Sistemas de aeração são amplamente utilizados em estações de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais, sendo a configuração mais utilizada os sistemas de lodos ativados. Neste trabalho, buscou-se a implementação e o teste de uma estratégia de controle avançado em um sistema de aeração. Foi utilizado um canal de aeração com recirculação de água como simulação de um tanque de aeração. Para consumir o oxigênio dissolvido na água, foi realizada a dosagem de hipossulfito de sódio na entrada de água do canal. Um algoritmo de controle preditivo tipo QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") foi implementado. Para estabelecer o \"set-point\" de OD (oxigênio dissolvido) pela manipulação da rotação do soprador de ar, foi utilizado um microcomputador com programação desenvolvida em linguagem C. Foi instalado na saída do canal uma sonda com sensores de OD e temperatura e um inversor de freqüência foi ligado ao soprador, ambos conectados ao microcomputador para armazenamento das informações geradas e envio dos comandos gerados pelo algoritmo de controle. Foram avaliadas a performance e estabilidade da estratégia de controle adotada, mostrando que o controlador desenvolvido é robusto e estável para utilização em sistemas de aeração. Isto indica que é interessante desenvolver o estudo para reatores biológicos operando em estações de tratamento de efluentes. / Aeration systems are widely used in wastewater treatment plants, and the configuration more common is activated sludge plant. In this study, we sought to implement and test an advanced control strategy in an aeration system. We used a channel aeration with recirculation of water as a simulation of an aeration tank. To consume the dissolved oxygen in water was performed dosage of sodium thiosulphate in water entering the channel. A predictive control algorithm type QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") was implemented. To establish the set-point of DO (dissolved oxygen) by manipulating the rotation of the air blower was used with a microcomputer program developed in C language. It was installed onto the end of channel a sensor of DO and temperature and a frequency converter was connected to the blower, both connected to the computer for storing information generated and transmission of information generated by the control algorithm. We evaluated the performance and stability of the control strategy adopted, showing that the developed controller is robust and stable for use in aeration systems. This indicates that it is interesting to further explore the biological reactors operating in sewage treatment effluents.

O tratamento de efluentes através de processos de lodos ativados destaca-se dentre os diversos métodos de tratamento de águas residuárias devido a uma série de fatores, tais como a área reduzida e alta eficiência na remoção de poluentes. O tratamento por lodos ativados é composto por um tanque de aeração e um decantador secundário. No tanque são fornecidas condições adequadas, como a injeção de oxigênio por difusores de ar, que aumentam a velocidade da degradação da matéria orgânica, tornando assim o processo mais eficiente. Apesar da eficácia do método, o uso deste tipo de tanque demanda grande consumo de energia, tornando necessária a criação de medidas de supervisão e controle das principais variáveis de processo de modo que torne o tratamento eficiente. O presente trabalho visou contribuir com experimentação de controle de pH e oxigênio dissolvido em um tanque de aeração. O sistema de controle foi implementado com controle preditivo (QDMC) aplicado sobre um processo de aeração e correção de pH no tanque aerado, a fim de garantir um nível adequado de oxigênio dissolvido e pH necessários à remoção de poluentes de forma automática. A principal conclusão alcançada é que o controle QDMC no processo em questão se revelou estável e robusto. / The wastewater treatment using activated sludge processes stands out among the various methods of wastewater treatment due to a number of factors, such as reduced area and high efficiency in removing pollutants. The activated sludge treatment comprises one aeration tank and a secondary sedimentation tank. Suitable conditions are provided in the tank, such as the injection of oxygen for air diffusers which increase the rate of degradation of organic material, making the process more efficient. Despite the efficacy of the method, using this type of tank demand large power consumption, making it necessary to provide measures for supervision and control of the key process variables so that the processing becomes efficient. This study aims to contribute to experimentation control pH and dissolved oxygen in an aeration tank. The control system was implemented with predictive control (QDMC) applied to a process of aeration and pH correction tank aerated, to ensure an adequate level of dissolved oxygen and pH required to remove pollutants automatically. The main conclusion reached is that the control QDMC the proceedings proved stable and robust.

