masterThesis
Implementação de controle adaptativo com base em rede neural a uma coluna de destilação
Registro en:
Fernando Araújo Britto, Antonio; Rodrigues de Carvalho, Florival. Implementação de controle adaptativo com base em rede neural a uma coluna de destilação. 2003. Dissertação (Mestrado). Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2003.
Autor
Fernando Araújo Britto, Antonio
Institución
Resumen
Este trabalho teve como objetivo estudar métodos baseados em Inteligência Artificial
(IA), em particular, as Redes Neurais Artificiais (RNA), aplicados em controle de processos.
O sistema a ser estudado é composto de uma coluna de destilação existente na planta
da PETROFLEX de Cabo de Santo Agostinho, a qual faz parte do sistema de purificação de
solvente. O principal processo de produção da PETROFLEX se dá através da reação de
polimerização do Butadieno-1,3 formando a borracha sintética. Ocorre através do mecanismo
conhecido como polimerização aniônica em solução em presença de um iniciador, onde o
solvente, principalmente constituído de N-Hexano e Ciclohexano, é o meio no qual a reação
ocorre. A mistura de borracha sintética e solvente, conhecida como cemento é encaminhada
para um sistema onde o solvente é separado da borracha e em seguida, é enviado ao sistema
de purificação de solvente.
A função do sistema em estudo é remover impurezas representadas por compostos
leves, na faixa de 4 átomos de carbono, que contaminando a corrente de solvente traz grandes
perturbações ao sistema de reação. Esses são principalmente o cis-Buteno-2 e o próprio
Butadieno-1,3 não convertido. Embora, em si não sejam contaminantes, sua presença
normalmente está associada a teores bastante diminutos de outros compostos altamente
indesejáveis como os acetilenos (Etilacetileno, Vinilacetileno ou Metilacetileno). A coluna de
destilação opera com seus controladores ajustados em valores fixos, devido ao fato de não se
conhecer a todo instante a composição da carga e a de fundo da coluna. Isto nem sempre
produz bons resultados e na maior parte do tempo gasta-se mais energia que o necessário.
Propõe-se, então, a implementação de um sistema de controle que deverá se ajustar às
diferentes condições de operação, como uma conseqüência da variação da composição da
carga. O trabalho foi constituído de três etapas : Na primeira, utilizou-se o simulador de
processos ASPEN PLUS para simular e validar as condições operacionais da coluna de
destilação; na segunda, utilizou-se o conjunto de dados gerados pelo simulador para realizar a
identificação do processo via uma rede neural (RNA). Na terceira, foi implementado um
controlador adaptativo, onde o sinal de processo para o controlador vem da RNA.
O simulador de processos ASPEN PLUS se baseia em modelos fenomenológicos. A
RNA a ser implementada e treinada, tomará por base os dados gerados por este simulador,
numa etapa denominada de identificação do processo, resultando em mais agilidade à
obtenção dos dados necessários ao treinamento da rede.
O controle do processo, denominado de Controle Adaptativo fará uso desta rede, que
será responsável pela predição do sinal de controle. O controlador adaptativo baseado no
modelo de rede neural, modifica a sintonia do controlador da variável controlada atuando de
acordo com o critério especificado, enquanto ao mesmo tempo, o sinal de processo para o
controlador adaptativo é predito pelo modelo de rede neural.
Os resultados obtidos pelo simulador demonstraram um alto grau de compatibilidade
com as condições reais da planta, dando boa representatividade ao processo. A RNA também
após treinada e validada apresentou um erro inferior a 0,9 %. De posse destas informações,
realizou-se a implementação de um controlador adaptativo para a vazão de refluxo da coluna
de destilação, onde definiu-se equações relacionando os parâmetros de sintonia do controlador
ao teor de leves na corrente de carga da coluna.
A opção de implementação de um controlador adaptativo na coluna de destilação da
PETROFLEX deverá proporcionar uma melhor estabilidade na qualidade das especificações
dos produtos da coluna devido à maior sensibilidade que este tipo de controle apresenta,adequando-se melhor às perturbações e apresentando uma performance superior ao controle
regulatório padrão baseado em controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo)