Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The quality of charcoal production produced by a kiln is strongly dependent on the procedures of temperature control inside of the kiln. However, in practical applications, there are no thermal models and the temperature control is usually done by a carbonizing agent from visual verifications of the coal smoke. In addition, green wood time of drying, forecast production time and carbonization homogeneity are also variables to be controlled by the carbonizing agent. It means, this quality control is dependent the agent experience and is very inefficient. The main objective of this work is to use temperature measurement from thermocouple located in various points inside the kiln to establish a relationship between temperature and quality charcoal. In this sense, a control automatic procedure can, then, be developed. Due to the characteristic of the aggressive combustion medium, temperature data acquired from the thermocouples will be sent to be processed by a wireless net system. This measurement procedure with a statistical analysis represents an important tool to reduce the time of drying, pyrolysis and cooling. This procedure can also minimize the losses and increase the thermal efficiency considering the charcoal historical production of the plant analyzed. Another important consequence of this work is the contribution to reduce greenhouse effect gas emission. / A qualidade do carvão vegetal produzido em um forno é dependente dos procedimentos de controle de sua temperatura interna. Porém, na maioria das aplicações práticas, existem poucos modelos térmicos e o controle do processo, muitas vezes, é determinado pelas verificações visuais da fumaça por carbonizadores. Além disso, o tempo de secagem da madeira, o tempo da previsão de produção e homogeneidade da carbonização são também variáveis a serem controladas pelos carbonizadores. Isto significa que o controle da qualidade do carvão é diretamente dependente da experiência dos carbonizadores, mostrando-se ineficiente. No presente trabalho, os valores de temperaturas do processo de carbonização em fornos de alvenaria do tipo RAC 220 foram obtidos por sensores de temperatura pt100 localizados em vários pontos do forno e enviados para um sistema supervisório de monitoramento de temperatura desenvolvido, com o objetivo de se estabelecer uma relação entre a temperatura e a qualidade do carvão, para que futuramente seja desenvolvido um procedimento de controle automático. Os dados de temperatura coletados, são enviados para um sistema supervisório através uma comunicação sem fio, devido às condições adversas do meio. Este procedimento de medição com uma análise estatística representa uma ferramenta importante para a redução do tempo de secagem, pirólises e resfriamento. Este procedimento também pode minimizar as perdas e aumentar a eficiência térmica do forno quando analisada a produção histórica de carvão vegetal da planta. Outra conseqüência importante deste trabalho é a contribuição para redução da emissão de gás de efeito estufa. / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10555.pdf: 13498632 bytes, checksum: a2f985eebcd01db42fa692b0aad0df6d (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um protótipo para o controle em malha fechada da temperatura e estequiometria de um secador vertical cerâmico alimentado a gás natural, instalado na linha de produção de revestimentos cerâmicos da empresa Eliane Revestimentos Cerâmicos - Unidade II, em Cocal do Sul - SC. É apresentada a fundamentação teórica da combustão e os dados experimentais do comportamento do protótipo aplicado no secador, com o objetivo de reduzir a emissão de poluentes e aumentar a eficiência de queima do gás natural, tendo como conseqüência a diminuição do consumo do mesmo. Foi aproveitada a estrutura do secador referente à instrumentação e aos mecanismos de combustão. Sendo concluído o sensoriamento, com a adição do sensor de oxigênio em um tubo fixado ao queimador. A interface de potência do protótipo foi realizada com a inclusão do inversor de freqüência para o controle da rotação do ventilador de combustão. Com a conclusão da implementação da instrumentação, e interfaces de potência do protótipo, foi inserido o sistema de supervisão desenvolvido com a ferramenta Delphi no computador industrial do secador, o qual contém as telas referentes às monitorações dos sensores e parametrização do controlador Com o estudo do comportamento do processo em questão, foi obtido o modelo matemático através da análise dos dados experimentais do secador. A partir deste, desenvolveu-se o projeto e a estratégia de controle, bem como, o algoritmo de controle. O modelo teórico do sistema de controle foi implementado em um microcontrolador. Realizaram-se simulações do modelo teórico de controle para validar o mesmo referente à estabilidade, tanto na temperatura, quando na estequiometria. Após a validação do controle pelas simulações realizadas, foi implementado no secador o protótipo. Ao longo de um período pré-determinado foi analisado o comportamento do secador com o protótipo, visando comparar com o sistema original os ganhos obtidos vinculados a etapa de secagem como: aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução do consumo de gás natural. Conclui-se, que o trabalho atingiu as metas propostas, pois a validação do controle desenvolvido foi comprovada através da verificação da estabilidade da temperatura e estequiometria, aumento da qualidade final das peças cerâmicas e redução dos níveis de emissão de poluentes comparados ao sistema original do secador. / This work describes the development of a prototype for the closed loop control of temperature and composition of a vertical ceramic dryer fueled with natural gas, installed on the production line of Coating Ceramics Tiles Eliane Company - Unit II in Cocal do Sul - SC. It presented the theoretical foundation of combustion and experimental data of the behavior of the prototype used in the dryer, with the objective of reducing the emission of pollutants and increase the efficiency of burning natural gas, and consequently the decrease in consumption of it. It used the structure of the hair on the instrumentation and the mechanisms of combustion. Since the sensing completed with the addition of the oxygen sensor in a tube attached to the burner. The interface power prototype was made with the inclusion of the frequency inverter to control the rotation of the combustion fan. With the completion of the implementation of instrumentation, interfaces and power of the prototype, inserted the supervisory system tool developed with Delphi in the dryer industrial computer, which contains the paintings concerning monitoring of sensors and controller parameterisation. With the study of the behavior of the process in question, was carried out a mathematical model by analyzing the experimental data of the dryer. From this, it was developed the design and control strategy, and the algorithm of control. The theoretical model of the control system was implemented in a microcontroller. There were simulations of the theoretical model of control to validate the same on the stability, both in temperature, when in stoichiometry. After the validation of control by the simulations carried out, has been implemented in the prototype dryer. Over a pre-determined period has been analyzed the behavior of the dryer with the prototype, to compare with the original gains tied to the stage of drying as: increasing the quality of the final ceramic goods and reduce consumption of natural gas. It was concluded that the work has reached the goals, because the validation of the developed control was confirmed by checking the stability of temperature and stoichiometry, increase the quality of the final pieces of ceramics and reducing emission levels of pollutants compared to the original system dryer.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10555.pdf: 13498632 bytes, checksum: a2f985eebcd01db42fa692b0aad0df6d (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

