Modelagem e simulação de padrões arquiteturais de plantas.

2009

Contribuição ao desenvolvimento de ontologias para processos petroquímicos : estudo de caso em uma planta DEA

In the last decades, the oil, gas and petrochemical industries have registered a series of huge accidents. Influenced by this context, companies have felt the necessity of engaging themselves in processes to protect the external environment, which can be understood as an ecological concern. In the particular case of the nuclear industry, sustainable education and training, which depend too much on the quality and applicability of the knowledge base, have been considered key points on the safely application of this energy source. As a consequence, this research was motivated by the use of the ontology concept as a tool to improve the knowledge management in a refinery, through the representation of a fuel gas sweetening plant, mixing many pieces of information associated with its normal operation mode. In terms of methodology, this research can be classified as an applied and descriptive research, where many pieces of information were analysed, classified and interpreted to create the ontology of a real plant. The DEA plant modeling was performed according to its process flow diagram, piping and instrumentation diagrams, descriptive documents of its normal operation mode, and the list of all the alarms associated to the instruments, which were complemented by a non-structured interview with a specialist in that plant operation. The ontology was verified by comparing its descriptive diagrams with the original plant documents and discussing with other members of the researchers group. All the concepts applied in this research can be expanded to represent other plants in the same refinery or even in other kind of industry. An ontology can be considered a knowledge base that, because of its formal representation nature, can be applied as one of the elements to develop tools to navigate through the plant, simulate its behavior, diagnose faults, among other possibilities

Contribuição ao desenvolvimento de ontologias para processos petroquímicos : estudo de caso em uma planta DEA

In the last decades, the oil, gas and petrochemical industries have registered a series of huge accidents. Influenced by this context, companies have felt the necessity of engaging themselves in processes to protect the external environment, which can be understood as an ecological concern. In the particular case of the nuclear industry, sustainable education and training, which depend too much on the quality and applicability of the knowledge base, have been considered key points on the safely application of this energy source. As a consequence, this research was motivated by the use of the ontology concept as a tool to improve the knowledge management in a refinery, through the representation of a fuel gas sweetening plant, mixing many pieces of information associated with its normal operation mode. In terms of methodology, this research can be classified as an applied and descriptive research, where many pieces of information were analysed, classified and interpreted to create the ontology of a real plant. The DEA plant modeling was performed according to its process flow diagram, piping and instrumentation diagrams, descriptive documents of its normal operation mode, and the list of all the alarms associated to the instruments, which were complemented by a non-structured interview with a specialist in that plant operation. The ontology was verified by comparing its descriptive diagrams with the original plant documents and discussing with other members of the researchers group. All the concepts applied in this research can be expanded to represent other plants in the same refinery or even in other kind of industry. An ontology can be considered a knowledge base that, because of its formal representation nature, can be applied as one of the elements to develop tools to navigate through the plant, simulate its behavior, diagnose faults, among other possibilities

Estudos de estratégias de identificação paramétrica para detecção e diagnóstico de faltas em um processo industrial do tipo tanques comunicantes

Esta dissertação apresenta uma técnica para detecção e diagnósticos de faltas incipientes. Tais faltas provocam mudanças no comportamento do sistema sob investigação, o que se reflete em alterações nos valores dos parâmetros do seu modelo matemático representativo. Como plataforma de testes, foi elaborado um modelo de um sistema industrial em ambiente computacional Matlab/Simulink, o qual consiste em uma planta dinâmica composta de dois tanques comunicantes entre si. A modelagem dessa planta foi realizada através das equações físicas que descrevem a dinâmica do sistema. A falta, a que o sistema foi submetido, representa um estrangulamento gradual na tubulação de saída de um dos tanques. Esse estrangulamento provoca uma redução lenta, de até 20 %, na seção desse tubo. A técnica de detecção de falta foi realizada através da estimação em tempo real dos parâmetros de modelos Auto-regressivos com Entradas Exógenas (ARX) com estimadores Fuzzy e de Mínimos Quadrados Recursivos. Já, o diagnóstico do percentual de entupimento da tubulação foi obtido por um sistema fuzzy de rastreamento de parâmetro, realimentado pela integral do resíduo de detecção. Ao utilizar essa metodologia, foi possível detectar e diagnosticar a falta simulada em três pontos de operação diferentes do sistema. Em ambas as técnicas testadas, o método de MQR teve um bom desempenho, apenas para detectar a falta. Já, o método que utilizou estimação com supervisão fuzzy obteve melhor desempenho, em detectar e diagnosticar as faltas aplicadas ao sistema, constatando a proposta do trabalho.

