Desenvolvimento de metodologia de eficiência energética para aplicação em processos industriais de laticínios

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem semântica de processos industriais com aplicações

The main hypothesis of this thesis is that the deve lopment of industrial automation applications efficiently, you need a good structuri ng of data to be handled. Then, with the aim of structuring knowledge involved in the contex t of industrial processes, this thesis proposes an ontology called OntoAuto that conceptua lly models the elements involved in the description of industrial processes. To validat e the proposed ontology, several applica- tions are presented. In the first, two typical indu strial processes are modeled conceptually: treatment unit DEA (Diethanolamine) and kiln. In th e second application, the ontology is used to perform a semantic filtering alarms, which together with the analysis of correla- tions, provides temporal relationships between alar ms from an industrial process. In the third application, the ontology was used for modeli ng and analysis of construction cost and operation processes. In the fourth application, the ontology is adopted to analyze the reliability and availability of an industrial plant . Both for the application as it involves costs for the area of reliability, it was necessary to create new ontologies, and OntoE- con OntoConf, respectivamentem, importing the knowl edge represented in OntoAuto but adding specific information. The main conclusions of the thesis has been that on tology approaches are well suited for structuring the knowledge of industrial process es and based on them, you can develop various advanced applications in industrial automat ion.

Estimação e compensação de não linearidades inerentes aos atuadores dos processos industriais

The oscillations presents in control loops can cause damages in petrochemical industry. Canceling, or even preventing such oscillations, would save up to large amount of dollars. Studies have identified that one of the causes of these oscillations are the nonlinearities present on industrial process actuators. This study has the objective to develop a methodology for removal of the harmful effects of nonlinearities. Will be proposed an parameter estimation method to Hammerstein model, whose nonlinearity is represented by dead-zone or backlash. The estimated parameters will be used to construct inverse models of compensation. A simulated level system was used as a test platform. The valve that controls inflow has a nonlinearity. Results and describing function analysis show an improvement on system response

Uma estratégia para controle e supervisão de processos industriais via Internet

Este trabalho descreve de uma fonna geral a proposta de uma estratégia para controle e supervisão de plantas industriais através da Internet. Tal proposta consiste na apresentação de três contextos distintos: o contexto planta industrial, o contexto servidor e o contexto cliente. O levantamento criterioso de requisitos para cada um dos contextos é apresentado. A união entre as tecnologias Web e os barramentos de campo resultam naturalmente no acesso remoto através da Internet a sistemas de automação industrial, sendo assim, surge uma nova tendência em tennos de supervisão e controle. A motivação para este trabalho surgiu através de alguns estudos de casos presentes na literatura, que disponibilizam laboratórios através da Internet. A maioria destes estudos de caso não possuía os requisitos considerados primordiais para a disponibilização de um processo através da Internet, como por exemplo, a independência de platafonna no lado cliente e um processo de escala industrial no contexto planta industrial. A estratégia proposta tem por objetivo suprir as carências apresentadas pela maioria dos centros de ensino e pesquisa que disponibilizam laboratórios através da Internet. Para validar a estratégia proposta, foi desenvolvido um sistema de acesso remoto no DELET da UFRGS que é constituído de uma Planta Piloto Foundation Fieldbus e sua posterior disponibilização para a Internet Neste trabalho é apresentada sua fundamentação teórica, sua aplicabilidade na área de automação industrial e controle, baseando-se no protocolo de comunicação industrial, o Foundation Fieldbus; descreve-se também como é feito o interfaceamento entre softwares de controle da Planta Piloto e o sistema de supervisão e controle indo até a estrutura de comunicação com a Internet para que se tome possível para o cliente da Internet visualizar e interagir com a Planta Piloto. Configuração de hardware e software e vários outros conceitos ligados às ferramentas utilizadas neste sistema também são abordados neste trabalho.

Avaliação de impactos e custos ambientais em processos industriais : uma abordagem metodológica

