Mais que controlar os processos industriais, é necessário fazer com que a sua rentabilidade atinja o máximo possível e isto só é alcançado quando, por meio de algum método ou algoritmo, determina-se a operação ótima do processo. No entanto, a determinação de um ótimo nominal não conduz necessariamente com o ótimo operacional do processo, pois distúrbios de processo e uma série de incertezas podem fazer com que o processo não permaneça otimizado durante toda a operação. O uso de otimizadores em tempo real corrobora para correção e permanente condução do processo ao seu ponto ótimo. Neste estudo serão discutidas as fundamentações teóricas sobre as quais a otimização dinâmica em tempo real está baseada atualmente, bem como será proposto um novo método de otimização englobando algoritmo, modelos, reconciliação de dados e ajuste de parâmetros. / Besides to control the industrial processes, it is necessary to take its profitability reaches the maximum values and this can only be reached when applying some method or algorithm to determine the best operation point of the process. However, the nominal determination of the best operation point does not necessarily takes the process to its best production, because process disturbances and a series of uncertainties can occur and the process does not keeps itself optimized during all the operation. The real-time optimization corroborates for correction and permanent conduction of the process to its best operation point. In this study it will be discussed the theoretical basis, on which the dynamic real-time optimization is based nowadays, as well as a new optimization method will be proposed including algorithm, models, data reconciliation and adjustment of parameters.

As constantes exigências de redução de custos de produção aliada às necessidades de aumento produtivo impostas pelos mercados consumidores tem forçado as indústrias a investirem cada vez mais no estudo de novas técnicas de otimização dos seus processos. O rápido avanço industrial em resposta a estas exigências de mercado, elevou o grau de complexidade dos processos modernos, aumentando não apenas as interações entre as suas variáveis, como o número de malhas de controle necessárias para manter as condições de operação e qualidade do produto final dentro dos limites pré-estabelecidos. Em processos complexos e com alto grau de acoplamento entre as variáveis, os mais altos níveis de desempenho, não são mais atingidos utilizando apenas o controle regulatório simples (single input - single output). Nestes casos, estratégias de controle multivariável tornam-se indispensáveis pois surgem neste cenário buscando incrementar a operabilidade e a produção dos processos diminuindo a sua variabilidade e permitindo, desta forma, que estados estacionários mais próximos dos limites de especificação e operação sejam atingidos. Nesta dissertação, uma metodologia utilizada para estruturação de controladores PIMIMO foi empregada para projetar um controlador multivariável para uma unidade industrial de produção de poliestireno cristal (GPPS). O estudo desenvolveu-se a partir de um modelo rigoroso do processo de GPPS implementado em Matlab® (ALMEIDA, 2004). Dois modelos lineares foram obtidos para as entradas e saídas do sistema nos pontos de operação da unidade nos quais as diferenças operacionais são mais representativas. O comportamento do processo foi estudado a partir da análise destes dois modelos sob o ponto de vista de seu comportamento dinâmico (Zeros, Pólos e Tempo morto) e de sua controlabilidade (Ganho multivariável, Matriz de ganhos relativos (RGA), Condicionamento mínimo e Número de desempenho robusto (RPN)). A estrutura do controlador foi obtida a partir das características do processo, do emparelhamento indicado pela matriz RGA e do desempenho desejado com a utilização do aplicativo RPN-toolbox desenvolvido por FARINA (2000). A sintonia adequada para o controlador foi realizada segundo o método desenvolvido por ESCOBAR (2006). O desempenho dos controladores PI-MIMO para mudanças de setpoint e rejeição de distúrbios foi comparado a um controlador descentralizado de estrutura idêntica à utilizada na unidade de processo. Os resultados finais das simulações indicaram um melhor desempenho dos controladores multivariáveis projetados no controle da temperatura e do tempo de residência da seção de reação da unidade de GPPS. / The constant demands for reduction of production costs combined with the need to increase production imposed by consumer markets have forced the industries to invest more in the study of new techniques for optimization of their processes. The rapid industrial progress in response to these market demands, raised the complexity of modern processes, increasing not only the interactions between their variables, as the number of control loops needed to maintain the operation conditions and quality of the final product within the preestablished limits. In most cases this performance level is not achieved using only simple regulatory control (single input - single output), mainly in processes with a high degree of coupling between variables. In these cases, the multivariable control becomes indispensable, because it increases operability and production reducing process' variability allowing the operation of stationary states near the specification limits. In this