Esta dissertação estuda o controle multivariável de uma plataforma \"offshore\" típica. Com esse propósito, um modelo dinâmico rigoroso do processo não-linear foi desenvolvido e usado para representar o processo real nas simulações das estratégias de controle propostas. Baseado no modelo rigoroso e usando métodos de identificação, foram desenvolvidos modelos lineares aproximados para representar o processo no controlador preditivo (MPC). O sistema de controle foi projetado visando manter as variáveis controladas em valores adequados e reduzir o efeito de golfadas severas nos equipamentos à jusante da plataforma. Foram testados dois controladores preditivos: o MPC convencional que opera com \"setpoints\" fixos para as variáveis controladas e o controlador preditivo que opera com zonas para as variáveis controladas. Os resultados da simulação mostram que o controlador preditivo com controle por zonas é capaz de ter uma performance bem melhor que o controlador preditivo convencional, com uma significativa redução na amplitude das oscilações causadas pelas golfadas na vazão de petróleo na saída da plataforma. / This dissertation studies the multivariable control of a typical offshore platform. For this purpose, a rigorous nonlinear dynamic model of the process system is developed and used to represent the true process in the simulation of the proposed control strategies. Based on this rigorous model, approximate linear models are obtained through identification methods in order to represent the platform process in the Model Predictive Control (MPC). The control system was designed aimed at keeping all the controlled variables at adequate values and to reduce the effect of severe riser slugging on the downstream systems. Two model predictive controllers are tested: the conventional MPC with fixed set-points to the controlled outputs and the MPC with zone control of the outputs. The simulation results show that the controller based on the output zone control has a better performance than the conventional MPC with a significant reduction on the amplitude of the oscillation of oil flow at the outlet of the platform process.

Esta dissertação estuda o controle multivariável de uma plataforma \"offshore\" típica. Com esse propósito, um modelo dinâmico rigoroso do processo não-linear foi desenvolvido e usado para representar o processo real nas simulações das estratégias de controle propostas. Baseado no modelo rigoroso e usando métodos de identificação, foram desenvolvidos modelos lineares aproximados para representar o processo no controlador preditivo (MPC). O sistema de controle foi projetado visando manter as variáveis controladas em valores adequados e reduzir o efeito de golfadas severas nos equipamentos à jusante da plataforma. Foram testados dois controladores preditivos: o MPC convencional que opera com \"setpoints\" fixos para as variáveis controladas e o controlador preditivo que opera com zonas para as variáveis controladas. Os resultados da simulação mostram que o controlador preditivo com controle por zonas é capaz de ter uma performance bem melhor que o controlador preditivo convencional, com uma significativa redução na amplitude das oscilações causadas pelas golfadas na vazão de petróleo na saída da plataforma. / This dissertation studies the multivariable control of a typical offshore platform. For this purpose, a rigorous nonlinear dynamic model of the process system is developed and used to represent the true process in the simulation of the proposed control strategies. Based on this rigorous model, approximate linear models are obtained through identification methods in order to represent the platform process in the Model Predictive Control (MPC). The control system was designed aimed at keeping all the controlled variables at adequate values and to reduce the effect of severe riser slugging on the downstream systems. Two model predictive controllers are tested: the conventional MPC with fixed set-points to the controlled outputs and the MPC with zone control of the outputs. The simulation results show that the controller based on the output zone control has a better performance than the conventional MPC with a significant reduction on the amplitude of the oscillation of oil flow at the outlet of the platform process.

