Orientador: Luz Adriana Alvarez Toro

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Os projetos de processos e do sistema de controle são frequentemente considerados como problemas independentes, no qual, o objetivo econômico e de controle são realizados em esferas de tempo diferentes e de modo sequencial. Contudo, essa abordagem pode apresentar problemas como restrições...

Resumo: Os projetos de processos e do sistema de controle são frequentemente considerados como problemas independentes, no qual, o objetivo econômico e de controle são realizados em esferas de tempo diferentes e de modo sequencial. Contudo, essa abordagem pode apresentar problemas como restrições incompatíveis e pontos operacionais inviáveis. A agregação de ambos os objetivos em uma estrutura de otimização integrada surge como uma alternativa na busca de solucionar tais limitações. Através dessa abordagem é possível fornecer um projeto de processos e do sistema de controle com benefícios econômicos e melhorias no comportamento dinâmico. A metodologia apresentada neste trabalho trata o problema de projeto de processos e do sistema de controle em uma sequência de problemas de otimização. A sua formulação baseia-se nas mudanças das condições de mercado causadas pela diferença nos preços de matérias-primas e dos produtos. Os seus estágios iniciais consistem, primeiramente, nos cálculos de projetos utópicos, realizados pela solução isolada de cada objetivo de otimização. Na última etapa, uma estrutura integrada trabalha para alcançar simultaneamente esses valores por meio de duas estratégias de otimização: alcance de metas e cálculo do custo quadrático. A metodologia foi aplicada no reator de Williams-Otto em virtude da complexidade dinâmica do sistema. Um controlador preditivo de horizonte infinito (IHMPC) e uma estrutura de integração entre este controlador e a camada de otimização em tempo real (RTO) foram usados como estratégias de controle. Os resultados apresentam que a metodologia proposta foi capaz de melhorar aspectos dinâmicos do controlador e aspectos econômicos da operação da planta mesmo na presença de alterações impostas pelo mercado aos preços dos componentes de reação, perturbações programadas, aleatórias e não medidas pelo processo

Abstract: Process design and control are often regarded as independent issues. The economic objective and control problem are carried out in different time stages and in a sequential way. However, this approach can present problems such as constraints violation and unfeasible operational points. The...

Abstract: Process design and control are often regarded as independent issues. The economic objective and control problem are carried out in different time stages and in a sequential way. However, this approach can present problems such as constraints violation and unfeasible operational points. The aggregation of both objectives in an integrated optimization framework appears as an alternative in the search to solve such limitations. Through this methodology, it is possible to provide a process and control design with economic benefits and improvements in dynamic behavior. The methodology presented in this work deals with the process and control design problem in a sequence of optimization problems. Its formulation is based on changes in market conditions caused by differences in the prices of raw materials and products. Its initial stages consist, firstly, in the calculations of utopian projects, carried out by the isolated solution of each optimization objective. In the last step, an integrated structure works to achieve the utopian values simultaneously through two optimization strategies: attainment goals and quadratic cost. The proposed solution is applied in the Williams-Otto reactor due to the dynamic complexity of the system. An Infinite Horizon Predictive Controller (IHMPC) and an integration structure between this controller and the Real-Time Optimization (RTO) layer were used as control strategies. Results show that the proposed methodology was able to improve the dynamics aspects of the controller and economic aspects of the process operation even in the presence of changes imposed by the prices of reaction components, programmed, random, and non-measured disturbances by the process

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