dissertation, a methodology for structuring of PI-MIMO controller was used to design a multivariable controller for a plant for production of crystal polystyrene (GPPS). The study was developed from a rigorous model of the GPPS implemented in Matlab (ALMEIDA, 2004). Two linear models were obtained for the inputs and outputs of the system in operating point of the unit which the operational differences are more representative. The behavior of the process was studied from the analysis of these two models from the point of view of its dynamic behavior (zeros, poles and dead time) and its controllability (multivariable gain, relative gain array (RGA), and minimum conditioning, robust performance number (RPN)). The control structure was obtained from the characteristics of the process, the pairing indicated by RGA matrix and the performance desired using RPN-Toolbox developed by FARINA (2000). The tuning of the controller was performed using the method developed by ESCOBAR (2006). The performance of PI-MIMO controllers for setpoint changes and rejection of the disturbances was compared to a decentralized controller with structure similar to that used at the process. The final results of the simulations showed a better performance of multivariate controllers designed to control temperature and time of residence of the reaction section of the unit of GPPS.

Made available in DSpace on 2008-05-13T13:16:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1999-11-09

BRANDÃO, N. S. B. Eficiência entre os gráficos de controle T² de Hotelling e os gráficos de X̅ univariados simultâneos para a média em processos multivariados. 2014. 70 f. Dissertação (Mestrado em Logística e Pesquisa Operacional) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Thiago Calvet (thiago@ufc.br) on 2016-08-01T15:14:21Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_nsbbrandao.pdf: 5240729 bytes, checksum: 4d542a90d8d0b0e99bf377a44bb91a34 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-08-02T14:54:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_nsbbrandao.pdf: 5240729 bytes, checksum: 4d542a90d8d0b0e99bf377a44bb91a34 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-02T14:54:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_nsbbrandao.pdf: 5240729 bytes, checksum: 4d542a90d8d0b0e99bf377a44bb91a34 (MD5) Previous issue date: 2014-04-04 / This study aims to compare the performance in detecting changes in the mean vector of the process , when subjected to disturbances in one or more characteristics of two types of control charts for bivariate and trivariate processes, being these the Control Chart multivariate (GCM) T² Hotelling and graphs X univariate concurrent (SU X ). For this, an algorithm was developed by the R software, which uses the Monte Carlo method, able to generate multivariate data and make the whole analysis procedure for calculating the average run length to the occurrence of a signal (NMA0), which is used for measuring the graphics performance. Estimates of the mean vector and the covariance of a real process of a paint industry, which had 44 samples collected in July 2013 by the company itself matrix were used. The analysis took place in two stages, where the first process is trivariate and only two features are significantly correlated in this case Density and Viscosity and pH does not correlate with any of them, where only the second of these correlated variables are analyzed, with a coefficient correlation equal to 0,5. The results show that for the trivariate case, if the disturbance occurs in the density or viscosity characteristics, T² Hotelling has become more efficient, but when pH undergoes displacement, in general, the graphic SU X has better performance, especially for large displacements. When viscosity and pH or pH and density suffer displacement, the graph T has better performance, while in the case of the Density and Viscosity SU X is more efficient. If the three characteristics are exposed to disturbances, there is almost no difference between the two graphs. When the process is bivariate, if only one of the features suffers displacement T² is the best option when the two characteristics are altered, the SU X is more efficient. Applications of the techniques discussed in this study were presented. Through the GCM T² Hotelling, both the trivariate process as bivariate presented under control, the same happened when applied graphics SU X , whereas with the current methodology of the company, traditional Shewhart charts, the Density variable is out of control points, which does not occur when taken into account the correlation with Viscosity. In this study, we conclude that when all the variables are not correlated strategy of grouping them into a graph T² is not the best, thus the use of graphs, univariate and multivariate, jointly is seen as more appropriate. / Este estudo tem por objetivo comparar o desempenho na detecção de mudanças no vetor de médias do processo, quando sujeitos a perturbações em uma ou mais caraterísticas, de dois tipos de gráficos de controle, para processos bivariados e trivariados, sendo estes, o Gráfico de Controle Multivariado (GCM) T² de Hotelling e os Gráficos de X Univariados Simultâneos (SU X ). Para tanto, foi elaborado um algoritmo, através do software R, que utiliza o método de Monte Carlo, capaz de gerar dados multivariados