TOURISM ACTIVATES STRONGLY DEPEND ON POSITIVE IMAGE OF

A planta piloto utilizada neste projeto representa, em escala reduzida, um

processo presente em ind´ustrias reais. Trata-se de um sistema de controle

de temperatura e vaz˜ao de ar. O processo de insuflamento de ar aquecido ´e

encontrado em diferentes setores industriais, tais como mineral, metal´urgico,

cimenteiro, qu´ımico e farmacˆeutico. Em geral, plantas industriais que em alguma parte do processo envolvem o controle de vaz˜ao ou temperatura de ar (ou ambos), exigem um sistema de controle que tenha robustez frente `as incertezas, estabilidade e boa rejei¸c˜ao de perturba¸c˜ao.

Em trabalhos anteriores desenvolvidos na planta piloto, como o de To- lentino [Tolentino, 2002], Pena e colaboradores [Pena et al., 2002] e Pena [Pena, 2002], foram aplicadas t´ecnicas de controle avan¸cado. Tolentino apli- cou em 2002 a t´ecnica de controle adaptativo de variˆancia m´ınima, mono- vari´avel e multi-malha, com compensa¸c˜ao direta entre ambas as malhas de controle do SCVT. J´a os trabalhos de Pena aplicaram t´ecnicas de controle chaveado, em que a vari´avel controlada ´e a temperatura do ar e a vari´avel de chaveamento ´e a vaz˜ao. Atualmente, al´em do presente trabalho, foram validadas t´ecnicas de controle robusto, a fim de analisar o desempenho dos controladores ao se levar em conta as incertezas dos modelos do processo, em especial, os modelos da malha de temperatura [Barbosa, 2007].

O processo industrial de secagem de pelotas de min´erio de ferro ´e o que possui maior semelhan¸ca com a planta piloto. O trabalho de Borim ([Borim, 2000]) valida algumas t´ecnicas de controle avan¸cado, como controle

1.3 Motiva¸c˜ao 7 em cascata e desacoplamento em uma planta real de secagem de pelotas de min´erio de ferro. Pomerleau e colaboradores [Pomerleau et al., 2003b] uti- lizam as t´ecnicas de controle MBPC (Model-Based Predictive Controller ) multi-vari´avel e PID descentralizado e comparam ambas em ensaios simula- dos em uma planta de pelotiza¸c˜ao de min´erio de ferro. Em outro trabalho similar, Pomerleau e colaboradores [Pomerleau et al., 2003a] comparam o de- sempenho de controladores preditivos lineares e n˜ao-lineares na mesma planta utilizada por [Pomerleau et al., 2003b].

O controle de temperatura e vaz˜ao de ar tamb´em ocorre tanto em edi- f´ıcios (comerciais e residenciais) como em residˆencias particulares. O con- trole dessas duas vari´aveis ´e extremamente importante nestes casos, pois visa manter o conforto t´ermico dos ocupantes e uma boa qualidade do ar [Batista, 2006]. Desde 1980, t´ecnicas de controle digitais vˆem sendo apli- cadas para controle de processos t´ermicos. Em 1987, aplica¸c˜oes de contro- ladores adaptativos de Variˆancia M´ınima Generalizado (GMV) e Controle Preditivo Generalizado (GPC) em uma planta de condicionamento de ar s˜ao apresentadas [Jota, 1987].

Nos ´ultimos anos, Singh e colaboradores [Singh et al., 2000] utilizaram

controle adaptativo multi-vari´avel em um sistema de Ventila¸c˜ao, Aqueci- mento e Condicionamento de AR (HVAC), em que um regulador linear quadr´atico (LQG) por meio de simula¸c˜ao ´e utilizado no controle do sistema. Os trabalhos de Engdahl e Johansson [Engdahl e Johansson, 2004] e Attha- jariyakul e Leephakpreeda [Atthajariyakul e Leephakpreeda, 2004] citam a importˆancia do controle dessas vari´aveis em fun¸c˜ao de otimizar ´ındices que medem a qualidade do ar em ambientes (como por exemplo, o ´ındice IAQ Indoor Air Quality) e o impacto que o controle causa na economia de ener- gia. Wachenfeldt e seus colaboradores [Wachenfeldt et al., 2007], citam a importˆancia do controle de temperatura e vaz˜ao de ar vari´avel nas escolas da Noruega, em que reduziu-se o consumo de energia e melhorou a qualidade do ar nas salas de aula. Anderson e colaboradores [Anderson et al., 2007], montam um sistema piloto para o controle avan¸cado de aquecimento, ven- tila¸c˜ao e condicionamento de ar (HVAC). Eles implementam estrat´egia de controle robusto multi-vari´avel e comparam os resultados experimentais dessa estrat´egia com resultados usando o controle PI convencional. Yuan e Perez [Yuan e Perez, 2006] validam duas estrat´egias de controle avan¸cado, controle preditivo MPC e controle PI em cascata, em uma planta de volume de ar

controle MPC foi mais eficiente em poupar energia.

