Modelagem para identificação de indicadores de eficiência energética para edificações e plantas industriais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Gerenciamento de Big Data em plantas industriais

Nowadays the companies generate great amount of data from different sources, however some of them produce more data than they can analyze. Big Data is a set of data that grows very fast, collected several times during a short period of time. This work focus on the importance of the correct management of Big Data in an industrial plant. Through a case study based on a company that belongs to the pulp and paper area, the problems resolutions are going to be presented with the usage of appropriate data management. In the final chapters, the results achieved by the company are discussed, showing how the correct choice of data to be monitored and analyzed brought benefits to the company, also best practices will be recommended for the Big Data management

Gerenciamento de Big Data em plantas industriais

Nowadays the companies generate great amount of data from different sources, however some of them produce more data than they can analyze. Big Data is a set of data that grows very fast, collected several times during a short period of time. This work focus on the importance of the correct management of Big Data in an industrial plant. Through a case study based on a company that belongs to the pulp and paper area, the problems resolutions are going to be presented with the usage of appropriate data management. In the final chapters, the results achieved by the company are discussed, showing how the correct choice of data to be monitored and analyzed brought benefits to the company, also best practices will be recommended for the Big Data management

Desenvolvimento de um jogo sério para modelagem, operação e manutenção de plantas industriais

Com o avanço tecnológico e o nível de imersão que a tecnologia representa na vida de seus usuários, novas metodologias de ensino surgem objetivando valer-se deste potencial para atingir os estudantes de forma mais eficaz. O uso de jogos sérios na educação conquista espaço junto a pesquisadores e educadores, dado seu poder imersivo e lúdico servindo como intermédio entre a teoria e a prática, facilitando a cognição de tópicos elementares e avançados. Baseado neste contexto, o foco deste trabalho é o desenvolvimento de um jogo sério dos tipos educacional e simulador, visando expor aos estudantes do ensino médio e da graduação tópicos elementares sobre a modelagem, operação e manutenção de plantas industriais, devido sua importância em ambientes industriais.

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.

Métricas de desempenho para sistema de alarmes de processos industriais

The evolution of automation in recent years made possible the continuous monitoring of the processes of industrial plants. With this advance, the amount of information that automation systems are subjected to increased significantly. The alarms generated by the monitoring equipment are a major contributor to this increase, and the equipments are usually deployed in industrial plants without a formal methodology, which entails an increase in the number of alarms generated, thus overloading the alarm system and therefore the operators of such plants. In this context, the works of alarm management comes up with the objective of defining a formal methodology for installation of new equipment and detect problems in existing settings. This thesis aims to propose a set of metrics for the evaluation of alarm systems already deployed, so that you can identify the health of this system by analyzing the proposed indices and comparing them with parameters defined in the technical norms of alarm management. In addition, the metrics will track the work of alarm management, verifying if it is improving the quality of the alarm system. To validate the proposed metrics, data from actual process plants of the petrochemical industry were used

Otimização do problema de localização de instalações aplicado ao comércio e distribuição de combustíveis

Um dos problemas mais relevantes em organizações de grande porte é a escolha de locais para instalação de plantas industriais, centros de distribuição ou mesmo pontos comerciais. Esse problema logístico é uma decisão estratégica que pode causar um impacto significativo no custo total do produto comercializado. Existem na literatura diversos trabalhos que abordam esse problema. Assim, o objetivo desse trabalho é analisar o problema da localização de instalações proposto por diferentes autores e definir um modelo que seja o mais adequado possível ao mercado de distribuição de combustíveis no Brasil. Para isso, foi realizada uma análise do fluxo de refino e distribuição praticado neste segmento e da formação do respectivo custo de transporte. Foram consideradas restrições como capacidade de estoque, gama de produtos ofertados e níveis da hierarquia de distribuição. A partir dessa análise, foi definido um modelo matemático aplicado à redução dos custos de frete considerando-se a carga tributária. O modelo matemático foi implementado, em linguagem C, e permite simular o problema. Foram aplicadas técnicas de computação paralela visando reduzir o tempo de execução do algoritmo. Os resultados obtidos com o modelo Single Uncapacited Facility Location Problem (SUFLP) simulado nas duas versões do programa, sequencial e paralela, demonstram ganhos de até 5% em economia de custos e redução do tempo de execução em mais de 50%.

Geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos

Este trabalho aborda o tema da geração de sistemas supervisórios a partir de modelos orientados a objetos. A motivação para realização do trabalho surgiu com o estudo de sistemas supervisórios e de ferramentas de suporte à modelagem de sistemas usando orientação a objetos. Notou-se que nos primeiros, apesar de possuírem como principal objetivo a visualização de estados e grandezas físicas relacionadas a componentes de plantas industriais (nível de um tanque, temperatura de um gás, por exemplo), os modelos computacionais utilizados baseiam-se em estruturas de dados não hierárquicas, nas quais variáveis de contexto global e não encapsuladas, as chamadas “tags”, são associadas às grandezas físicas a serem visualizadas. Modelos orientados a objeto, por outro lado, constituem uma excelente proposta para a criação de modelos computacionais nos quais a estrutura e semântica dos elementos de modelagem é bastante próxima a de sistemas físicos reais, facilitando a construção e compreensão dos modelos. Assim sendo, a proposta desenvolvida neste trabalho busca agregar as vantagens do uso de orientação a objetos, com conceitos existentes em sistemas supervisórios, a fim de obter-se ferramentas que melhor auxiliem o desenvolvimento de aplicações complexas. Classes e suas instâncias são usadas para modelagem de componentes da planta industrial a ser analisada. Seus atributos e estados são associados às grandezas físicas a serem visualizadas. Diferentes formas de visualização são associadas às classes, aumentando assim o reuso e facilitando o desenvolvimento de sistemas supervisórios de aplicações complexas. A proposta conceitual desenvolvida foi implementada experimentalmente como uma extensão à ferramenta SIMOO-RT, tendo sido denominada de “Supervisory Designer”. A ferramenta desenvolvida estende o modelo de objetos e classes de SIMOO-RT, permitindo a adição de informações específicas para supervisão – tais como as definições de limites para os atributos. A ferramenta foi validada através do desenvolvimento de estudos de casos de aplicações industriais reais, tendo demonstrado diversas vantagens quando comparada com o uso de ferramentas para construção de sistemas supervisórios disponíveis comercialmente).

Uma avaliação técnico/econômica da reciclagem de revestimentos asfálticos a frio em usina em área urbana

Trata-se nesta dissertação do emprego da reciclagem a frio de revestimentos asfálticos em usina com a finalidade de aproveitamento como camada de revestimento em vias de tráfego leve e muito leve. São revistos os conceitos de dimensionamento de pavimentos e da dosagem de misturas asfálticas. Dá-se especial atenção ao valor do revestimento asfáltico recuperado e a relevância que a reciclagem tem sobre a redução do descarte de resíduos sólidos no meio ambiente. Identifica-se a importância do emprego da reciclagem sobre o comportamento da sociedade. A metodologia adotada tem por base uma revisão bibliográfica dos registros de trabalhos de reciclagem a frio realizados no Brasil e no exterior. Faz-se um relato dos procedimentos de caracterização dos materiais envolvidos e dos cuidados a serem observados para obter-se um produto final de qualidade. Estão aqui descritos os processos industriais de usinagem da mistura reciclada em plantas industriais fixas. É estabelecida uma proposta de definição da viabilidade econômica de emprego da reciclagem a frio em comparação com o revestimento asfáltico tradicional. Ao final são registrados temas a serem estudados visando tornar a reciclagem a frio de revestimentos asfálticos em usinas de áreas urbanas mais conhecida e considerada como alternativa para a melhoria da qualidade de vida nas cidades.