e fazer todo procedimento de análise para o cálculo do Número Médio de Amostras até a ocorrência de um sinal (NMA0), que é utilizado para medir o desempenho dos gráficos. Foram utilizadas as estimativas do vetor de médias e da matriz de covariâncias de um processo real de uma indústria de tintas, o qual teve 44 amostras coletadas em julho de 2013 pela própria empresa. A análise ocorreu em duas etapas, a primeira onde o processo é trivariado e apenas duas características são significativamente correlacionadas, neste caso Densidade e Viscosidade, e o pH não se correlaciona com nenhuma das duas, e a segunda onde apenas estas variáveis correlacionadas são analisadas, com coeficiente de correlação igual a 0,5. Os resultados obtidos mostram que, para o caso trivariado, se a perturbação ocorrer nas características Densidade ou Viscosidade, o T² de Hotelling apresenta-se mais eficiente, porém quando pH sofre deslocamentos, em geral, o gráfico SU X possui melhor desempenho, principalmente para grandes deslocamentos. Quando Viscosidade e pH ou Densidade e pH sofrem deslocamento, o gráfico T² possui melhor desempenho, enquanto que tratando-se de Densidade e Viscosidade o SU X é mais eficiente. Se as três características são expostas a perturbações, quase não há diferença entre os dois gráficos. Quando o processo é bivariado, se apenas uma das características sofre deslocamento, o T² é a melhor opção, quando as duas características são alteradas, o SU X é mais eficiente. Foram apresentadas aplicações das técnicas discutidas neste estudo. Através do GCM T² de Hotelling, tanto o processo trivariado como o bivariado apresentaram-se sob controle, o mesmo ocorreu quando aplicados os gráficos SU X , enquanto que com a atual metodologia da empresa, os gráficos de Shewhart tradiconais, a variável Densidade apresenta pontos fora de controle, o que não ocorre quando levada em consideração a correlação existente com Viscosidade. Deste estudo, concluímos que, quando as variáveis não são todas correlacionadas a estratégia de agrupá-las num gráfico T² não é a melhor, desta forma a utilização dos gráficos, multivariados e univariados, de forma conjunta é vista como mais adequada.

Esta dissertação envolve o estudo de uma unidade desmetanizadora que apresenta problemas de inundação em uma de suas colunas de fracionamento limitando a carga da unidade num patamar abaixo do desejado. Foram implantados então, alinhamentos alternativos que melhoraram a situação hidráulica da planta, permitindo o aumento da carga processada, porém às custas do aumento das perdas do processo. A planta estudada caracteriza-se pela elevada integração energética e pelo grande número de reciclos, que dificultam o seu entendimento. Em uma primeira etapa foram desenvolvidas simulações estáticas e dinâmicas, que em conjunto com análises de dados operacionais da planta, propiciaram uma maior compreensão da problemática da unidade. Constatou-se que a estrutura de controle atual está fazendo com que um aumento na carga da unidade sobrecarregue uma coluna de fracionamento em detrimento de outra, que acaba ficando subutilizada. Foram propostas duas estruturas de controle alternativas objetivando distribuir melhor a carga entre as colunas. Com o auxílio da simulação dinâmica, foram comparados os desempenhos destas duas propostas com as situações de projeto e atual da planta, quanto à capacidade de produção e à situação hidráulica resultante. As estruturas propostas apresentaram um desempenho superior às configurações atual e de projeto da planta. Face a isto, uma das estruturas, que possui a vantagem de poder ser implementada sem a parada da unidade, foi aprimorada e constitui uma solução que pode ser utilizada imediatamente, propiciando que a planta tenha uma situação operacional mais estável e um aumento de produção. / This dissertation analyzes a demethanizer unit that has flooding troubles in one of its distillation columns limiting, therefore, the production rate of the unit in a lower value than the required. Trying to solve this problem, two bypasses were implemented in the process, but they improved the hydraulic situation reducing the ethylene recovery. The plant is high heat integrated and has several recycle streams, which make difficult to understand the process. In a first step, dynamic and steady state simulations were developed. With these models and the analysis of plant data it was possible to understand the origin of the problem and to understand how the bypasses work. It was concluded that current control structure is overloading one distillation column, while the other one operates at a lower production rate than possible. Based on the better process understanding, two control structures were proposed. They can efficiently balance the feed distribution between the two main distillation columns. This better balance feed provides stable operation for the unit and increases the ethylene recovery. By dynamic simulations, the performances of the proposed control structures were compared with the current and project configurations. These simulations showed that the proposed control structures have a better performance than the current and project configurations. Thus, one of the proposed control structures, which can be implemented without shutdown the unit, was improved and constitute the solution to be applied shortly.

