Utilização de experimentos com relés para identificação de pontos da resposta em freqüência de sistemas multivariáveis quadrados e sintonia de controladores PID descentralizados. / It use relay experiments for square multivariable system frequency response and decentralized PID controller tunning.

O estudo e a compreensão da termodinâmica é extremamente importante para todos os processos que envolvam equilíbrio de fases. A determinação das propriedades termodinâmicas de uma mistura pode ser obtida por diferentes formas de cálculo, que podem consumir um grande tempo computacional e apresentar difícil solução. Para casos que envolvam controle e simulações online, otimizações em tempo real e até simuladores de treinamento de operadores (OTS) isso pode ser um fator decisivo no emprego da aplicação. Esta dissertação propõe uma nova formulação denominada de Método dos Modelos Termodinâmico Simplificado (MTS) em lugar da utilização dos modelos termodinâmicos locais (MTL), os quais são destinados à redução do tempo computacional de simulações de processos, através da aproximação de modelos rigorosos e da simplificação das rotinas de cálculos termodinâmicos de equilíbrio líquido-vapor. O MTS proposto neste trabalho é constituído por parâmetros que são estimados utilizando dados calculados de forma rigorosa e que permitem a sua utilização em uma região significativamente mais ampla. Inicialmente, avaliaram-se alguns MTLs empregados na literatura e a partir destes foi proposto um novo modelo com adição de um parâmetro capaz de melhorar a dependência da temperatura de ponto de bolha. Para se determinar os parâmetros do MTS, foi formulado um problema de otimização em que a função objetivo envolve os erros nos ajustes das constantes de equilíbrio e o erro na predição da temperatura de ponto de bolha da mistura, tendo como restrição de igualdade o somatório da composição da fase vapor. Nessa nova abordagem todos os parâmetros são obtidos simultaneamente. Em trabalhos anteriores, os parâmetros eram determinados através da resolução de um problema de mínimos quadrados formulados para cada constante de equilíbrio separadamente. As propriedades termodinâmicas obtidas com essa nova metodologia foram comparadas às propriedades obtidas com modelos rigorosos, apresentando boa correlação e solução simples. O novo MTS e a metodologia proposta foram também validados para uma mistura de cinco componentes. Finalmente o modelo obtido para a mistura acetona, benzeno e etanol foi implementado em uma simulação dinâmica de uma coluna de destilação. Os resultados obtidos foram muito satisfatórios, reduzindo o tempo de resolução do problema em aproximadamente 50 vezes quando comparado ao tempo necessário para resolver o mesmo problema utilizando o modelo rigoroso. / Thermodynamics is very important for all processes involving phase equilibrium. The determination of the thermodynamic properties of a mixture can be obtained by different ways of calculation, which can spend a large computational time and present difficult solution. For cases involving online control and simulations, real-time optimizations and operator training simulators (OTS) this point can be a decisive factor in the use of application. A new concept is proposed for the use of local thermodynamic models (LTM), which are aimed at reducing the computational time of processes simulations, through the approximation of rigorous models and simplifying thermodynamic routines of phase equilibrium calculations, to be used in a new approach, as a simplified thermodynamic models (STM) with global application. The STM presented consists of parameters that are estimated using data rigorous calculated. First of all, some LTM presented in the literature were evaluated and it was proposed a new model with the addition of one parameter that provides better adjustment to the bubble point temperature. This new model was called STM. After define an STM for a ternary mixture, we a new methodology to obtain the model parameters was proposed. In previous papers, the parameters were determined by solving a least squares problem, it is necessary to obtain separately the parameters of each component model. The new methodology is based on an optimization problem that minimizes the error between the K-value obtained by rigorous model and the K-value predicted by STM, adjusting the parameters of all components simultaneously in the same calculation and estimating the bubble point temperature of mixture. The thermodynamic properties obtained with this new method were compared to the properties obtained with rigorous models, presenting good correlation and simple solution. The new STM and the proposed methodology were also validated for a mixture of five components. Finally the model obtained for the mixture was implemented in a dynamic simulation of a distillation column, in which it was obtained very satisfactory results, reducing the time to resolution of the problem in about 50 times when compared to the time required to solve the same problem using the rigorous model.

