação efetiva do controle estatístico no processo de manufatura de óleo de arroz, através das seguintes etapas: (i) Definição do projeto, (ii) Planejamento da implantação, (iii) Treinamento em controle estatístico de processos, (iv) Implantação efetiva e (v) Acompanhamento e consolidação. Através dos dados coletados ao longo da implantação, são apresentadas conclusões, comparando a estabilidade e capacidade dos processos das diversas características de qualidade monitoradas, antes e depois da implantação do controle estatístico de processos. Assim, verificou-se com a implantação do CEP nos postos 1 (preparação) e 2 (extração) foram obtidas melhorias e no posto 3 (refinaria) devido a falta de automatização dos processos, estes foram menos beneficiados.

Diretrizes para o planejamento e controle integrados dos processos de projeto e produção na construção civil

Tradicionalmente o processo de desenvolvimento do produto (PDP) tem sido realizado através do cumprimento seqüencial de metas relacionadas a fases segmentadas. Entretanto, o aumento da complexidade dos produtos e dos processos, observado nas últimas décadas, tem exigido das empresas a modificação da forma de conduzir esse processo. Neste contexto, o atendimento rápido e eficaz às solicitações de mercado tem sido considerado essencial ao sucesso das empresas nos mais variados setores. Em resposta às novas demandas, muitas empresas passaram a utilizar práticas relacionadas à organização simultânea do desenvolvimento do produto, as quais são amplamente conhecidas como engenharia simultânea (ES). Da sua parte, a comunidade acadêmica tem procurado entender este novo processo, através da busca de um novo referencial teórico. A partir dessas novas abordagens vários trabalhos têm sido desenvolvidos no sentido de contribuir para a melhoria do PDP. Entretanto, um assunto pouco investigado é o planejamento e controle desse processo Assim, o objetivo deste trabalho consiste em propor um conjunto de diretrizes para a integração do planejamento e controle dos processos de projeto e produção na construção civil, para empreendimentos complexos, rápidos e com elevado grau de incerteza. O método de pesquisa envolveu a realização de quatro estudos de caso em uma empresa construtora de Porto Alegre, que atua no mercado de edificações industriais, comerciais e hospitalares para clientes privados. Esses estudos tiveram empreendimentos de construção civil como objeto de análise. A integração do planejamento e controle do PDP foi a unidade de análise. O estudo constatou que a integração do planejamento e controle integrado dos processos de projeto e produção é viável e essencial à redução de perdas no PDP. Para este fim, podem ser utilizados métodos e ferramentas simples para o planejamento e controle do processo de projeto ao longo do PDP. Como contribuições conceituais, este trabalho possibilitou o melhor conhecimento da natureza do processo de projeto no que diz respeito ao estabelecimento de planos de projeto.

Ambiente de simulação híbrido integrando hysys e rede industrial Foundation Fieldbus aplicado ao controle de uma coluna de destilação

The main purpose of this work is to develop an environment that allows HYSYS R chemical process simulator communication with sensors and actuators from a Foundation Fieldbus industrial network. The environment is considered a hybrid resource since it has a real portion (industrial network) and a simulated one (process) with all measurement and control signals also real. It is possible to reproduce different industrial process dynamics without being required any physical network modification, enabling simulation of some situations that exist in a real industrial environment. This feature testifies the environment flexibility. In this work, a distillation column is simulated through HYSYS R with all its variables measured and controlled by Foundation Fieldbus devices