Sistemas de aeração são amplamente utilizados em estações de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais, sendo a configuração mais utilizada os sistemas de lodos ativados. Neste trabalho, buscou-se a implementação e o teste de uma estratégia de controle avançado em um sistema de aeração. Foi utilizado um canal de aeração com recirculação de água como simulação de um tanque de aeração. Para consumir o oxigênio dissolvido na água, foi realizada a dosagem de hipossulfito de sódio na entrada de água do canal. Um algoritmo de controle preditivo tipo QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") foi implementado. Para estabelecer o \"set-point\" de OD (oxigênio dissolvido) pela manipulação da rotação do soprador de ar, foi utilizado um microcomputador com programação desenvolvida em linguagem C. Foi instalado na saída do canal uma sonda com sensores de OD e temperatura e um inversor de freqüência foi ligado ao soprador, ambos conectados ao microcomputador para armazenamento das informações geradas e envio dos comandos gerados pelo algoritmo de controle. Foram avaliadas a performance e estabilidade da estratégia de controle adotada, mostrando que o controlador desenvolvido é robusto e estável para utilização em sistemas de aeração. Isto indica que é interessante desenvolver o estudo para reatores biológicos operando em estações de tratamento de efluentes. / Aeration systems are widely used in wastewater treatment plants, and the configuration more common is activated sludge plant. In this study, we sought to implement and test an advanced control strategy in an aeration system. We used a channel aeration with recirculation of water as a simulation of an aeration tank. To consume the dissolved oxygen in water was performed dosage of sodium thiosulphate in water entering the channel. A predictive control algorithm type QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") was implemented. To establish the set-point of DO (dissolved oxygen) by manipulating the rotation of the air blower was used with a microcomputer program developed in C language. It was installed onto the end of channel a sensor of DO and temperature and a frequency converter was connected to the blower, both connected to the computer for storing information generated and transmission of information generated by the control algorithm. We evaluated the performance and stability of the control strategy adopted, showing that the developed controller is robust and stable for use in aeration systems. This indicates that it is interesting to further explore the biological reactors operating in sewage treatment effluents.

O tratamento de efluentes através de processos de lodos ativados destaca-se dentre os diversos métodos de tratamento de águas residuárias devido a uma série de fatores, tais como a área reduzida e alta eficiência na remoção de poluentes. O tratamento por lodos ativados é composto por um tanque de aeração e um decantador secundário. No tanque são fornecidas condições adequadas, como a injeção de oxigênio por difusores de ar, que aumentam a velocidade da degradação da matéria orgânica, tornando assim o processo mais eficiente. Apesar da eficácia do método, o uso deste tipo de tanque demanda grande consumo de energia, tornando necessária a criação de medidas de supervisão e controle das principais variáveis de processo de modo que torne o tratamento eficiente. O presente trabalho visou contribuir com experimentação de controle de pH e oxigênio dissolvido em um tanque de aeração. O sistema de controle foi implementado com controle preditivo (QDMC) aplicado sobre um processo de aeração e correção de pH no tanque aerado, a fim de garantir um nível adequado de oxigênio dissolvido e pH necessários à remoção de poluentes de forma automática. A principal conclusão alcançada é que o controle QDMC no processo em questão se revelou estável e robusto. / The wastewater treatment using activated sludge processes stands out among the various methods of wastewater treatment due to a number of factors, such as reduced area and high efficiency in removing pollutants. The activated sludge treatment comprises one aeration tank and a secondary sedimentation tank. Suitable conditions are provided in the tank, such as the injection of oxygen for air diffusers which increase the rate of degradation of organic material, making the process more efficient. Despite the efficacy of the method, using this type of tank demand large power consumption, making it necessary to provide measures for supervision and control of the key process variables so that the processing becomes efficient. This study aims to contribute to experimentation control pH and dissolved oxygen in an aeration tank. The control system was implemented with predictive control (QDMC) applied to a process of aeration and pH correction tank aerated, to ensure an adequate level of dissolved oxygen and pH required to remove pollutants automatically. The main conclusion reached is that the control QDMC the proceedings proved stable and robust.