Submitted by ANA CLAUDIA DE ANDRADE SOUZA LEÃO (anaclaudia.leao@gmail.com) on 2018-09-14T13:18:29Z No. of bitstreams: 1 AnaClaudiaAndradeSouzaLeao_VersãoFinal_MapInt2016_FGV1 (1).pdf: 3576496 bytes, checksum: 7ff146a5392433af8aa7007f06ef923e (MD5) / Approved for entry into archive by ÁUREA CORRÊA DA FONSECA CORRÊA DA FONSECA (aurea.fonseca@fgv.br) on 2018-09-14T20:11:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AnaClaudiaAndradeSouzaLeao_VersãoFinal_MapInt2016_FGV1 (1).pdf: 3576496 bytes, checksum: 7ff146a5392433af8aa7007f06ef923e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T13:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaClaudiaAndradeSouzaLeao_VersãoFinal_MapInt2016_FGV1 (1).pdf: 3576496 bytes, checksum: 7ff146a5392433af8aa7007f06ef923e (MD5) Previous issue date: 2018-07-05 / Objetivo - Esta dissertação tem como objetivo de investigar os fatores que causam barreiras à gestão de programas de fomento à pesquisa em uma instituição de saúde pública para que seja possível fornecer informações que permitam os gestores públicos uma melhor condução dos programas de financiamento e incentivo à pesquisa, a ser construído com base na experiência de gestão desse tipo de programa em uma instituição de saúde pública. Metodologia - O presente trabalho é classificado como uma pesquisa aplicada, pois visa encontrar conhecimento para aplicação de seus resultados práticos. Para atingir os objetivos propostos, o estudo foi desenvolvido através de uma pesquisa qualitativa de caráter exploratório, tendo como meio de investigação o estudo da implantação do Programa de Excelência em Pesquisa, o PROEP, no Instituto Aggeu Magalhães, unidade regional da Fundação Osvaldo Cruz (Fiocruz). A coleta de dados abrangeu: revisão de literatura e pesquisa documental. O tratamento de dados foi realizado por meio da técnica de análise de conteúdo. Por intermédio dos objetivos específicos o trabalho procurou categorizar e analisar as barreiras encontradas na gestão dos programas de fomento à pesquisa, na Fiocruz, considerando o PROEP; discutir as consequências relacionadas a presença dessas barreiras no Instituto Aggeu Magalhães e propor alternativas de superação com o propósito de colaborar para a diminuição as barreiras identificadas na gestão do PROEP. Resultados – Como resultado da análise dos dados, foram sugeridas alternativas de superação das barreiras na gestão de programas de fomento. A identificação de barreiras contribui para uma mais eficiente gestão destes programas, melhor aplicação dos recursos públicos, uma importante disponibilização de dados para tomada de decisão. A implementação das ações propostas neste estudo pode aperfeiçoar e tornar mais eficiente a gestão dos programas de fomento à pesquisa nas instituições públicas. Contribuições sociais - As contribuições desse estudo para uma boa gestão de programas de fomento à pesquisa trarão subsídios para a Fiocruz e outras instituições públicas cumprirem seu papel de promover a saúde e o bem-estar da população brasileira, por meio de pesquisas cientificas de excelência, voltadas para o fortalecimento do Sistema Único de Saúde (SUS). Contribuições práticas - A aplicabilidade da pesquisa é relevante devido ao fato que a adoção das ações propostas permite a superação das dificuldades que os gestores públicos enfrentam em conduzir os programas de fomento à pesquisa, em todas as etapas, de forma eficiente e eficaz diante das diferentes barreiras encontradas na gestão desses programas. Originalidade - A literatura sobre o assunto mostrou-se relativamente limitada. Há uma escassez de trabalhos quando o assunto versa sobre barreiras encontradas especificamente nos programas de fomento à pesquisa, como também, com este foco de uma instituição pública com a complexidade da Fiocruz, o que traz originalidade ao estudo. / Purpose - This dissertation aims to investigate the factors that cause barriers to the management of research promotion programs in a public health institution so that it is possible to provide information that allows public managers to better manage funding programs and encourage research, be built based on the experience of managing this type of program in a public health institution. Design/Methodology - The present work is classified as an applied research, because it aims to find knowledge to apply its practical results. In order to reach the proposed objectives, the study was developed through a qualitative research of an exploratory nature, having as a research medium the study of the implementation of the Program of Excellence in Research, PROEP, at the Aggeu Magalhães Institute, a regional unit of the Osvaldo Cruz