A preocupação com a qualidade ambiental aumentou significativamente nos últimos anos. Isso é evidenciado pela rígida legislação ambiental e pela mudança de comportamento da sociedade frente a esse assunto. Nesse contexto, as indústrias vêm sendo pressionadas a adequar seus processos produtivos às novas exigências. A fim de auxiliá-las nessa tarefa, várias metodologias de avaliação ambiental foram desenvolvidas, entre elas a Avaliação do Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment – LCA). Ela se destaca por buscar soluções globais e efetivas para os problemas ambientais, através de uma análise sistêmica. No entanto, assim como outras metodologias, o LCA não apresenta uma avaliação econômica estruturada em conjunto com a ambiental. Esta dissertação tem a finalidade de contribuir para o preenchimento dessa lacuna, através do desenvolvimento de uma abordagem consistente e estruturada, capaz de avaliar simultaneamente impactos e custos ambientais em processos industriais. Para isso, foram utilizados como bases teóricas o LCA, o Modelo Econômico de Controle e Avaliação de Impactos Ambientais (MECAIA), a Metodologia para a Contabilidade do Gerenciamento Ambiental (Environmental Management Accounting – EMA), o Método de Custeio Baseado em Atividades (Activity Based Costing – ABC), a Avaliação de Riscos (Risk Assessment) e a Análise de Modos e Efeitos de Falhas (Failure Mode and Effects Analysis – FMEA). A abordagem desenvolvida foi aplicada em uma indústria do setor metal-mecânico para avaliar os impactos e os custos ambientais de seu processo produtivo, evidenciando que aparentemente há uma relação direta entre esses dois fatores, ou seja, os resíduos que geram maior impacto sobre o meio ambiente também apresentam maior custo associado Por fim, constatou-se que a combinação das metodologias, dos métodos e dos modelos utilizados permitiu a elaboração de uma abordagem capaz de orientar a análise de um processo produtivo, a fim de identificar quais as etapas que geram maior impacto sobre o meio ambiente, além de apurar os gastos ambientais e classificá-los nas categorias de prevenção, correção e geração.

Floculação de leveduras por Lactobacillus fermentum em processos industriais de fermentação alcoólica avaliada por técnica fotométrica

Na produção de álcool por fermentação com leveduras, a floculação manifesta-se como um mecanismo natural de agregação de células. Essa condição pode ser induzida por vários fatores, entre eles, a interação entre bactérias floculentas como Lactobacillus fermentum e as leveduras. Esse fato torna-se prejudicial para o processo, pois tanto nas unidades que se utilizam do sistema de recuperação de células por centrifugação, como nas que não o utilizam, ocorrem perdas excessivas de fermento, em conseqüência dos problemas operacionais decorrentes da floculação, comprometendo seriamente o desempenho industrial. No presente trabalho, avaliou-se a floculação em vinho proveniente de fermentação experimental, sob duas condições de pH de fermento tratado utilizadas como inóculo e temperaturas de fermentação, não se observando diferenças significativas entre elas. Com este estudo, pôde-se ainda avaliar a capacidade de dispersão dos flocos em três condições de pH no tratamento do fermento em fase industrial, mostrando diferenças altamente significativas entre elas. A maior capacidade de dispersão no tratamento do fermento é desejável para o controle da floculação industrial, permitindo a sua centrifugação, com conseqüente separação das bactérias contaminantes do fermento. Essas constatações tornaram-se possíveis pelo emprego da técnica usual de determinação da floculação por espectrofotometria, modificada pela desfloculação prévia das amostras de vinho e fermento, o que conferiu maior estabilidade nas leituras.

Uso da RMN como um sensor online em processos industriais

Nuclear magnetic resonance (NMR) is one of the most versatile analytical techniques for chemical, biochemical and medical applications. Despite this great success, NMR is seldom used as a tool in industrial applications. The first application of NMR in flowing samples was published in 1951. However, only in the last ten years Flow NMR has gained momentum and new and potential applications have been proposed. In this review we present the historical evolution of flow or online NMR spectroscopy and imaging, and current developments for use in the automation of industrial processes.

Correlação entre microestrutura e comportamento de corrosão em duas ligas do sistema Al-Fe-Si produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo.

