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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Controle preditivo multivariável de um processo de fermentação contínua para produção de etanol de primeira geração : Multivariable model predictive control of a continuous fermentation process for first generation ethanol production
Title Alternative: Multivariable model predictive control of a continuous fermentation process for first generation ethanol production
Author: Violaro, Flávio Augusto Rossi, 1990-
Advisor: Alvarez Toro, Luz Adriana, 1982-
Abstract: Resumo: Este trabalho aborda o controle do processo de produção de etanol. O tema foi escolhido devido à grande importância dada ao setor sucroalcooleiro a nível nacional, tendo em vista que o Brasil é o segundo maior produtor de etanol. Segundo a Unica (União da indústria de Cana-de-Açúcar), o etanol (hidratado e anidro) representa cerca de 42,9% da matriz de combustíveis no país. O estudo foi realizado com a finalidade de encontrar uma alternativa para melhorar a eficiência do processo de fermentação de primeira geração por meio de ganho em desempenho (como aumento no rendimento e na produtividade). O processo considerado no estudo se baseou em uma modelagem já encontrada na literatura referente a um processo contínuo encontrado na indústria composto por 4 dornas em séries. Esta melhora viria a partir da automação industrial e estudo da eficiência de um controle preditivo multivariável aplicado ao processo. Para atingir a melhora no desempenho, foram testadas 4 diferentes formas de se aplicar o controle preditivo no processo em questão. Uma primeira proposta com um único controlador atuando sobre a concentração de substrato no último reator, e sobre a temperatura das quatro dornas. A segunda constituída por 2 controladores com tempos de atuação distintos, um para a concentração de substrato e o segundo para as temperaturas. A terceira e a quarta foram similares à segunda, porém com 5 controladores independentes, sendo a quarta formada por 5 controladores preditivos, e a quinta por 1 controlador preditivo para o substrato e 4 controladores PID¿s para as temperaturas. Neste estudo verificou-se uma melhora no desempenho, com erros menores e desvios menores com o desenvolvimento de cada proposta, da proposta I até a IV. Os resultados de cada proposta mostraram que o controle SISO apresenta melhores respostas do que o MIMO devido a grande complexidade no sistema estudado. Nas propostas III e IV o desempenho foi bem parecido sendo que a proposta IV apresenta um esforço no atuador mais abrupto o que pode gerar desgaste desnecessário no equipamento

Abstract: This study approaches the control of the ethanol production process. The theme was chosen due to the great importance given to the sugar and alcohol industry at the national level, considering that Brazil is the second largest producer of ethanol. According to Unica (Union of Sugar Cane Industry), the ethanol (hydrated and anhydrous) represents about 42.9% of the fuel matrix in the country. The study was realized to find an alternative to improve the efficiency of the first generation fermentation process through a gain in performance (such as increased yield and productivity). The process considered in the study was based on a model already found in the literature considering a continuous process found in the industry composed of 4 reactors in series. The improvement would come from the industrial automation and study of the efficiency of a multivariable predictive control applied to the process. To achieve the improvement in performance were tested 4 different ways to apply the predictive control in the process considered. The first proposal composed with a single controller acting on the substrate concentration in the last reactor, and on the temperature of each reactor. The second one consisted of 2 predictive controllers with distinct operating times, one for the substrate concentration and the second for the temperatures. The third and fourth proposals were similar to the second, but with 5 independent controllers, the fourth consisted of 5 predictive controllers, and the fifth by 1 predictive controller for the substrate and 4 PID controllers for the temperatures. The results showed an improvement in performance, with smaller errors and smaller deviations with the development of each proposal, from proposal I to IV. The results of each proposal showed that the SISO control presents better answers than the MIMO due to the great complexity in the system studied. In proposals III and IV the performance was very similar, and proposal IV presented a more abrupt actuator effort which may generate unnecessary detrition on the equipment
Subject: Controle preditivo
Etanol
Fermentação
Controle
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: VIOLARO, Flávio Augusto Rossi. Controle preditivo multivariável de um processo de fermentação contínua para produção de etanol de primeira geração: Multivariable model predictive control of a continuous fermentation process for first generation ethanol production. 2019. 1 recurso online (121 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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