Submitted by infopei ufba (infopei@ufba.br) on 2016-11-24T15:02:03Z No. of bitstreams: 1 ARAMIS_CICERO_COSTA.pdf: 7825553 bytes, checksum: 499ae2727ce6f70bbc0af9f8e1a3298c (MD5) / Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2017-03-13T16:30:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ARAMIS_CICERO_COSTA.pdf: 7825553 bytes, checksum: 499ae2727ce6f70bbc0af9f8e1a3298c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T16:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARAMIS_CICERO_COSTA.pdf: 7825553 bytes, checksum: 499ae2727ce6f70bbc0af9f8e1a3298c (MD5) / PETROBRAS/UO-BC/IPP/AUT / O Diagnóstico Integrado de Automação é uma proposta de um sistema de informações úteis e confiáveis de diagnóstico, focado nos sistemas de automação industrial instalados nas plataformas de produção de petróleo. Foram utilizados conceitos de diagnóstico por camadas de automação e um projeto de padronização de tags de diagnóstico. O objetivo é que o resultado independa das tecnologias e fabricantes instalados. Para isso, foram construídos e implantados agentes nos sistemas embarcados nas plataformas de petróleo, juntamente com uma integração dos bancos de dados já existentes, possibilitando auxiliar no gerenciamento dos ativos. O trabalho proporcionou três resultados. Primeiro, favorece a construção de uma logística de atendimento da manutenção, em três malhas de atuação da automação industrial, chamadas de malha rápida, malha média e malha longa. Segundo, facilita as pesquisas e consultas dirigidas por especialização ou orientadas para ações de investigação, conhecimento e tratamento da falha. E terceiro, fornece índices de disponibilidade dos elementos por camada. No futuro espera-se como benefícios, uma maior eficiência e interação das ações de manutenção. Como consequência direta desse último, teríamos uma redução de perdas econômicas por paradas de planta e uma melhora na segurança do processo. Também se espera a construção de uma base integrada de conhecimento corporativo. Por último, favorecem a integração com novos projetos de inovação, pesquisa e desenvolvimento. / The Automation Integrated Diagnostics is a proposal for an information system of useful and reliable diagnosis, focused on industrial automation systems installed on offshore oil platforms. The concept of diagnosis per layer of automation was used and also a diagnosis tag standardization project. The goal is to be independent of technologies and manufacturers already installed. For this, agents were built and placed in embedded systems on offshore oil platforms, along with an integration of existing databases, providing aid in the management of assets. The work provided three results. Firstly, it favors the construction of a maintenance service logistics in three meshes of industrial automation performance, called quick mesh, medium mesh and long mesh network. Secondly, it facilitates research and consultations either by specialization, investigation oriented actions or knowledge and failure treatment. And at last, it provides availability levels of elements per layer. Future benefits like greater efficiency and interactions of the maintenance actions are expected. As a direct consequence of the latter, we would have a reduction of economic losses by plant shutdowns and an improvement in process safety. It is also expected to build an integrated base of corporate knowledge. Finally, it will enhance the integration with new projects of innovation, research and development.

O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos, interpolar os resultados da simulação, efetuar a transformada de Fourier dos resuldados interpolados e apresentar em um documento formato PDF um relatório detalhado da simulação. Este relatório permite a análise direta dos dados sem necessidade de pós-processamento, contendo gráficos de séries temporais, espectro de frequência e diversos gráficos usualmente encontrados na literatura especializada de VIV. Por sua vez, para discutir a aplicabilidade dos modelos estudados é feita uma compilação da fenomenologia de VIV e os resultados experimentais são comparados com os resultados da simulação. A comparação dos resultados das simulações com dados experimentais conclui que é bastante limitada a aplicabilidade dos modelos fenomenológicos. Apenas o modelo de Iwan&Blevins foi capaz de reproduzir a amplitude de pico constatada experimentalmente. No contexto mais amplo de VIV, o trabalho observa que o estudo de modelos fenomenológicos voltou a ser uma área de fértil desenvolvimento científico. / The present work develops a critical analysis of a family of results emerging from the systematic study of phenomenological models in Vortex Induced Vibration, VIV. The study covers the theoretical foundation, numerical simulation and the applicability of several fenomenological models already available in the literature. Amongst the models presented here are those from Hartlen&Currie, 1970, Iwan&Blevins, 1975, and Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. The purposes are threefold: based in theoretical and experimental results in the literature, to express the ability of those models in representing de VIV phenomena; to obtain numerical simulations results in order to compare them with experimental data; to address the practical application of the studied models in real engineering cases. The fundamental basis of the phenomelogical models was borrowed from the work of Aranha, 2004, which lead to the feasibility of modelling the VIV phenomena by a set of simplified differential equations. The phenomenological models have been using simplified equations since their beginning and now the work of Aranha can be used to give the phenomenological models a sound basis. The numerical simulator was directly implemented in a scientific program specialy designed for this purpose. The resulting software can numericaly solve the models' differential equations, interpolate the results, transpose the results from time domain to frequency domain and finally present a complete report in PDF format. The report allows the direct analysis of the models dispensing with the need of any further task. In order to address the applicability issues, a fairly complete compilation of the current available experimental data on VIV was done. The compiled data was then compared with the results from the numerical simulation of the models. The main conclusion of this last step is that the phenomenological models analysed are strongly limited and do not represent the VIV characteristics well enough. An exception is made to the Iwan&Blevins models for its capacity to predict the peak vibration amplitude. In a broad sense, this work points the phenomenological modelling of VIV as an active field of research.