Modelagem e controle adaptativo de uma planta didática de nível com instrumentação industrial

The control, automation and optimization areas help to improve the processes used by industry. They contribute to a fast production line, improving the products quality and reducing the manufacturing costs. Didatic plants are good tools for research in these areas, providing a direct contact with some industrial equipaments. Given these capabilities, the main goal of this work is to model and control a didactic plant, which is a level and flow process control system with an industrial instrumentation. With a model it is possible to build a simulator for the plant that allows studies about its behaviour, without any of the real processes operational costs, like experiments with controllers. They can be tested several times before its application in a real process. Among the several types of controllers, it was used adaptive controllers, mainly the Direct Self-Tuning Regulators (DSTR) with Integral Action and the Gain Scheduling (GS). The DSTR was based on Pole-Placement design and use the Recursive Least Square to calculate the controller parameters. The characteristics of an adaptive system was very worth to guarantee a good performance when the controller was applied to the plant

Precisão de planta planialtimétrica gerada por modelagem numérica de superfície a partir de coordenadas UTM plano retangulares coletadas em receptor GPS topográfico

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Modelagem como ferramenta de análise para o uso de composto de lixo urbano na cana-de-açúcar.

O manejo de ocmposto de lixo (CL) oferece um fertilizante alternativo na cana-de-açúcar (possui alto teor de matéria orgânica e nutrientes) e traz ainda uma solução social e ambiental. O objetivo deste estudo é o acompanhamento dos processos de crescimento, maturação e transferência de metais na cana-de-açúcar, afetados pela adição de CL, através de modelos matemáticos como ferramenta de apoio à decisão. Este estudo busca uma alternativa masi econômica ao produtor e uma solução governamental para disposição final sustentável do lixo urbano. O Modelo de Crescimento adaptado a esse estudo foi descrito por Teruel (1996), o qual demonstrou maior vigor vegetativo em cana adubada com CL suplementada com PK e nas dosagens 0 e 60 t.ha-1, e o Índice de área foliar (IAF) máximo atingido foi mais tardio na cana que recebeu tratamento com CL sem suplementação mineral. Para estudo da curva de maturação da cana-de-açúcar foi ajustado o modelo de Mitscherlich (Udo, 1983). Concluiu-se que houve uma influência da dose de CL no tempo em que a cana atinge o ter mínimo para industrialização (correlação negativa) e a resposta ótima da cultura em acumulação de açúcar ocorreu na combinação do CL com fertilizante P ou K. O modelo de transferência de metais pesados no sistema solo-cana, foi construído com base nos modelos compartimentais (solo, raiz e parte aérea). A translocação de metais foi grande para o cádmio, e a passagem de metais pesados para o caldo da cana foi baixa, não trazendo problemas à sua industrialização ou mesmo seu consumo in natura, quando adubada com as dosagens de CL testadas. Os três modelos utilizados nesse estudo mostraram ótimo ajuste e podem servir como base à formulação de normas de uso do CL, podendo estimar quantidades de cada metal em cada parte da planta nos diversos cenários estudados e predizer a resposta em crescimento e desenvolvimento da cana-de-açúcar.

Modelagem e simulação de reatores de polimerização em leito fluidizado

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo dinâmico genérico para reatores de polimerização em leito fluidizado com capacidade de predizer produção, condições de operação e propriedades do produto, como o índice de fluidez e densidade. Este modelo genérico é então aplicado ao caso específico da polimerização de eteno em reatores do processo UNIPOL, utilizando catalisador de óxido de cromo. De modo a obter um modelo validado, os parâmetros cinéticos são estimados utilizando experimentos realizados em uma planta piloto UNIPOL. Também é apresentado um modelo simplificado em relação ao modelo proposto inicialmente, cujo objetivo é remover as interações dos parâmetros das malhas de controle com os parâmetros cinéticos a serem estimados, aproveitando medidas de planta não utilizadas pelo outro modelo. Junto com a parte de estimação de parâmetros é apresentada a metodologia da análise de sensibilidade para o planejamento de experimentos e estimação de parâmetros.

Modelagem e simulação dos reatores de polimerização em fase líquida do processo spheripol

O processo Spheripol é, atualmente, um dos mais utilizados na produção industrial de polipropileno e seus copolímeros. É composto por dois reatores tipo loop em série e, em alguns casos, um ou dois reatores tipo fase gás também em série. Neste trabalho é apresentado um modelo para os reatores loop do processo Spheripol. Os reatores loop são modelados como CSTR não ideais. O esquema cinético implementado é relativamente amplo, sendo capaz de englobar copolimerizações multisítio. Uma análise qualitativa do modelo é feita utilizando parâmetros cinéticos presentes na literatura e uma análise quantitativa do modelo é feita com base em dados reais de planta industrial. Ainda com base em dados de planta é feita uma estimação de parâmetros e a validação do modelo. Finalmente, o modelo com parâmetros estimados é aplicado num estudo de caso no qual também é criado um modelo de equilíbrio termodinâmico para a mistura reacional baseado na lei de Henry e na equação de estado de Peng-Robinson.