Foundation (Fiocruz). Data collection included: literature review and documentary research. Data processing was performed using the content analysis technique. Through the specific objectives the work sought to categorize and analyze the barriers encountered in the management of research promotion programs in Fiocruz, considering Proep; to discuss the consequences related to the presence of these barriers in the Aggeu Magalhães Institute and to propose alternatives for overcoming with the purpose of collaborating to reduce the barriers identified in the management of Proep. Findings - As a result of the data analysis, alternatives were suggested to overcome barriers in the management of development programs. The identification of barriers contributes to a more efficient management of these programs, better application of public resources, an important availability of data for decision making. The implementation of the actions proposed in this study can improve and make more efficient the management of research promotion programs in public institutions. Practical implications - The applicability of the research is relevant due to the fact that the adoption of the proposed actions allow to overcome the difficulties that the public managers face in conducting the research promotion programs, in all the stages, in an efficient and effective way before the different barriers encountered in the management of these programs. Social implications - The contributions of this study to a good management of research promotion programs will provide subsidies for Fiocruz and other public institutions to fulfill their role of promoting the health and well-being of the Brazilian population through scientific research of excellence, aimed at strengthening the Unified Health System (SUS). Originality - The literature on the subject has been relatively limited. There is a shortage of works when the subject deals with barriers found specifically in the programs of foment to the research, as well, with this focus of a public institution with the complexity of the Fiocruz, which brings originality to the study.

Este trabalho traz um apanhado sobre a BPM Business Process Management com ênfase na modelagem de processos de negócios. Primeiramente é apresentado um estudo da gestão de processos de negócios e também uma visão geral sobre a BPMN Business Processing Modeling Notation notação padrão de modelagem da BPM. Posteriormente, o trabalho traz um estudo de casos múltiplos, realizado em uma empresa do setor moveleiro, onde três processos de negócio típicos foram estudados, formalizados em BPMN e posteriormente validados. Trata-se de uma pesquisa exploratória e o tratamento dos dados é predominantemente qualitativo. O estudo apresenta as percepções dos indivíduos quanto a utilização dos modelos da BPM, em busca de uma linguagem comum para comunicação de processos. Para a coleta de dados fez-se uso de entrevistas semi-estruturadas. Os resultados sugerem que a formalização dos processos através da BPMN é aplicável, considerando-se a percepção de utilidade do modelo, esforço na utilização e intenção de uso. Quanto a utilização dos elementos da notação, demonstrou-se que os modelos construídos seguem uma curva logarítmica quanto a densidade de ocorrências, corroborando com resultados de estudos anteriores. A BPM também demonstrou ser viável, considerando-se as principais barreiras de adoção: cultura, desempenho, responsabilidades, metodologia e tecnologia da informação. / This work presents some considerations about processes on organizations, around business process management (BPM) context, emphasizing business process modeling. First, it is presented a study on business process management and BPMN Business Process Modeling Notation standard BPM notation. In the sequence, it is presented a multiple case study, occurred in a furniture parts company, where three typical processes where studied, formalized using BPMN e then validated. It is an exploratory research, and data treatment is mainly qualitative. The research presents the perceptions from individuals about the use of the BPM models toward a common language for process communication. Semi-structured interviews where conducted for the purposes of data collection. Results suggests that the processes formalization through BPMN is applicable, considering the perception of effectiveness, effort on utilization and intent of use. The occurrence of elements on models, follows a logarithmic curve, corroborating previous studies. BPM seems to be viable, considering the main adoption barriers: culture, performance, responsibilities, methodologies and information technology.

