Implementação de uma estratégia de controle com ação distribuída em uma coluna de destilação

Abstract

Colunas de destilação necessitam de sistemas de controle capazes de rejeitar flutuações que ocorrem com freqüência, mesmo quando o processo está operando em regime permanente. O comportamento não-linear, associado ao acoplamento das variáveis, restrições na operação, constantes de tempo elevadas e a presença de atraso na resposta geram transientes elevados quando o processo é perturbado. Uma vez que o controle destas unidades é normalmente realizado centralizado na base e no topo propôs-se uma mudança nesta configuração: a introdução de pontos de aquecimento nos pratos ao longo da coluna. Assim, o objetivo deste trabalho foi implementar uma estratégia de controle com ação distribuída para minimizar os transientes de operação de colunas de destilação. O desenvolvimento do trabalho partiu da concepção, projeto e construção de uma unidade experimental instrumentada com protocolo de comunicação digital fieldbus até o estudo e validação da estratégia proposta com testes realizados com uma mistura de etanol-água. Estudou-se a partida da coluna e definiu-se uma rotina adequada às características da unidade construída. Da mesma forma, avaliou-se o comportamento em estado estacionário para a definição dos pontos de operação. Em relação à implementação da proposta de controle distribuído, preliminarmente foi estudada a dinâmica da unidade e determinaram-se os tempos de resposta e atrasos presentes no comportamento do processo. Observou-se, por exemplo, que para uma perturbação na composição da alimentação, o novo estado estacionário (em malha aberta) foi obtido com um tempo de transição de cerca de uma hora e meia. Foi realizada a análise de sensibilidade em conjunto com testes na planta para definir os pratos a serem utilizados para o aquecimento distribuído. Obteve-se como resultado a indicação dos pratos 2 e 3 para o estudo da estratégia com ação distribuída. Em seguida, foram ajustados controladores PID para as malhas da temperatura da base e do último prato, caracterizando o controle convencional. A dinâmica deste foi comparada com a abordagem distribuída (controle na base, no topo e nos pratos da coluna). Quando avaliada a abordagem convencional e a distribuída para uma perturbação na temperatura de alimentação verificou-se a redução no tempo de transição da coluna e das oscilações na variável controlada quando utilizada a abordagem proposta. Para uma perturbação na composição da alimentação foi observado que a ação distribuída reduziu o transiente em cerca de 1h. Assim, a introdução de aquecimento distribuído ao longo da coluna mostrou-se como uma opção válida para a redução de transientes, possibilitando uma dinâmica mais rápida e menores volumes processados fora dos parâmetros de qualidade pré-definido.