In this thesis, heating system with hybrid control of the heating intended for houses is proposed. The system is primarily prepared for storage tank and multiple heat sources.

Simple low-cost temperature feedback control loop was created, using personal computer as control and data acquisition element. It controlled the temperature inside mircowave pressure reactor. Medium in reactor tank (volume about 600 ml) was calorified by 1,8 kW magnetron, which power was driven by PSD controller. The PC- process interface was made by USB data acquisition modul UD128A8D. The utility program was written. It implemented PSD controller and data acquisition function. Furhtermore it implemented interface which enabled user to set the technological curve (time-temperature relation). The protocol of experiment was automatically stored to Micosoft Excel file before the program’s termination.

The thesis deals with the design of the multivariable automatic control system of aftercooling process in the brick industry tunnel kiln. Theoretical part submits the facilities of controlled systems identification and the design methods of uni and multi variable systems. In the practical section is cleared up the principal of the aftercooling process and its identification based on the measured data. The output of the thesis is the design and the analysis of multivariable system with the conservation of the control circuit autonomy.

There is a considerable scope for improving the temperature control of exothermic processes. In this thesis, a sub-optimal control strategy is developed through utilizing the dynamic, simulation tool. This scheme is built around easily obtained knowledge of the system and still retains flexibility. It can be applied to both exothermic batch and fed-batch processes. It consists of servo and regulatory modes, where a Generalized Predictive Controller (GPC) was used to provide self-tuning facilities. The methods outlined allow for limited thermal runaway whilst keeping some spare cooling capacity to ensure that operation at constraints are not violated. A special feature of the method proposed is that switching temperatures and temperature profiles can be readily found from plant trials whilst the addition rate profile Is capable of fairly straightforward computation. The work shows that It is unnecessary to demand stability for the whole of the exothermic reaction cycle, permitting a small runaway has resulted in a fast temperature response within the given safety margin. The Idea was employed for an exothermic single Irreversible reaction and also to a set of complex reactions. Both are carried out in a vessel with a heating/cooling coil. Two constraints are Imposed; (1) limited heat transfer area, and (11) a maximum allowable reaction temperature Tmax. The non-minimum phase problem can be considered as one of the difficulties in managing exothermic fed-batch process when cold reactant Is added to vessel at the maximum operating temperature. The control system coped with this within limits, a not unexpected result. In all cases, the new strategy out-performed the conventional controller and produced smoother variations in the manipulated variable. The simulation results showed that batch to batch variations and disturbances In cooling were successfully handled. GPC worked well but can be susceptible to measurement noise. / Higher Education Ministry and Scientific Research