Orientador: João A. F. da Rocha Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T02:32:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_AntonioCesar_D.pdf: 10706432 bytes, checksum: 6751ec412833a32b317b83af03ed2fe0 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Redes Neurais Artificiais (RNA) têm demonstrado um excelente desempenho em detecção e diagnóstico de falhas em muitas aplicações de engenharia. O grande problema quando se usa redes neurais está no fato de qua as redes somente funcionam bem para dados para os quais foi treinada. Isto significa que é necessário usar tantos dados quantos possíveis a fim de se cobrir uma larga faixa de condições operacionais do processo. Muitos dos trabalhos publicados em detecção de falhas estãor relacionados ao comportamento no estado estacionário, e o presente trabalho leva em conta a dinâmica do processo na detecção e diagnóstico de falhas. Um sistema computacional eficiente, baseado em redes neurais com Funções Base Radiais, foi desenvolvido para analisar a influência do comportamento dinâmico de plantas químicas complexas para detectar e diagnosticar falhas. A retropropagação usando a regra delta generalizada (RDG) para o cálculo do gradiente para o treinamento de RNA's não é conveniente para sistemas com grande quantidade de dados. Foi proposta também uma metodologia a qual permite agrupar dados para o estudo e análise de sistems complexos, o que permite a detecção e o diagnóstico em grandes sistemas / Abstract: Artificial Neural Networks (ANN) have demonstrated excellent performance in automatic fault detection and diagnosis in many engineering applications. The great problem when using neural networks, is that neural networks perform only as robustly as the data from which they are trained. This means that is necessary to use as much data as possible in order to cover the wider range of possible operational conditions of the processo Most of the published work on fault detection are related to steady state behavior, and the present work was undertaken to study the process dynamics effects on fault detection. A computational system based on neural networks was developed to analyze the influence of the dynamic behavior of a complex chemical plants to detect and to diagnose faults. An efficient artificial neural network which may be trained through large data sets has also been developed. Although backpropagation using a generalized delta mIe (GDR) for gradient calculation has been popularized as a method of training ANN, it is clear that that this methodology is unsuitable for large data systems. For large data systems we found the great efficiency of neural networks using Radial Basis Functions. Finally, is proposed a methodology which permits to group data from simple lumped systems to study and analyze complex systems which makes possible the detection and diagnosis of the large set of possible of fauIts / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiba_RafaelMassao_M.pdf: 4156025 bytes, checksum: 6b7f2bf2c33d458475abf019c06c839f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo do trabalho foi analisar a adequação de Gráficos de Controle (coloquialmente chamadas também de Cartas de Controle) para o controle da qualidade e do desempenho de processos químicos. Dentro deste tema, Cartas de Controle usualmente aplicadas na indústria foram testadas e analisadas para verificar o seu impacto e aplicabilidade com dados provenientes de processos transientes. Os resultados obtidos indicaram que a utilização inadvertida dessas ferramentas (inicialmente concebidas para a indústria mecânica) pode trazer impactos indesejáveis como ocorrência de alarmes falsos e atraso na detecção. Os dados provenientes de indústrias químicas, particularmente quando apresentam autocorrelação, devem ser analisados de maneira diferenciada. Voltado para essa necessidade, uma ferramenta inédita foi criada para o controle de qualidade quando há esse tipo de dados: a carta para coeficientes angulares, que utiliza as tendências lineares de pequenos trechos de dados para antecipar a detecção de causas especiais. Entre as vantagens dessa ferramenta estão facilidade de aplicação (a carta dispensa recursos computacionais específicos ou utilização de séries temporais), alto desempenho e robustez frente a ruídos nos dados. Os gráficos de controle apresentam a vantagem de dispensar o conhecimento prévio do processo, podendo tratá-lo como uma "caixa preta", abordagem muito conveniente para processos muito complexos, com grande número de etapas e variáveis, onde abordagem fenomenológica e fundamental através de modelos diferenciais matemáticos entre variáveis dependentes e independentes pode ser bastante laboriosa na prática do controle. Para verificar se um ajuste comum ao processo possa não ser suficiente para fazer o processo convergir novamente ao "set point" (e voltar à zona de controle), sugere-se o uso de uma ferramenta auxiliar, a Dinâmica de Sistemas. Ela seria usada na indicação da necessidade de intervenção especial em um processo. Com o seu método particular de criar modelos multivariados, a Dinâmica de Sistemas fornece uma maneira qualitativa e quantitativa de identificar as variáveis críticas para a qualidade do processo e para analisar seu comportamento dinâmico bem como as relações multivariadas existentes em uma planta química, consistindo em uma grande oportunidade para ser aplicada no nível operacional. Ela pode servir para mostrar se uma determinada intervenção especial