Desde a década de 60, o problema de síntese de redes ótimas de trocadores de calor que resultem no menor consumo energético possível e com o menor número de equipamentos, vem despertando o interesse da comunidade científica e industrial, motivando a criação de técnicas e ferramentas especializadas. Este trabalho analisa as oportunidades de integração energética de uma Planta de Olefinas existente, identifica e quantifica as reduções de consumo de energia possíveis, propondo modificações do arranjo da rede de trocadores de calor para viabilizar estes objetivos. Além da análise das oportunidades na condição de projeto de operação da planta, variações das condições operacionais foram levadas em consideração para propor modificações que se adequassem à operação da planta real (flexibilidade). Em virtude da complexidade da planta e dimensão do problema em análise, a metodologia do trabalho foi dividida em duas: a planta como um todo foi inicialmente avaliada com as ferramentas tradicionais da Análise Pinch, levando em conta a necessidade de integração conjunta calor e trabalho devido à existência de ciclos de refrigeração. Desta avaliação inicial, as oportunidades foram identificadas e as modificações propostas. Posteriormente, segregando as modificações para que representassem porções menores e independentes entre si, uma delas foi selecionada para ser reanalisada, levando-se em conta dois cenários operacionais diversos. A redução de dimensão do problema permitiu a aplicação das metodologias matemáticas para síntese de redes flexíveis, gerando uma proposta de modificação que se adéqua aos cenários de operação propostos. / Since early 60’s, scientific and industrial community has been interested on synthesis of optimum heat exchanger networks capable of minimum energy consumption and requiring few heat transfer equipments, and has been motivated to develop specialized tools and techniques to approach this problem. This work analyses heat integration opportunities of an Olefins Plant, identifies and quantifies reduction of energy consumption, and propose changes of the existent heat exchanger network to achieve these goals. Besides the analysis of plant design conditions, multiple operational scenarios were considered to propose modifications able to handle real plant operation (flexibility). On the strength of plant complexity and large dimension, work methodology was splitted in two parts: initially, the whole plant was evaluated with traditional Pinch Analysis tools, considering heat and power integration in conjunct since refrigeration cycles are available. From this initial evaluation, opportunities are identified and modifications proposed. After that, modifications are segregated so as to represent small and independent portions of the original process. One of them is selected to be reanalyzed, considering two distinct operational scenarios. The reduction of problem dimension allowed mathematical methodologies to the synthesis of flexible networks to be applied, generating a feasible modification capable to fulfill proposed operational scenarios.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as características e propriedades mecânicas das chapas metálicas empregadas na fabricação de produtos estampados. Neste trabalho são analisadas seis amostras de chapas metálicas: aço inoxidável AISI 304 e aço inoxidável AISI 430 produzidas pela ACESITA, aço NBR 5915 EP produzida pela USIMINAS alumínio ABNT liga 3104-0 produzida pela ALCAN Alumínio do Brasil Ltda, cobre liga ABNT 110 mole e latão liga ABNT 268 mole fabricados pelo Grupo PARANAPANEMA. Este trabalho tem como objetivo determinar e analisar as seguintes propriedades mecânicas: estrutura metalográfica, dureza, a tensão convencional(1 [ 0 FXUYD GH HVFRDPHQWR verdadeira ( kf [ 3 índice de encruamento (n), anisotropia média (rm), DQLVRWURSLD SODQDU ûr) e o Limite Razão de Estampagem ( Os resultados obtidos dos ensaios mecânicos são confrontados com os dados dos fabricantes da matéria prima e outras referências bibliográficas.