O trabalho de Montenegro e colaboradores [Montenegro et al., 2006], uti- liza um controlador PID auto-sintoniz´avel e a estrat´egia de controle predi-

tivo generalizado (GPC) para controlar uma planta denominada T´unel Psi-

crom´etrico. Esta planta possui caracter´ısticas muito similares `as do SCVT, como o princ´ıpio construtivo e de funcionamento, malhas de controle de tem- peratura e vaz˜ao de ar. Por´em, os controladores s˜ao implementados somente na malha de temperatura com a malha de vaz˜ao com set point fixo. A esti- ma¸c˜ao de parˆametros dos modelos n˜ao ´e detalhada e nem mesmo as valida¸c˜oes dos modelos est˜ao presentes. Os resultados experimentais mostram que o controlador PID auto-sintoniz´avel apresentou maior velocidade de resposta e overshoot menor do que o controlador preditivo. Entretanto, os autores prop˜oem estudar mais a fundo o GPC, a fim de que o mesmo possa vir a ter

um desempenho superior ao PID auto-sintoniz´avel.

Artigo de relevˆancia ´e o de Thomas e outros [Thomas et al., 2005]. A proposta desse trabalho consiste em investigar as vantagens de se usar con- trole antecipat´orio em compara¸c˜ao com o controle realimentado tradicional (sem compensa¸c˜ao) e comparar as diferen¸cas entre o controle de temperatura para edif´ıcios com controle antecipat´orio dinˆamico, est´atico e sem compen- sa¸c˜ao. Em sistemas HVAC, controle antecipat´orio geralmente ´e utilizado para compensar varia¸c˜oes de temperatura externa, por´em, os autores uti- lizam o modelo matem´atico de uma m´aquina el´etrica com potˆencia de 1500W - segundo os autores, pode ser um forno, fotocopiadora ou qualquer outra m´aquina que produza calor-, para simular as perturba¸c˜oes de carga dentro de um escrit´orio. Os resultados experimentais mostram que o uso do controle antecipat´orio dinˆamico proporciona melhor rejei¸c˜ao de perturba¸c˜ao do que a compensa¸c˜ao est´atica; por´em, mesmo a compensa¸c˜ao est´atica de perturba¸c˜ao mostrada no trabalho sendo menos eficiente que a dinˆamica, j´a apresenta re- sultados melhores se comparada ao controle sem nenhuma compensa¸c˜ao de perturba¸c˜ao.

No artigo de Thomas e colaboradores [Thomas et al., 2005], os ensaios em malha aberta para obter a curva de rea¸c˜ao e modelar a planta utilizada mostrou que a curva de temperatura apresenta caracter´ıstica de sistema com-

posto (dois modelos de 1a _{ordem em paralelo). Por´em, os autores modelam}

a temperatura por apenas um modelo de 1a _{ordem. Assim como realizado}

em 2000, por Pena e outros [Pena et al., 2002], surge novamente o interesse em explorar a modelagem da malha de temperatura do SCVT por meio de

1.3 Motiva¸c˜ao 9 sistema composto.

Em muitas plantas de processos qu´ımicos, como por exemplo, reatores e polimeriza¸c˜ao, o controle de temperatura ´e cr´ıtico [Dassau et al., 2006]. Em

geral, essas plantas apresentam acoplamento entre as vari´aveis, o que motiva o

uso de alguma t´ecnica que reduza as intera¸c˜oes entre as malhas ou at´e mesmo de vari´aveis externas. Dassau e colaboradores [Dassau et al., 2006] citam a importˆancia do controle avan¸cado no controle regulat´orio de temperatura de um processo de fabrica¸c˜ao de componentes eletrˆonicos, dadas as caracter´ıs- ticas n˜ao-lineares e incertezas do processo. Foi poss´ıvel notar que a curva de rea¸c˜ao da malha de temperatura apresentada no artigo poderia ser represen- tada por meio de um sistema composto. Em reatores qu´ımicos por batelada, o controle de temperatura com t´ecnicas de controle avan¸cado ´e proposto por Louleh e colaboradores [Louleh et al., 1999], em que s˜ao apresentadas as di- ficuldades do controle PID quando aplicado nesses tipos de reatores. No trabalho de Louleh e colaboradores [Louleh et al., 1999], os autores utilizam controle preditivo generalizado (GPC) na malha externa da estrat´egia de con- trole em cascata. Tadeo e Grimble [Tadeo e Grimble, 2002] utilizam controle

preditivo baseado em uma t´ecnica de otimiza¸c˜ao denominada por eles de l1.