faria o sistema se descontrolar ainda mais (fato comum de processos com excesso de controle, "over-controlled") ou se poderia servir para fazê-la convergir novamente a uma zona de controle / Abstract: The purpose of this study was to examine the suitability of using ordinary control charts such as Shewhart's and Averages chart to control the quality and performance of chemical processes. Within this theme, control charts commonly used in industry were tested and analyzed to determine its impact and applicability with data from transient processes. The obtained results indicate that the inadverted use of such tools (originally designed for mechanical engineering, which has discrete processes) can lead to undesirable effects such as the occurrence of false alarms and delay on special causes detection. Therefore, data originated at chemical industries, especially when autocorrelation is present, must be analyzed through special techniques. Towards this need, a new tool was created specially to this sort of data: The Slope Chart, which uses the linear trends of small subgroups of data to anticipate special causes detection. The main advantages of this tool are ease of application (this charts does not requires specific computer resources or time series modeling), higher performance and robustness against noise. Control Charts allow users to deal with the process as "Black Boxes", not requiring previous knowledge about the process for special cause detection. For a high complexity process, where there are a considerable number of steps and variables, this is an advantage provided that classic control would require phenomenological studies which might be laborious. Therefore, an auxiliary tool in the cases where an ordinary correction may not enough is proposed. Furthermore, it has been proposed the use of System Dynamics as an auxiliary tool to indicate whether or not it is necessary to act at the process. With its particular method of creating multivariate models, the System Dynamics serves the purpose of quality control, providing both qualitative and quantitative ways to see critical variables to the process quality and to analyze its dynamic behavior and the existing multivariate relations in chemical industries, consisting of a significant opportunity to be used at operational level. It can be useful to simulate whether a potential action would bring more variability to the process (which is usual in overcontrolled processes) or would be useful to correct the process / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Ana Maria Frattini Fileti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujiki_TatianaLie_M.pdf: 4171897 bytes, checksum: 8d38eee477ead69185c0d88b51cbeccd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A demanda de mercado com relação à qualidade dos produtos, à produtividade e lucratividade dos processos e à questão ambiental tem forçado as indústrias a buscar melhorias nos processos. Com esta finalidade, os engenheiros têm buscado no Controle de Processos soluções para sistemas não lineares e/ou transientes. Sistemas de controle avançados, baseados em Redes Neurais Artificiais (RNA), por serem adequados para modelar relações não lineares, podem ser indicados como soluções para estes casos. Neste trabalho, as equações algébricas de um modelo neural foram implementadas numa planilha do Microsoft Excel. O modelo neural foi treinado com o algoritmo de Levenberg- Marquardt, utilizando o toolbox de redes neurais do MATLAB e os pesos e bias encontrados foram inseridos na planilha. O monitoramento do sistema foi feito através de uma rede digital Fieldbus, configurada através do software Syscon. O sistema supervisório utilizado foi o Indusoft Web Studio, sendo a comunicação entre estes dois programas feita através do protocolo Ole for Process Control (OPC). A atualização das variáveis de entrada do modelo neural foi realizada através do sistema Open Data Base Connectivity (ODBC), responsável pela troca de informações entre o Indusoft e o Excel. A variável controlada um instante de amostragem à frente é automaticamente calculada a cada instante de amostragem e usada como função-objetivo no Solver do Excel (minimizar o erro quadrático). Restrições foram adicionadas ao método do gradiente descendente generalizado para que uma solução adequada fosse encontrada dentro de uma faixa de valores da variável manipulada. Como caso-estudo, este sistema de controle alternativo foi utilizado para controlar a temperatura interna de um tanque de precipitação de bromelina com etanol a frio, para evitar desnaturação da enzima. O processo de precipitação a partir de caldo de abacaxi foi realizado num tanque encamisado operando em regime de batelada alimentada, com agitação constante. O controle da temperatura do meio precipitante é feito através da manipulação da rotação da bomba de fluido refrigerante (propilenoglicol). Dados experimentais (75% do banco de dados de ensaios em malha aberta) foram utilizados para treinar a rede feed forward multicamadas. As variáveis de entrada da RNA, atualizadas a cada 4 segundos, são: temperatura do etanol, temperatura do meio precipitante (variável controlada), temperaturas de entrada e de saída do propilenoglicol, nível de líquido, rotação da bomba de propilenoglicol (variável manipulada) e degrau na bomba de propilenoglicol. Na camada intermediária, a função de ativação tangente hiperbólica foi aplicada a 14 neurônios. A variável de saída da rede é a temperatura do meio um instante