Simulação de reatores de polimerização de estireno : modelagem cinética e termodinâmica

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Metodologia para modelagem, validação e programação de controladores lógicos industriais usando statecharts básicos

Due of industrial informatics several attempts have been done to develop notations and semantics, which are used for classifying and describing different kind of system behavior, particularly in the modeling phase. Such attempts provide the infrastructure to resolve some real problems of engineering and construct practical systems that aim at, mainly, to increase the productivity, quality, and security of the process. Despite the many studies that have attempted to develop friendly methods for industrial controller programming, they are still programmed by conventional trial-and-error methods and, in practice, there is little written documentation on these systems. The ideal solution would be to use a computational environment that allows industrial engineers to implement the system using high-level language and that follows international standards. Accordingly, this work proposes a methodology for plant and control modelling of the discrete event systems that include sequential, parallel and timed operations, using a formalism based on Statecharts, denominated Basic Statechart (BSC). The methodology also permits automatic procedures to validate and implement these systems. To validate our methodology, we presented two case studies with typical examples of the manufacturing sector. The first example shows a sequential control for a tagged machine, which is used to illustrated dependences between the devices of the plant. In the second example, we discuss more than one strategy for controlling a manufacturing cell. The model with no control has 72 states (distinct configurations) and, the model with sequential control generated 20 different states, but they only act in 8 distinct configurations. The model with parallel control generated 210 different states, but these 210 configurations act only in 26 distinct configurations, therefore, one strategy control less restrictive than previous. Lastly, we presented one example for highlight the modular characteristic of our methodology, which it is very important to maintenance of applications. In this example, the sensors for identifying pieces in the plant were removed. So, changes in the control model are needed to transmit the information of the input buffer sensor to the others positions of the cell

Identificação de uma planta de corrente de um motor de indução utilizando redes de base radial

The present work describes the use of a mathematical tool to solve problems arising from control theory, including the identification, analysis of the phase portrait and stability, as well as the temporal evolution of the plant s current induction motor. The system identification is an area of mathematical modeling that has as its objective the study of techniques which can determine a dynamic model in representing a real system. The tool used in the identification and analysis of nonlinear dynamical system is the Radial Basis Function (RBF). The process or plant that is used has a mathematical model unknown, but belongs to a particular class that contains an internal dynamics that can be modeled.Will be presented as contributions to the analysis of asymptotic stability of the RBF. The identification using radial basis function is demonstrated through computer simulations from a real data set obtained from the plant

Projeto de um Transformador utilizado em uma Planta de Plasma

This work discusses the design of a transformer used in a plant plasma. This plant, which is being developed in UFRN, will be used in the treatment of waste. It consists basically of a radio frequency power supply and a inductive plasma torch. The transformer operates at the nominal frequency of 400 kHz, with 50 kW, allowing the adaptation of impedance between the power supply and torch. To develop the project, a study was done on the fabrication technologies and physical effects on the frequency of operation. This was followed by the modeling of this transformer. Finally, simulations and tests were conducted to validate the design

Modelagem do clima de ondas e seus efeitos sobre as feições morfológicas costeiras no litoral setentrional do Rio Grande do Norte

This thesis presents the results of application of SWAN Simulating WAves Nearshore numerical model, OF third generation, which simulates the propagation and dissipation of energy from sea waves, on the north continental shelf at Rio Grande do Norte, to determine the wave climate, calibrate and validate the model, and assess their potential and limitations for the region of interest. After validation of the wave climate, the results were integrated with information from the submarine relief, and plant morphology of beaches and barrier islands systems. On the second phase, the objective was to analyze the evolution of the wave and its interaction with the shallow seabed, from three transverse profiles orientation from N to S, distributed according to the parallel longitudinal, X = 774000-W, 783000-W e 800000-W. Subsequently, it was were extracted the values of directional waves and winds through all the months between november 2010 to november 2012, to analyze the impact of these forces on the movement area, and then understand the behavior of the morphological variations according to temporal year variability. Based on the results of modeling and its integration with correlated data, and planimetric variations of Soledade and Minhoto beach systems and Ponta do Tubarão and Barra do Fernandes barrier islands systems, it was obtained the following conclusions: SWAN could reproduce and determine the wave climate on the north continental shelf at RN, the results show a similar trend for the measurements of temporal variations of significant height (HS, m) and the mean wave period (Tmed, s); however, the results of parametric statistics were low for the estimates of the maximum values in most of the analyzed periods compared data of PT 1 and PT 2 (measurement points), with alternation of significant wave heights, at times overrated with occasional overlap of swell episodes. By analyzing the spatial distribution of the wave climate and its interaction with the underwater compartmentalization, it was concluded that there is interaction of wave propagation with the seafloor, showing change in significant heights whenever it interacts with the seafloor features (beachrocks, symmetric and asymmetric longitudinal dunes, paleochannel, among others) in the regions of outer, middle and inner shelf. And finally, it is concluded that the study of the stability areas allows identifications of the most unstable regions, confirming that the greatest range of variation indicates greater instability and consequent sensitivity to hydrodynamic processes operating in the coastal region, with positive or negative variation, especially at Ponta do Tubarão and Barra do Fernandes barrier islands systems, where they are more susceptible to waves impacts, as evidenced in retreat of the shoreline

Projeto de reguladores fuzzy Takagi-Sugeno utilizando as condições iniciais da planta

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)