As chapas de ligas de alumínio trabalháveis são produzidas atualmente por dois processos, o método de vazamento contínuo conhecido TRC (Twin Roll Continous Casting) ou pelo método tradicional de vazamento de placas DC (Direct Chill). A fabricação de ligas de alumínio pelos dois processos confere características microestruturais diferentes quando comparadas entre si, o que se reflete em suas propriedades. Além disto, ocorrem variações microestruturais ao longo da espessura, especialmente nas chapas produzidas pelo processo TRC. Neste sentido, é importante estudar a evolução microestrutural que ocorre durante o seu processamento e sua influência com relação à resistência à corrosão. Dessa forma foi realizado neste trabalho um estudo comparativo do comportamento de corrosão, bem como das microestruturas do alumínio de alta pureza AA1199 (99,995% Al) e das ligas de alumínio AA1050 (Fe+Si0,5%) e AA4006 (Fe+Si1,8%) produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo. Os resultados obtidos evidenciaram que as microestruturas das ligas AA4006 DC e AA4006 TRC são distintas, sendo observada maior fração volumétrica dos precipitados na liga fabricada pelo processo TRC comparativamente ao DC. Para caracterizar o comportamento de corrosão foram realizados ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica, que mostraram a maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo TRC em comparação ao processo DC. Além disso, foi verificada, em ordem decrescente, uma maior resistência à corrosão do alumínio AA1050, seguida pela superfície da liga AA4006 e por fim, pelo centro da chapa desta última. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica para as ligas AA4006 fabricadas pelo processo TRC apresentaram melhor desempenho que o processo DC, principalmente em intervalos de 2 a 12 horas de imersão na solução de sulfato de sódio contaminada com íons cloreto. Para tempos de imersão acima de 4 horas foi observado comportamento indutivo em baixas frequências para os dois tipos de processamento investigados, o que foi associado à adsorção de espécies químicas, principalmente íons sulfato e oxigênio, na interface metal/óxido. As curvas de polarização anódica mostraram maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo viii TRC em comparação ao processo DC. Este comportamento foi associado às diferentes características microestruturais, observadas para liga AA4006 obtida pelos dois processos.

Sistema de predição de alarmes em processos industriais por classificação não-supervisionada

Um sistema de predição de alarmes com a finalidade de auxiliar a implantação de uma política de manutenção preditiva industrial e de constituir-se em uma ferramenta gerencial de apoio à tomada de decisão é proposto neste trabalho. O sistema adquire leituras de diversos sensores instalados na planta, extrai suas características e avalia a saúde do equipamento. O diagnóstico e prognóstico implica a classificação das condições de operação da planta. Técnicas de árvores de regressão e classificação não-supervisionada são utilizadas neste artigo. Uma amostra das medições de 73 variáveis feitas por sensores instalados em uma usina hidrelétrica foi utilizada para testar e validar a proposta. As medições foram amostradas em um período de 15 meses.

Estratégia para validação de processos de esterilização por vapor saturado em autoclaves nas indústrias farmacêuticas

O objetivo deste trabalho foi criar uma metodologia de validação e revalidação dos processos de esterilização por calor úmido em autoclaves horizontais, destacando os pontos críticos do processo e concentrando esforços onde são realmente necessários. Foram realizados estudos de distribuição térmica, de penetração de calor e de desafio microbiológico na validação da autoclave STERIS FINNAQUA 6912. Com o objetivo de avaliar o impacto de uma mudança e compreender a relação entre os fatores e suas interações para o processo de esterilização, foi utilizado o planejamento fatorial 23 dos fatores densidade da carga (quantidade de itens), embalagem do produto e localização na câmara interna. Os estudos de distribuição térmica confirmaram a distribuição homogênea de calor na câmara interna durante o tempo de exposição a 121C. As temperaturas variaram entre 120,35C e 120,92C com desvio padrão máximo de 0,12C. Os estudos de penetração de calor confirmaram exposições equivalentes a 121C por 24 minutos em todos os itens da carga (F0 > 24 minutos). Em todos os estudos para cargas secas, os índices de capacidade do processo (Cpk) foram maiores que 1,33. Os ensaios de desafio microbiológico garantiram níveis de esterilidade (S.A.L.) maiores que 12 reduções logarítmicas em relação aos indicadores biológicos Geobacillus stearothermophilus. Não foi detectada a presença de endosporos sobreviventes nos 132 indicadores biológicos utilizados nos quatro ciclos desafiados. Com base no planejamento experimental verificou-se que, para o nível de significância de 95% , as mudanças nos fatores posição, embalagem e quantidade da carga não são significativas para o processo de esterilização, em autoclave com remoção forçada de ar. Já para o nível de significância de 90%, a interação Posição x Embalagem apresentou significância estatística no processo de esterilização com valor P de 0,080

Reconfiguração dinâmica de estratégias distribuídas em dispositivos foundation fieldbus para a otimização de processos na indústria do petróleo

The petrochemical industry has as objective obtain, from crude oil, some products with a higher commercial value and a bigger industrial utility for energy purposes. These industrial processes are complex, commonly operating with large production volume and in restricted operation conditions. The operation control in optimized and stable conditions is important to keep obtained products quality and the industrial plant safety. Currently, industrial network has been attained evidence when there is a need to make the process control in a distributed way. The Foundation Fieldbus protocol for industrial network, for its interoperability feature and its user interface organized in simple configuration blocks, has great notoriety among industrial automation network group. This present work puts together some benefits brought by industrial network technology to petrochemical industrial processes inherent complexity. For this, a dynamic reconfiguration system for intelligent strategies (artificial neural networks, for example) based on the protocol user application layer is proposed which might allow different applications use in a particular process, without operators intervention and with necessary guarantees for the proper plant functioning