de amostragem à frente, com a função de ativação linear. Testes offline com dados não vistos no treinamento mostraram que a RNA foi capaz de prever a temperatura do tanque, já que os coeficientes angular e linear dos gráficos de dispersão (saída calculada versus saída real) aproximavam-se de um e zero, respectivamente. O controlador alternativo foi implementado e os resultados experimentais mostraram sua efetividade em manter a temperatura do meio em torno do set-point (5°C). / Abstract: Intelligent systems, based on Artificial Neural Networks (ANN) have been studied as alternative solutions for ill-defined plants or nonlinear and transient systems, due to the worldwide market requirements for high standard products and safe and environmentally friendly processes. In this work, the algebraic equations of a neural model were implemented in a Microsoft Excel worksheet. This ANN was previously trained with Levenberg-Marquardt algorithm, using the ANN toolbox of MATLAB and the optimized weights and biases were inserted in the worksheet as well. By means of a digital Fieldbus network architecture, configured by Syscon Software, the data acquisition and process control were performed. The Indusoft Web Studio was employed as supervisory software and the communication between these two softwares was achieved through Ole for Process Control protocol. Since the data acquisition system is supposed to update the ANN input variables in the worksheet, information is exported from Indusoft to Excel through Open Data Base Connectivity system, which was properly configured. The onestep-ahead controlled variable is automatically predicted every sample time and then used in the objective function of the Excel Solver (quadratic error minimization), implemented via Visual Basic programming. Restrictions were added to the quasi-Newton optimization method so that a smooth solution could be found inside a suitable range of the manipulated variable. As a case-study, this alternative system was implemented to control the temperature of a bromelain precipitation tank. The bromelain recovery from pineapple juice was carried out in a fed-batch stirred tank, using precipitation with ethanol at low temperature to avoid protein denaturation. The coolant (propylene glycol) flow rate was manipulated through a variable speed pump. Experimental data (75% of the database from open-loop tests) was used to train a multi-layered feed forward ANN. The ANN input layer variables, updated every 4 seconds, were chosen as follows: ethanol temperature, bulk temperature (controlled variable), coolant inlet temperature and coolant outlet temperature, liquid volume, pump flow rate (manipulated variable) and pump flow rate variation. In the hidden layer a hyperbolic tangent function was applied to 14 neurons. The output variable was the one-step-ahead bulk temperature, using the linear activation function. Offline tests with unseen data proved that the ANN successfully predicted the tank temperature, as the linear fitting slope coefficient of the dispersion plots (network output versus target vector) was close to the unity and the interception coefficient was around zero. The alternative controller was implemented and experimental results showed its effectiveness in maintaining the bulk temperature around the set-point (5°C). From the present results it was clearly shown that this methodology is a promising new way to face complex process control problems and the tendency is to increase their range of applicability in industrial processes. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Teresa Moreira Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EstombeloMontesco_RichardAndres_D.pdf: 4286461 bytes, checksum: eb67a872094b54e948fda33c92db4f3a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A tendência nos últimos anos é de utilizar eficientemente a capacidade instalada de plantas de produção descontínua (flexível, multipropósito) de forma a analisar a viabilidade das demandas sem padrão dos diferentes produtos. O objetivo principal de produção é atender aos pedidos em um tempo relativamente curto, direcionado ao cliente e permitindo flexibilizar a planta. O objetivo deste trabalho é de propor uma análise de integração das etapas de planejamento e programação. Esta integração deve permitir medir corretamente as possibilidades reais de execução de planejamentos alternativos, e assim, propor um novo modelo a partir das variáveis comuns destes sistemas. Inicialmente analisou-se o método de propagação de restrições como um elo comum das duas etapas o qual, além de garantir que durante o processo de propagação de restrições não sejam eliminadas soluções factíveis, também permite recalcular as novas soluções integradas. Com esta integração consegue-se que as variáveis externas em determinadas etapas do processo de solução evitem re-processos computacionais, os quais em sistemas de grande porte podem significar gastos de tempo importante. As características do novo modelo são: utilização de janelas de processamento, planta descontínua, produção em batelada com restrições sobre os recursos compartilhados (equipamentos) e sobre armazenagem, com modo de operação na planta por atendimento de pedidos (direcionada ao cliente) / Abstract: The efficient use of installed capacity in discontinued production plants (flexible, multi-purpose) in such a way as to analyze the feasibility of standard-less demands of different products is a trend in recent years. The main