Controle de temperatura em reatores de polimerização baseado em modelos simplificados do balanço de energia com estimação de parâmetros em tempo real

Abstract

Este trabalho propôs-se a desenvolver uma estratégia de controle através da estimação de parâmetros em tempo real baseada na técnica de filtragem de sinais com o Filtro de Kalman, que apresenta potencial para o desenvolvimento de estratégias de controle mais eficientes para reatores de polimerização descontínuos. Procurou-se desenvolver, através da utilização do filtro de Kalman estendido, a estimação simultânea dos valores do calor de reação (Qr) e do coeficiente global de transferência de calor e a área de troca térmica (UA), a partir de modelos simplificados de balanço de energia no reator e na jaqueta utilizando apenas as medidas das temperaturas do processo. O modelo estocástico do processo, definido no filtro de Kalman estendido, utilizou a estratégia de passo aleatório (random walk) e foi desenvolvido o projeto de um controlador por antecipação (feedforward), que através das estimativas de Qr e UA, determina o novo setpoint para o controlador escravo (PI) em uma malha em cascata. A fim de testar a estratégia de controle proposta nesta dissertação e devido à indisponibilidade de um reator de polimerização real, utilizou-se a técnica de simulação computacional para descrever o comportamento dinâmico de um reator real. Para tanto, optou-se pelo reator de polimerização benchmark proposto por Chylla e Haase (1993) para teste de estratégias de controle, cujo modelo matemático foi validado pelos autores em uma planta de polimerização real. Ao término do trabalho, concluiu-se que a estratégia de controle baseada na estimação de parâmetros em tempo real foi capaz de manter a temperatura de reação adequadamente controlada diante de diversas perturbações, como variação das condições ambientais, físicas e químicas, incrustações e parâmetros mal sintonizados. A estratégia de controle proposta mostrou-se robusta e generalista, visto que é capaz de estimar parâmetros de processo com base em modelos simplificados do balanço de energia tendo como variáveis medidas apenas as temperaturas do reator e da jaqueta, mostrando que o controlador é adequado para aplicações multipropósitos.