Esta dissertação apresenta uma metodologia de retroalimentação do ciclo de desenvolvimento de produtos, com ênfase na fase de projeto, a partir de dados obtidos em estudos de confiabilidade. A metodologia é proposta com base no escopo da norma QS-9000, norma esta que vem sendo utilizada por fornecedores e sub-fornecedores da indústria automobilística no mundo inteiro. Um estudo de caso permitiu que a metodologia fosse implementada em uma empresa certificada na norma. São aplicadas retroalimentações em ferramentas como Desdobramento da Função Qualidade (QFD), Análise dos Modos e Efeitos de Falha de Produto (DFMEA) e de Processo (PFMEA). Os resultados obtidos demonstraram que a metodologia de retroalimentação proposta é uma ferramenta útil na maturação de um produto, através da utilização dos dados de falhas em campo, bem como no momento do desenvolvimento de um produto novo, que irá suceder o atual, através da utilização da voz do cliente e dos dados de falha em campo de forma ordenada. / This thesis presents a methodology for improving the product development cycle of consolidated products using reliability field data. The methodology is based on the QS-9000 standards, which has been used by suppliers and sub-suppliers in the automobile industry all over the world. A case study illustrates the utilization of the methodology proposed in a company certified by the QS-9000 standards. The improvements proposed here consist of retro-feeding of field information in typical product development tools such as the Quality Function Deployment (QFD), Design Failure Modes and Effects Analysis (DFMEA) and Process Failure Modes and Effects Analysis (PFMEA). Results obtained demonstrated that the methodology proposed may be a useful tool in product consolidation, through the utilization of field data failures, and also in new product development through recognition of customer demands.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

A simulação computacional de processos é uma ferramenta valiosa em diversas etapas da operação de uma planta química, tais como o projeto, a análise operacional, o estudo da estratégia de controle e a otimização, entre outras. Um programa simulador requer, freqüentemente, o cálculo das propriedades termofísicas que fazem parte das equações correspondentes aos balanços de massa, energia e quantidade de movimento. Algumas dessas quantidades, típicas de operações baseadas no equilíbrio de fases (tais como a destilação fracionada e a separação flash), são as fugacidades e entalpias das fases líquida e vapor em equilíbrio. Contudo, o uso de modelos e correlações cada vez mais sofisticadas para representar acuradamente as propriedades termofísicas dos sistemas reais fez com que grande parte do tempo gasto numa simulação de processos seja devida à avaliação destas propriedades. Muitas estratégias têm sido propostas na literaturas a fim de se reduzir a carga computacional envolvida na simulação, estática e dinâmica, dos problemas de Engenharia Química. Esta diminuição do tempo de processamento pode muitas vezes ser determinante na aplicação ou não da simulação de processos na prática industrial, como, por exemplo, no controle automático. Esta dissertação aborda uma das alternativas para a redução do tempo computacional gasto na simulação de processos: a aproximação das funções que descrevem as propriedades termofísicas através de funções mais simples, porém de fácil avaliação. Estas funções, a fim de se garantir uma aproximação adequada, devem ser corrigidas ou atualizadas de alguma forma, visto que se tratam de modelos estritamente válidos em uma pequena região do espaço das variáveis, sendo, por isto, chamados de modelos locais. Partindo-se do estado atual desta técnica, é proposta nesta dissertação uma nova metodologia para se efetuar esta aproximação, através da representação global da propriedade mediante múltiplas funções simples, constituindo, desse modo, uma rede de modelos locais. Algumas possibilidades para a geração efetiva destas redes são também discutidas, e o resultado da metodologia é testado em alguns problemas típicos de separação por equilíbrio de fases.