objective of the production problem is to fulfill orders in a relatively short time, in a way that it is client-focused and enables keeping the plant flexible. The objective of this work was to introduce an analysis of the integration of the production planning and scheduling stages. This integration allows the correct measurement of the actual performance possibilities of alternative plans, introducing a new model based on the common variables of these systems. Initially, we analyzed the method of constraint propagation as a common bond of two stages, and besides, we guarantee the search space also allowed to recalculate the new integrated problems. With this integration, it was determined that the external variables at certain points in the solution process avoid re-computational processes in which large systems can mean spending important time. The characteristics of this new model are: usage of processing-windows; the use of discontinued plants; batch production with constraints on shared (equipment) and storage resources; and on-demand operation mode (client-focused) / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Este trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma estratégia de integração da otimização com o controle preditivo multivariável em uma camada. Os problemas de controle e otimização econômica são resolvidos simultaneamente em um mesmo algoritmo. A função objetivo econômica foi inserida no controlador na sua forma diferencial, ou seja, o gradiente da função objetivo econômica. O método foi testado por simulação para o caso do sistema reator regenerador da UFCC (Unit of Fluid Catalytic Cracker). Esta dissertação descreve a estratégia de otimização integrada ao controlador preditivo cuja função objetivo incorpora componentes dinâmicos e estáticos. Para a determinação das condições ótimas do processo no estado estacionário do conversor (unidade de craqueamento catalítico) foi utilizado um modelo empírico do processo. A melhor trajetória para conduzir o processo para o seu ponto ótimo de operação, maximizando lucro ou produto de maior valor agregado, desde que não sejam violadas as restrições de processo, é predita utilizando um modelo dinâmico, obtido através de dados de testes em degrau em um modelo rigoroso. Este modelo linear possibilitou a obtenção das funções de transferência do processo e o modelo em variáveis de estado. O ponto ótimo que é obtido na execução deste algoritmo, leva em consideração a não violação das restrições das variáveis manipuladas e controladas do processo, tanto para o estado estacionário como para o transiente do problema. O problema de otimização não linear resultante é resolvido através de uma rotina de programação quadrática da biblioteca do Matlab. Uma segunda alternativa apresentada para a estratégia de otimização deste trabalho, é a inclusão do gradiente reduzido na função objetivo do controlador quando são observadas violações das restrições das variáveis controladas. Os resultados simulados através de um modelo não linear rigoroso (Moro&Odloak,1995) mostram um bom desempenho dos algoritmos aqui desenvolvidos tanto com relação aos benefícios econômicos como na estabilização da unidade. / This dissertation aims to develop a strategy to integrate the optimization problem of the plant into the model predictive controller in a one layer strategy, for the real time optimization or online optimization. The control and the optimization of the process are computed simultaneously in the same algorithm. The gradient of the economic objective function is included in the cost function of the controller instead of in its regular form. Thereby, this work describes a predictive control strategy, which can be classified as a one layer strategy and whose objective function has to be optimized obeying constraints, which incorporates dynamic and static components. The optimal conditions of the process in the steady state are defined through the use of an empirical process model. Furthermore, the best trajectory to be followed in order to reach the optimal conditions, without violating the constraints, maximizing profit or the production of its more valuable product, is predicted through the use of the dynamic model, that can be obtained through a plant step test. As a result transfer function and state space models are obtained. The optimal operation point is achieved through the execution of the proposed algorithm. Therefore, the solution to the optimization/control problem will always be in a feasible region, in other words, without violating the process manipulated or controlled variable constraints for both stationary and transient states of the problem. The non-linear optimization problem resulted from the implementation of the proposed algorithm is solved through the quadratic programming routine from the Matlab library. The second online optimization strategy proposed in this work is one that considers the reduced gradient method algorithm modified to evaluate the predicted trajectory. As a result, any violation of the manipulated or controlled variable constraints is prevented and this variable is not considered in the next step of the calculation of the predicted trajectory or even in the search direction of the optimization. Finally the simulations results obtained through the use of a nonlinear rigorous model (Moro&Odloak,1995) presents good performance for the algorithms here proposed, not only related to economic benefits, but also in order to stabilize the unit.