Uma arquitetura para sistemas supervisórios industriais e sua aplicação em processos de elevação artificial de petróleo

The using of supervision systems has become more and more essential in accessing, managing and obtaining data of industrial processes, because of constant and frequent developments in industrial automation. These supervisory systems (SCADA) have been widely used in many industrial environments to store process data and to control the processes in accordance with some adopted strategy. The SCADA s control hardware is the set of equipments that execute this work. The SCADA s supervision software accesses process data through the control hardware and shows them to the users. Currently, many industrial systems adopt supervision softwares developed by the same manufacturer of the control hardware. Usually, these softwares cannot be used with other equipments made by distinct manufacturers. This work proposes an approach for developing supervisory systems able to access process information through different control hardwares. An architecture for supervisory systems is first defined, in order to guarantee efficiency in communication and data exchange. Then, the architecture is applied in a supervisory system to monitor oil wells that use distinct control hardwares. The implementation was modeled and verified by using the formal method of the Petri networks. Finally, experimental results are presented to demonstrate the applicability of the proposed solution

Análise dos Processos de Flotação e Oxidação Avançada para o Tratamento de Efluente Modelo da Indústria do Petróleo

The generation of wastes in most industrial process is inevitable. In the petroleum industry, one of the greatest problems for the environment is the huge amount of produced water generated in the oil fields. This wastewater is a complex mixture and present great amounts. These effluents can be hazardous to the environmental without adequate treatment. This research is focused in the analysis of the efficiencies of the flotation and photo-oxidation processes to remove and decompose the organic compounds present in the produced water. A series of surfactants derivated from the laurilic alcohol was utilized in the flotation to promote the separation. The experiments have been performed with a synthetic wastewater, carefully prepared with xylene. The experimental data obtained using flotation presented a first order kinetic, identified by the quality of the linear data fitting. The best conditions were found at 0.029 g.L-1 for the surfactant EO 7, 0.05 g.L-1 for EO 8, 0.07 g.L-1 for EO 9, 0.045 g.L-1 for EO 10 and 0.08 g.L-1 for EO 23 with the following estimated kinetic constants: 0.1765, 0.1325, 0.1210, 0.1531 and 0.1699 min-1, respectively. For the series studied, the most suitable surfactant was the EO 7 due to the lower reagent onsumption, higher separation rate constant and higher removal efficiency of xylene in the aqueous phase (98%). Similarly to the flotation, the photo-Fenton process shows to be efficient for degradation of xylene and promoting the mineralization of the organic charge around 90% and 100% in 90 min

Degradação fotoquímica de efluentes industriais contendo polipropileno e isoniazida

One of the main impacts to the environment is the water pollution, where the industrial sector is one of the main sources of this problem. In order to search for a solution, the industrial sector is looking forward to new technologies to treat its wastewaters with the goal to reuse the water in the own process. In this mode, the treatment presents a reduction in its costs with the water suply. One of these technologies that are getting more and more applications is the advanced oxidative processes (AOP´s). In this work two industrial wastewaters have been studied, i.e., containing polymers and pharmacus. In the case of the wastewaters with polymers the UV/H2O2 process has been applied with a systematic series of experiments, using irradiation from a mercury lamp and also solar. The following variables of the UV/H2O2 process for the polymers wastewaters have been studied systematically with the lamp reactor: mode of addition of hydrogen peroxide, temperature, time of reaction, hydrogen peroxide concentration and power of the lamp (80, 125, 250 and 400W). The results demonstrated to be satisfactory, obtaining rates of organic charge removal of 100% in 120 minutes of reaction. The studied variables for the experiments with solar irradiation using polymers wastewaters were only the time of reaction, the mode of addition and concentration of the hydrogen peroxide. The results with the solar irradiation demonstrated to be not satisfactory, reaching maximum of 22% of TOC removal in 240 minutes of reaction. This is in accordance with the fact that the solar source has only 5% of low UV irradiation. With respect to the photodegradation of the pharmacus wastewaters, the process UV/H2O2 and photo-Fenton have been applied. As a source of photons, in this case, a mercury UV lamp of 80 W has been used. The studied variables for the experiments with artificial irradiation with the pharmacus wastewaters were: initial concentration of the pollutant, concentration of Fe2+ and time of reaction. The results demonstrated a degree of degradation fairly satisfactory, showing a maximum conversion value of 46% in 120 minutes