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2 não funcionará com a presença de perturbações não medidas
3 sensível a alterações em parâmetros
4 requer um bom conhecimento do comportamento do processo
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Objetivos do Sistema de Controle
"Feedback" × "Feedforward" (continuação)
Configuração de Controle do Sistema
F i 1
T i 1
F T,
T
F s t
Q h
V a p o r
F i 2
T i 2
C o n d e n s a d o
T s t 3
1 2 R e a l i m e n t a ç ã o
A n t e c i p a t ó r i o
1
2
3
T I
T T
T C
T I
T T
T C
L I L T L C
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Objetivos do Sistema de Controle
2. Assegurar a Estabilidade do Processo
Tornar a operação da planta estável.
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Objetivos do Sistema de Controle
2. Assegurar a Estabilidade do Processo (continuação)
Sistema Estável ou Auto-Regulável
x
tt o
após a perturbação, x retorna ao seu valor inicial
não necessita de controle para estabilização
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Objetivos do Sistema de Controle
2. Assegurar a Estabilidade do Processo (continuação)
Sistema Instável
x
tt o
A
B
C
após a perturbação, x não retorna ao seu valor inicial
necessita de controle para estabilização
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Objetivos do Sistema de Controle
2. Assegurar a Estabilidade do Processo (continuação)
Estudo de Caso
CSTR com Reação Irreversível Exotérmica
F i
T i
F T,
F c
Q B
R e f r i g e r a n t e
T c i
C a i
C a
F cT c
A B
Q
T
Q B
Q A
T 1 T 2 T 3
Q A : c a l o r g e r a d o p e l a r e a ç ã o
Q B : c a l o r r e m o v i d o p e l o r e f r i g e r a n t e
Regime Estabelecido
QA = QB\u2192 3 estados estacionários: P1, P2 e P3
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Objetivos do Sistema de Controle
2. Assegurar a Estabilidade do Processo (continuação)
t
T 3
T 2
T 1
T
t
T 3
T 2
T 1
T
t
T 3
T 2
T 1
T
t
T 3
T 2
T 1
P 1 e P 3 : e s t á v e i s P 2 : i n s t á v e l
Por quê operar em P2?
1 P1: baixa conversão (T baixa)
2 P3: insegura, destrói catalisador, degrada B (T alta)
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo
Tornar a operação da planta mais produtiva.
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo (continuação)
Estudo de Caso
Otimizar o Desempenho de um Reator em Batelada
reação: A\u2192 B \u2192 C (endotérmica)
produto desejado: B
produto indesejado: C
objetivo do sistema de controle: maximizar \u3a6 no intervalo de
tempo 0 a tR
máx
Fstsp
\u3a6 =
\u222b tR
0
[(receita de B)\u2212 (custo do vapor)]dt \u2212 custo de A
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo (continuação)
ação de controle: Fst é usado exclusivamente para a otimização
do desempenho do reator, pois afeta as taxas das reações
T
F s t
Q
C o n d e n s a d o
V a p o r
T s t
c o n t r o l a d o r
s e t p o i n t
s p e+
-
F s t
F s t
C To t i m i z a d o rm a x F C B
Figura: Controle otimizante
t
s pF s t
t R
m á x
m í n
Figura: Ação de controle
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo (continuação)
Na Otimização em Tempo Real (RTO), os valores ótimos dos "set
points" são calculados na otimização da operação do processo, sa-
tisfazendo as restrições do sistema.
C o n t r o l e
R e g u l a t ó r i o
( s e g u n d o s -
m i n u t o s )
C o n t r o l e P I D , t é c n i c a s a v a n ç a d a s d e c o n t r o l e ,
m o n i t o r a m e n t o d a p e r f o r m a n c e d a m a l h a d e
c o n t r o l e
S e g u r a n ç a
a m b i e n t a l e d o s
e q u i p a m e n t o s
( < 1 s e g u n d o ) G e r e n c i a m e n t o d o s a l a r m e s ep a r a d a d e e m e r g ê n c i a
M e d i ç ã o e
A t u a ç ã o( < 1 s e g u n d o )
V e r i f i c a ç ã o d o f u n c i o n a m e n t o d o s
s e n s o r e s e a t u a d o r e s
P r o c e s s o
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo (continuação)
P l a n e j a m e n t o e
P r o g r a m a ç ã o( d i a s - m e s e s )
P r e v i s ã o , g e r e n c i a m e n t o d a
c a d e i a d e s u p r i m e n t o s , p l a n e j a m e n t o /
p r o g r a m a ç ã o d a s m a t é r i a s - p r i m a s e p r o d u t o
O t i m i z a ç ã o e m
T e m p o R e a l( h o r a s - d i a s )
O t i m i z a ç ã o d a p l a n t a i n t e i r a e d a s 
u n i d a d e s i n d i v i d u a i s , e s t i m a t i v a d e p a r â m e t r o s ,
c o n t r o l e s u p e r v i s ó r i o , r e c o n c i l i a ç ã o d e d a d o s
C o n t r o l e
 M u l t i v a r i á v e l
c o m R e s t r i ç ã o
( m i n u t o s -
h o r a s )
C o n t r o l e m u l t i v a r i á v e l ,
c o n t r o l e p r e d i t i v o c o m m o d e l o
Figura: Níveis hierárquicos no controle e otimização de processos
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Objetivos do Sistema de Controle
3. Otimizar o Desempenho do Processo (continuação)
Em plantas grandes, chega-se a obter mais do que US$200 mil de
incremento diário nos ganhos com RTO.
Em algumas vezes, os &quot;set points&quot; ótimos podem mudar diaria-
mente. O custo das fontes de geração de energia, variações na
qualidade e custo das matérias-primas, limites de processamento e
estocagem e demanda do produto são resposáveis pela necessidade
frequente de RTO.
Problemas envolvendo mais do que 100 mil variáveis e restrições
de igualdade e desigualdade são hoje rotineiramente resolvidos com
RTO.
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Justificativa Econômica
Redução na variação da especificação do produto.
t
x s p
x
t
r e s t r i ç ã o o p e r a c i o n a l
a n t e s
x
x s p
r e s t r i ç ã o o p e r a c i o n a l
d e p o i s
Figura: Redução da variabilidade do produto
benefícios econômicos:
mudança do ponto operacional
aproxima-se da restrição operacional
menor quantidade de produto fora de especificação
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Leitura I
Leitura Complementar
Próxima aula:
apostila do Prof. Wua, capítulos 2, 3 e 4 (volume I).
livro do Stephanopoulosb, capítulos 2, 3 e 4.
livro do Seborg et al.c , capítulo 2.
aKwong, W. H., Introdução ao Controle de Processos Químicos com MATLAB.
Volumes I e II, EdUFSCar, São Carlos, Brasil, 2002.
bStephanopoulos, G., Chemical Process Control. An Introduction to Theory and
Practice. Prentice Hall, Englewood Cliffs, USA, 1984.
cSeborg, D. E., Edgar, T. F., Mellichamp, D. A., Process Dynamics and Control. 1st
Edition, John Wiley, New York, USA, 1989.
Introdução ao Controle de Processos (CP1)