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Pedro Leite de Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_JosiasMaximode_D.pdf: 3058451 bytes, checksum: e1bd549f7ad9180f71742e7b191881cb (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os reatores de leito fixo constituem importantes sistemas da engenharia química, com muitas aplicações em diversos processos industriais, notadamente no campo das indústrias de refino do petróleo e petroquímica. Do ponto de vista da analise de processos químicos, se mostra relevante o estabelecimento de modelos matemáticos representativos que possam ser aplicados ao projeto, a otimização e ao controle desses sistemas. Neste trabalho, apresenta-se a modelagem matemática fenomenológica de um reator de leito fixo para a síntese de anidrido ftalico por oxidação de o - xileno, considerando-se as resistências difusionais mássicas e térmicas externas associadas ao processo de reação catalítica, o qual e realizado com catalisadores não porosos a base de óxidos de vanádio e titânio. O modelo matemático foi implementado como um modulo computacional para simulação do processo nos estados estacionário e dinâmico, a partir do qual se fez um estudo de sensibilidade paramétrica que mostrou à forte influencia da temperatura e da concentração de o - xileno na corrente de alimentação, bem como da temperatura do fluido térmico, no comportamento global do reator. Essas constatações permitiram a proposição de estruturas de controle com o objetivo de regular a concentração do produto na saída do reator e manter uma condição térmica operacional segura. Para o controle do reator foram consideradas duas estruturas: (i) um esquema de controle direto da concentração utilizando um controlador convencional PI e um controlador por lógica fuzzy (Fuzzy-PI) e (ii) um esquema de controle cascata concentração-temperatura utilizando também controladores convencionais PI e Fuzzy-PI nas duas malhas (primaria e secundaria) que compõem a estrutura cascata. Cada controlador teve seu desempenho analisado mediante perturbações do tipo degrau impostas nas condições de alimentação dos reagentes (composição e temperatura). Os resultados evidenciaram um bom desempenho das estruturas de controle cascata, que se mostraram eficientes para controlar a concentração do produto na saída do reator e garantir ao mesmo tempo um regime térmico seguro. Na presença de ruído, os controladores Fuzzy-PI apresentaram um desempenho superior ao dos controladores PI convencionais / Abstract: Fixed bed reactors are important systems in chemical engineering with several applications in many industrial processes, mainly in petroleum refining and petrochemical industries. A comprehensive view on these systems through mathematical modeling is crucial for design, optimization and control issues. This work presents a phenomenological mathematical model for a fixed bed reactor applied to the phthalic anhydride synthesis from o-xylene oxidation using supported non-porous V2O5-TiO2 catalyst. All resistances due to mass and heat flows from the fluid phase to the catalytic particle surface are considered in the mathematical formulation. The mathematical model consisted of a Matlab based computational code for the process simulation both in dynamic and steady-state conditions, providing a parametric sensitivity study that showed the intensive influence of the feed conditions in terms of temperature and o-xylene concentration, as well as the effect of thermal fluid temperature on the global reactor behavior. These observations provided control structures to regulate product concentration leaving the reactor and to avoid the formation of excessive hot spots along the catalytic bed, what is a necessary condition to maintain a safe thermal system operation. It were proposed two structures to control the reactor: (i) a straightforward scheme to control the concentration of phthalic anhydride in the reactor outlet using conventional PI and fuzzy PI controllers, and (ii) another scheme based on a cascade control temperature-concentration also using conventional and fuzzy PI controllers in two (primary and secondary) loops. The behavior of each controller was analyzed by imposing stepwise perturbations in inner o-xylene concentration and in the temperature of the feed. The results showed a good performance of cascade-type controllers, providing the proper regulation of the controlled variable and a safe thermal regime for the system operation. On the other hands, fuzzy logic controllers exhibited better performance for the reactor regulation when measurement noise was taken in account / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química