Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The unit operation of distillation demands the largest amount of energy in the ethanol
separation. It is of utmost interest to minimize the energy expended in the process,
playing the control an important role on this task. Here a Proportional-Integral-
Derivative (PID) controller is proposed to ensure the fuel ethanol composition at
desired value, i. e., above 92,5°INPM as the same time as save energy through the
minimal use of reboiler power. It is well known that the composition analyzers are
expensive and have a high response time. Due to such limitation, we have developed
an inference model in which the product composition is inferred from the product
temperature and thermodynamics relations, enabling the monitoring and the indirect
control a posteriori of this variable. In addition, the inference of composition allows
defining the reference value of product temperature which ensures the fuel ethanol
production at desired composition. The chosen control structure takes into account
the reference value of product temperature as set-point of a SISO (Single Input
Single Output) controller, i. e., the product ethanol composition is indirectly
controlled by the direct control of product temperature. The control design depends
on a good dynamic model between the manipulated variable (reboiler power) and the
controlled variable (product temperature). Such relationship was obtained by process
data identification with discrete parametric models, being Output Error and ARMAX
the models with the best performance. Several tuning methods were compared for the
controller design. Among these methods, the Internal Model Control (IMC) has
presented the best relationship between robustness and performance to be used in the
distillation process of this study. Finally, the proposed controller was validated in the
process and the results have shown its good performance to obtain the product
composition at desired value. Thus, we can conclude that the proposed controller,
through the simple PID control strategy, performed as expected within the limitations
of available instrumentation and the process particularities. / A operação unitária de destilação exige uma grande quantidade de energia na
separação de etanol. É de extremo interesse minimizar a energia gasta no processo e,
nesta tarefa, o controle desempenha um papel importante. Neste trabalho, um
controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) é proposto para assegurar a
concentração de etanol combustível no valor desejado, isto é, próximo de 92º INPM,
assim como economizar energia através do mínimo consumo energético no
refervedor. É bem conhecido que os analisadores de concentração apresentam um
alto custo e tem um tempo de resposta elevado. Devido a estas limitações foi
desenvolvido um modelo de inferência no qual a concentração do produto é inferida
através da combinação entre a temperatura do produto e relações termodinâmicas,
proporcionando o monitoramento e, posteriormente, o controle indireto desta
variável. Além disso, a inferência da concentração permite definir o valor de
referência da temperatura do produto que assegure a produção de etanol na
concentração desejada. A estrutura de controle escolhida leva em consideração o
valor de referência da temperatura do produto, como ponto de ajuste do controlador
SISO (Single Input Single Output) e, deste modo, a concentração de etanol no
produto é controlada indiretamente pelo controle direto da temperatura do produto. O
projeto do controlador depende de um bom modelo dinâmico entre a variável
manipulada (potência do refervedor) e a variável controlada (temperatura do
produto). Esta relação foi obtida por meio da identificação de dados do processo com
modelos paramétricos discretos, sendo que o Output Error e o ARMAX os modelos
que apresentaram o melhor desempenho. Vários métodos de sintonia foram
comparados para o projeto do controlador. Entre estes métodos, o Internal Model
Control (IMC) apresentou a melhor relação entre a robustez e o desempenho para ser
utilizado no processo de destilação em estudo. A seguir, o controlador proposto foi
validado no processo e os resultados mostraram o seu bom desempenho na obtenção
da composição do produto no valor desejado. Pode-se concluir que o controlador PID
proposto apresentou o desempenho esperado, dentro das limitações da
instrumentação disponível e das particularidades do processo.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/7958 |
| Date | 31 January 2013 |
| Creators | Gehlen, Cindi de Oliveira |
| Contributors | Hoffmann, Ronaldo |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, UFSM, BR, Engenharia de Processos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100600000000, 400, 300, 300, b85fa86d-dc82-49f8-a2fa-f893ac72ecef, f8866a6a-4811-415d-bccd-f73679f17d67 |
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