Integração energética da rede de trocadores de calor em extração por solvente para a produção de farelo branco de soja

A síntese de redes de trocadores de calor foi muito bem estudada pela comunidade científica nos últimos trinta anos, porém, o desenvolvimento de métodos e a melhoria dos já existentes sempre foram o foco principal da grande maioria dos autores. São poucos os trabalhos que aplicam qualquer uma das metodologias a situações reais e discorrem sobre as dificuldades encontradas - provavelmente porque as empresas não têm interesse em tornar público os resultados obtidos. Este trabalho aplica a metodologia do ponto de estrangulamento na nova fábrica de farelo branco do Parque Industrial de Esteio e, portanto, pode servir como um guia prático aos profissionais que desejem fazer o mesmo em outras plantas industriais. Esta dissertação sintetiza duas redes de trocadores de calor para a fábrica de farelo branco de Esteio, levando em consideração as condições econômicas e os custos de equipamento e de montagem no Brasil. A primeira rede estabelecida é baseada em aproveitamentos térmicos utilizados pelos fabricantes e pelas empresas que dominam a tecnologia de extração de óleos vegetais, já a segunda rede sintetizada utiliza a metodologia do ponto de estrangulamento. Os dois resultados obtidos são bastante viáveis economicamente, sendo que a rede sintetizada pelo ponto de estrangulamento é mais econômica. O Valor Presente Líquido é utilizado como critério de cálculo de viabilidade das duas redes. Foi demonstrado que para a realidade brasileira este critério é mais adequado que o Custo Total Anualizado. A flexibilidade da rede produzida pelo método do ponto de estrangulamento foi avaliada de maneira preliminar por simulação e tabelas de sensibilidade. O resultado obtido é robusto na posta em marcha e quando a planta é submetida a variações no extrator - situações que produzem distúrbios importantes e freqüentes. A aplicação da metodologia do ponto de estrangulamento na integração energética da fábrica de farelo branco confirmou a simplicidade do método e a sua forte interação com o engenheiro de processos. O Rio Grande do Sul tem muito a ganhar se esta metodologia for disseminada nas universidades e nas empresas que compõe o parque industrial do estado.

Contratos de terceirização de manutenção industrial na modalidade risco: análise comparativa das avaliações e expectativas entre o setor industrial e as empresas fornecedoras de serviços

O objetivo principal deste trabalho é avaliar as formas de contratação de manutenção industrial praticadas nos últimos anos e identificar os elementos que devem ser considerados na elaboração de um contrato baseado em performance, com remuneração variável e cláusulas de risco, sob a óptica de quem contrata (indústrias) e de quem fornece (empresas especializadas) esse tipo de serviço. Para se chegar ao modelo sugerido, o estudo utiliza uma analogia com o "jogo da forca" (jogo infantil de salão que baseia-se no processo de tentativa e erro) para desenvolver um processo de desconstrução dos modelos atuais de contratação de manutenção, identificando os fatores determinantes (para cada forma de contrato mais utilizada) para o insucesso financeiro e operacional atualmente percebido. Após a tentativa de ordenação das causas dos problemas correntes, o trabalho passa para o objetivo principal, que é o de listar os fatores críticos de sucesso para um contrato de manutenção por performance e, finalmente, sugerir um modelo básico de atuação para que os resultados almejados sejam obtidos. Com a identificação e implementação desses elementos num novo modelo de contrato de risco de manutenção, acredita-se ser possível minimizar os problemas comerciais e operacionais que atualmente representam obstáculos ao sucesso da terceirização da manutenção em plantas industriais, particularmente no Brasil . A metodologia se baseia em análise dos resultados de pesquisa de campo através de questionário realizado junto aos principais gestores de grandes grupos industriais e com os executivos das empresas prestadoras de serviço de manutenção industrial.

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.

Solução de conflitos: análise de dez casos.