Os autores defendem a id´eia de que esta ´e uma t´ecnica simples e que pode ser implementada no sistema de controle distribu´ıdo (DCS) j´a existente no processo. Os autores enfatizam as dificuldades encontradas para aplicar con-

trole avan¸cado na ind´ustria de processo. Outros trabalhos tamb´em aplicam

controle avan¸cado no controle de temperatura em reatores, por´em, s˜ao reali- zados apenas ensaios simulados: [Aguilar et al., 2002] [Sampath et al., 2002] [Carrizales-Mart´ınez e Femat, 2006].

Aplica¸c˜oes espec´ıficas de controle antecipat´orio em processos industriais s˜ao mostradas, como por exemplo, em Nava e outros [Nava et al., 2002]. Con- trole avan¸cado ´e aplicado a uma planta piloto de secagem por spray. Discute- se a quest˜ao do compensador est´atico e dinˆamico, por´em, n˜ao ´e mostrado como foram obtidos os parˆametros dos modelos de perturba¸c˜ao para proje- tar os compensadores. Lawton e Patterson [Lawton e Patterson, 2000] ado- tam uma estrat´egia de controle multi-malha para controle de temperatura do ar em uma cˆamara (chamber ) que simula um forno utilizando compen- sa¸c˜ao direta de perturba¸c˜ao. A planta utilizada no artigo tem princ´ıpio de funcionamento semelhante ao da planta piloto do LCPI (SCVT).

Em termos de aplica¸c˜ao da compensa¸c˜ao direta com estima¸c˜ao on-line de parˆametros, h´a o trabalho de Graichen e outros [Graichen et al., 2006],

os quais aplicam controle antecipat´orio cl´assico e adaptativo em um reator do tipo benchmark, denominado Chylla-Haase. Os autores chamam aten¸c˜ao para a dificuldade de projeto do compensador, tendo em vista a necessidade de um modelo apurado das perturba¸c˜oes devido `a incertezas nos processos em estudo. A estima¸c˜ao off-line dos parˆametros do compensador ´e realizada por equa¸c˜oes da f´ısica do processo do reator. Estima¸c˜ao on-line, somente para o projeto de compensador adaptativo atrav´es de filtro de Kalman estendido,

´e utilizada para tentar contornar as dificuldades relativas `as incertezas do

processo.

Pelos exemplos apresentados de implementa¸c˜ao de t´ecnicas de controle em processos industriais, sejam eles simulados ou experimentais, verifica-se um extenso uso de estrat´egias de controle avan¸cado. A implementa¸c˜ao de solu¸c˜oes com base no controle avan¸cado (como por exemplo, do controle an- tecipat´orio), antes mesmo do in´ıcio de sua utiliza¸c˜ao no processo em que se deseja controlar j´a traz benef´ıcios. Adquire-se mais conhecimento sobre o processo, por meio de auditorias e trocas de experiˆencias com operadores e identificam-se malhas que operam continuamente em modo manual e tamb´em malhas cuja sintonia ´e inadequada. O controle regulat´orio ou servomecanismo do processo ´e analisado em detalhe, isto ´e, procura-se obter um bom desem- penho (como por exemplo, velocidade de resposta e rejei¸c˜ao a perturba¸c˜ao) do controlador realimentado (na maioria dos casos PI(D)). Ent˜ao, utiliza-se o controle avan¸cado como uma estrat´egia complementar ao controle cl´assico [Eder, 2003] [McMillan et al., 2003].

O motivo de se utilizar estrat´egias de controle cl´assico (PI(D)) em con- junto com controle avan¸cado (controle antecipat´orio), bem como controle adaptativo, se caracteriza na valida¸c˜ao de tais t´ecnicas em uma planta real. N˜ao obstante, se constitui o interesse de avaliar poss´ıveis melhorias no desem- penho do sistema de controle da planta piloto, em vista do comportamento dinˆamico n˜ao-linear e acoplamento entre as malhas de controle.