A identificação para controle é baseada especificamente na construção de modelos matemáticos a partir de dados experimentais, cuja finalidade é encontrar uma relação entre um conjunto de entradas e saídas de um processo dinâmico. Estes modelos são de fundamental importância para o projeto de controladores em processos industriais. No presente trabalho é realizada a identificação e o desenvolvimento do sistema de controle para uma planta piloto de neutralização de pH. O procedimento de identificação é baseado na coleta de dados reais do processo de neutralização de pH, operando em malha fechada. A estimativa dos modelos é realizada de duas formas: (1) estimar modelos que representem o comportamento de todo o sistema, incluindo os controladores PID do processo e (2) estimar modelos do processo com os dados coletados dos sinais de controle e as variáveis de saída do processo. Com os modelos do processo estimados projeta-se uma estratégia de controle MPC (Model Predictive Control), envolvendo dois esquemas de controle. O primeiro esquema calculará os set points ótimos que ingressarão nas malhas do processo. O segundo esquema calculará os sinais de controle ótimos que ingressarão diretamente no processo. O tipo de controlador MPC adotado é o QDMC (Quadratic Dynamic Matrix Control), permitindo restringir os sinais de entrada e saída do processo. A avaliação destes esquemas de controle é realizada mediante a mudança do set point das malhas do processo e a influência de perturbações. As perturbações são baseadas no aumento da vazão do ácido que ingressa no reator. / Identification for control system is based specifically on the mathematical models construction from experimental data, whose aim is to find a relationship between a set of inputs and outputs of a dynamic process. These models are fundamentally important for the industrial processes controllers design. In this work is performed the identification and development of the control system for a pH neutralization pilot plant. The identification procedure is based on the real data collected from pH neutralization process, operating in closed loop. The models estimation is performed in two forms: (1) estimating models that represent all system behavior, including process PID controllers and (2) estimating process models with collecting data of the control signals and process output variables. The process models parameters estimation is performed with the algorithms studied in Chapter 4. With the estimated process models is a MPC (Model Predictive Control) control strategy was designed, creating two control schemes. First scheme will compute the optimal set points that will enter to the process-loops. The second scheme will compute the optimal control signals that will enter to the process. The type of MPC controller adopted is a QDMC (Quadratic Dynamic Matrix Control), allowing restriction of the input and output signals. The control schemes evaluation is performed by changing the set point of the process-loops and the disturbance influence. This disturbance is based on acid flow increased that enters the reactor.

A identificação para controle é baseada especificamente na construção de modelos matemáticos a partir de dados experimentais, cuja finalidade é encontrar uma relação entre um conjunto de entradas e saídas de um processo dinâmico. Estes modelos são de fundamental importância para o projeto de controladores em processos industriais. No presente trabalho é realizada a identificação e o desenvolvimento do sistema de controle para uma planta piloto de neutralização de pH. O procedimento de identificação é baseado na coleta de dados reais do processo de neutralização de pH, operando em malha fechada. A estimativa dos modelos é realizada de duas formas: (1) estimar modelos que representem o comportamento de todo o sistema, incluindo os controladores PID do processo e (2) estimar modelos do processo com os dados coletados dos sinais de controle e as variáveis de saída do processo. Com os modelos do processo estimados projeta-se uma estratégia de controle MPC (Model Predictive Control), envolvendo dois esquemas de controle. O primeiro esquema calculará os set points ótimos que ingressarão nas malhas do processo. O segundo esquema calculará os sinais de controle ótimos que ingressarão diretamente no processo. O tipo de controlador MPC adotado é o QDMC (Quadratic Dynamic Matrix Control), permitindo restringir os sinais de entrada e saída do processo. A avaliação destes esquemas de controle é realizada mediante a mudança do set point das malhas do processo e a influência de perturbações. As perturbações são baseadas no aumento da vazão do ácido que ingressa no reator. / Identification for control system is based specifically on the mathematical models construction from experimental data, whose aim is to find a relationship between a set of inputs and outputs of a dynamic process. These models are fundamentally important for the industrial processes controllers design. In this work is performed the identification and development of the control system for a pH neutralization pilot plant. The identification procedure is based on the real data collected from pH neutralization process, operating in closed loop. The models estimation is performed in two forms: (1) estimating models that represent all system behavior, including process PID controllers and (2) estimating process models with collecting data of the control signals and process output variables. The process models parameters estimation is performed with the algorithms studied in Chapter 4. With the estimated process models is a MPC (Model Predictive Control) control strategy was designed, creating two control schemes. First scheme will compute the optimal set points that will enter to the process-loops. The second scheme will compute the optimal control signals that will enter to the process. The type of MPC controller adopted is a QDMC (Quadratic Dynamic Matrix Control), allowing restriction of the input and output signals. The control schemes evaluation is performed by changing the set point of the process-loops and the disturbance influence. This disturbance is based on acid flow increased that enters the reactor.