A prática da negociação é tão antiga quanto a existência do ser humano. Segundo Shell (1999, p. 6, tradução nossa), “todos nós negociamos muitas vezes ao dia”. Negociam-se sobre infinitos assuntos com pessoas da mesma cultura ou de outra totalmente distinta, nos mais diversos ambientes. Na verdade, a negociação está tão presente que não se passa um dia sequer sem que se negocie algo, desde aumentos de salário até a construção de plantas industriais no exterior, em cenário de conflito político. O objetivo geral deste trabalho é levá-lo a compreender por que algumas dessas negociações são bem-sucedidas enquanto outras fracassam. Afim de que este objetivo seja atingido, é preciso inicialmente descrever o que se passa no momento em que a negociação está ocorrendo. Todavia, a descrição do processo em si tão somente não leva a maiores conquistas. É preciso também diagnosticar o que está acontecendo de errado para então prescrever soluções corretivas ou preventivas, conforme o caso. Em suma, os objetivos do presente trabalho visam responder às seguintes perguntas de pesquisa: 1. Qual é o perfil do negociador brasileiro? 2. O brasileiro negocia assuntos diferentes da mesma maneira? 3. Quando confrontado com outras culturas, como o brasileiro se comporta?O trabalho contempla um levantamento, pesquisa na forma de questionário, submetido com sucesso à apreciação de algumas centenas de brasileiros, com o intuito de saber como se comportam diante de dez situações reais em cenários diferentes, cuidadosamente escolhidos e que serão analisados ao longo do presente trabalho. Alguns resultados obtidos foram bastante curiosos. O leitor é convidado a explorar as conclusões sobre os desafios enfrentados pelos brasileiros nos dez cenários citados.

Lógica Fuzzy para Controle de pH em um Processo Petrolífero

This work proposes the design, the performance evaluation and a methodology for tuning the initial MFs parameters of output of a function based Takagi-Sugeno-Kang Fuzzy-PI controller to neutralize the pH in a stirred-tank reactor. The controller is designed to perform pH neutralization of industrial plants, mainly in units found in oil refineries where it is strongly required to mitigate uncertainties and nonlinearities. In addition, it adjusts the changes in pH regulating process, avoiding or reducing the need for retuning to maintain the desired performance. Based on the Hammerstein model, the system emulates a real plant that fits the changes in pH neutralization process of avoiding or reducing the need to retune. The controller performance is evaluated by overshoots, stabilization times, indices Integral of the Absolute Error (IAE) and Integral of the Absolute Value of the Error-weighted Time (ITAE), and using a metric developed by that takes into account both the error information and the control signal. The Fuzzy-PI controller is compared with PI and gain schedule PI controllers previously used in the testing plant, whose results can be found in the literature.

Detecção e diagnóstico de falhas não-supervisionados baseados em estimativa de densidade recursiva e classificador fuzzy auto-evolutivo

In this work, we propose a two-stage algorithm for real-time fault detection and identification of industrial plants. Our proposal is based on the analysis of selected features using recursive density estimation and a new evolving classifier algorithm. More specifically, the proposed approach for the detection stage is based on the concept of density in the data space, which is not the same as probability density function, but is a very useful measure for abnormality/outliers detection. This density can be expressed by a Cauchy function and can be calculated recursively, which makes it memory and computational power efficient and, therefore, suitable for on-line applications. The identification/diagnosis stage is based on a self-developing (evolving) fuzzy rule-based classifier system proposed in this work, called AutoClass. An important property of AutoClass is that it can start learning from scratch". Not only do the fuzzy rules not need to be prespecified, but neither do the number of classes for AutoClass (the number may grow, with new class labels being added by the on-line learning process), in a fully unsupervised manner. In the event that an initial rule base exists, AutoClass can evolve/develop it further based on the newly arrived faulty state data. In order to validate our proposal, we present experimental results from a level control didactic process, where control and error signals are used as features for the fault detection and identification systems, but the approach is generic and the number of features can be significant due to the computationally lean methodology, since covariance or more complex calculations, as well as storage of old data, are not required. The obtained results are significantly better than the traditional approaches used for comparison