O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos, interpolar os resultados da simulação, efetuar a transformada de Fourier dos resuldados interpolados e apresentar em um documento formato PDF um relatório detalhado da simulação. Este relatório permite a análise direta dos dados sem necessidade de pós-processamento, contendo gráficos de séries temporais, espectro de frequência e diversos gráficos usualmente encontrados na literatura especializada de VIV. Por sua vez, para discutir a aplicabilidade dos modelos estudados é feita uma compilação da fenomenologia de VIV e os resultados experimentais são comparados com os resultados da simulação. A comparação dos resultados das simulações com dados experimentais conclui que é bastante limitada a aplicabilidade dos modelos fenomenológicos. Apenas o modelo de Iwan&Blevins foi capaz de reproduzir a amplitude de pico constatada experimentalmente. No contexto mais amplo de VIV, o trabalho observa que o estudo de modelos fenomenológicos voltou a ser uma área de fértil desenvolvimento científico. / The present work develops a critical analysis of a family of results emerging from the systematic study of phenomenological models in Vortex Induced Vibration, VIV. The study covers the theoretical foundation, numerical simulation and the applicability of several fenomenological models already available in the literature. Amongst the models presented here are those from Hartlen&Currie, 1970, Iwan&Blevins, 1975, and Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. The purposes are threefold: based in theoretical and experimental results in the literature, to express the ability of those models in representing de VIV phenomena; to obtain numerical simulations results in order to compare them with experimental data; to address the practical application of the studied models in real engineering cases. The fundamental basis of the phenomelogical models was borrowed from the work of Aranha, 2004, which lead to the feasibility of modelling the VIV phenomena by a set of simplified differential equations. The phenomenological models have been using simplified equations since their beginning and now the work of Aranha can be used to give the phenomenological models a sound basis. The numerical simulator was directly implemented in a scientific program specialy designed for this purpose. The resulting software can numericaly solve the models' differential equations, interpolate the results, transpose the results from time domain to frequency domain and finally present a complete report in PDF format. The report allows the direct analysis of the models dispensing with the need of any further task. In order to address the applicability issues, a fairly complete compilation of the current available experimental data on VIV was done. The compiled data was then compared with the results from the numerical simulation of the models. The main conclusion of this last step is that the phenomenological models analysed are strongly limited and do not represent the VIV characteristics well enough. An exception is made to the Iwan&Blevins models for its capacity to predict the peak vibration amplitude. In a broad sense, this work points the phenomenological modelling of VIV as an active field of research.

Submitted by Marcia Silva (marcia@latec.uff.br) on 2015-10-28T15:24:58Z No. of bitstreams: 1 Dissert Alberto Carlos Caldeira Costa Coelho.pdf: 2546235 bytes, checksum: fae999869b3111d56936cf27a91be586 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-28T15:24:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Alberto Carlos Caldeira Costa Coelho.pdf: 2546235 bytes, checksum: fae999869b3111d56936cf27a91be586 (MD5) Previous issue date: 2010-11-04 / Este trabalho tem por objetivo identificar e avaliar a gestão dos possíveis grandes riscos (de grandes consequências), existentes no descomissionamento realizado na indústria do petróleo em ambiente offshore de uma unidade marítima fixa de exploração e produção do tipo jaqueta, localizada na Bacia de Campos, com uma lâmina d`água aproximadamente de 150 metros. Serão contemplados os grandes riscos e os cenários que se desdobram, a partir da identificação dos mesmos visando segurança operacional, ambiental e saúde ocupacional. Segundo estimativas de 2001, existiam cerca de 8.000 plataformas de petróleo offshore e 700 sondas de perfuração de poços exploratórios em mais de 500 campos em desenvolvimento, situados em mais de 100 países diferentes. Nos próximos vinte anos, se espera que mais de 6.500 plataformas e instalações venham a ser descomissionadas a um custo estimado de 20 a 40 bilhões de dólares. Entretanto, é bom lembrar que operação de descomissionamento de uma unidade marítima fixa de mesma proporção da do escopo deste trabalho, e em situação de localização idêntica, ainda não foi realizada por nenhuma operadora em nosso país. / This work aims to identify and assess potential major risks (huge consequences), existing decommissioning performed in the petroleum industry in offshore environment of a fixed unit of maritime exploration and production of kind jacket located in the Campos Basin with water depths of 150 meters. Will be addressed major risks and scenarios that unfold from their identification. According to estimates by 2001 there were about 8,000 offshore oil platforms and 700 rigs drilling exploratory wells in over 500 fields under development in more than 100 countries. In the next twenty years is expected to more than 6,500 platforms and facilities will be decommissioned at an estimated cost 29-40 billion dollars. However, it is good to remember that decommissioning operation of a maritime unit fixed proportion to the scope of this work and in the same situation and location, has not yet to be performed by any operator in our country.