Design, assembly and instrumentation of an experimental prototype system for the polymerization of different development and implementation of intelligent control techniques / Projeto, montagem e instrumentação de um protótipo experimental de sistema de polimerização para o desenvolvimento e implementação de diferentes técnicas de controles inteligentes

Manuela Souza Leite

Através de processos de polimerização pode-se obter uma enorme diversidade de produtos de grande interesse industrial, devido a sua vasta gama de aplicações. Cada reação deve ser feita com finalidades específicas, e então os polímeros devem ser produzidos sob certas condições operacionais estabelecidas, que lhe atribuem características relacionadas às suas aplicações. Buscando soluções para os diversos desafios existentes em processos de polimerização, tem sido crescente o número de trabalhos que buscam novas estratégias de controle mais eficazes para tais sistemas. O controle de um reator de polimerização apresenta grande dificuldade devido a sua natureza altamente não-linear e complexidade do mecanismo cinético da reação. Muitos dos algoritmos convencionais de controle não atendem, em sua totalidade, as exigências cada vez mais especificas destes processos e, visando atender estas necessidades, tem ocorrido nos últimos anos, um crescimento considerável na aplicação de estratégias de controle avançado em processos de polimerização. Este trabalho teve como proposta a montagem de um protótipo experimental, utilização de tecnologia de automação, desenvolvimento e implementação de estratégias de controle baseadas em inteligência artificial, especificamente, lógica fuzzy. A configuração do sistema experimental permitiu o acompanhamento em tempo real das principais variáveis do processo, possibilitando o uso de medidas on-line de variáveis, como viscosidade e densidade, as quais estão relacionadas indiretamente com o peso molecular e conversão, respectivamente. As estratégias de controle foram desenvolvidas com o objetivo de proporcionar a manutenção da temperatura da reação de polimerização em solução, e em batelada, do estireno, uma vez que esta variável possui influência direta na qualidade do produto final. O estireno foi selecionado como estudo de caso devido a sua importância industrial e ampla faixa de aplicação. Foram implementados no sistema experimental controladores mono e multivariáveis, e com saídas do tipo incremental e posicional, utilizando-se de modelos Mamdani e Sugeno. A reação foi conduzida por 3 horas, a um set-point de 90°C, utilizando uma concentração do monômero es tireno de 50% em volume, e como solvente o tolueno, tendo o BPO (peróxido de benzoíla) como iniciador. Foi definido um sistema de controle tipo cascata-fuzzy, o qual trata-se de um sistema que apresenta inediticidade, visto que não foram encontradas na literatura aplicações com esta configuração. Os controladores inteligentes foram aplicados na malha principal, tendo como variável de saída (variável intermediária) a temperatura da camisa do reator, e a variação de potência da resistência imersa no fluido térmico da camisa, como variável manipulada deste processo. As estratégias de controle, implementadas para um mesmo estudo de caso, foram analisadas conforme suas características, e todas as estruturas apresentaram eficiência do controle da reação de polimerização. A eficiência do sistema foi avaliada através do comportamento das variáveis controlada e manipulada, análise de índices de desempenho dos controladores (ISE, ITSE, IAE e ITAE), consumo de energia elétrica, visando redução de custos operacionais e, análise das propriedades finais do polímero obtido tais como: peso molecular médio, polidispersidade e produtividade (conversão)

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