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Autor: Alexandre de França Cordeiro.
Orientador: Maurício Bezerra de Souza Jr.
Os simuladores de processo buscam atender à demanda para investigação de processos, servindo como base, desde para projetos de engenharia, até para otimização de condições operacionais.
O desafio está em conjugar exigências de mercado com o ajuste da condição operacional estacionária da unidade em questão, levando ainda em consideração o seu comportamento dinâmico. Neste contexto, um estudo de simulação estacionária e dinâmica, com projeto de controle regulatório e avançado, foi conduzido para uma unidade de grande porte de processamento de gás natural, baseado no processo de turbo-expansão combinado com refrigeração. O objetivo de controle adotado foi garantir a especificação dos produtos conforme regulamentação da ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustível).
As abordagens de simulação e controle foram integralmente realizadas no simulador comercial de processos Hysys® (Aspen Technology). As seguintes etapas do processo foram modeladas e simuladas, inicialmente em malha aberta: resfriamento a propano, separação, turbo-expansão, desmetanização e exportação. A seguir, foi proposta uma estratégia de controle em níveis hierárquicos para a unidade: controle preditivo baseado em modelo (Model Predictive Controller ou MPC) em cascata com camada regulatória (controladores Proporcional-Integral-Derivativos ou PIDs).
As variáveis controladas e manipuladas da camada regulatória foram escolhidas através de estudos de sensibilidade e para a sintonia adotou-se a abordagem dos relés em malha fechada. O MPC foi aplicado para o controle das composições de etano no topo e de metano no fundo da coluna desmetanizadora, manipulando-se os set-points dos controladores PIDs da camada regulatória. Aspectos relativos à sintonia dos parâmetros e à escolha do modelo interno do MPC foram também abordados. Apesar da complexidade do processo, as variáveis de interesse responderam de forma controlada aos distúrbios na carga da unidade e às mudanças de set-point. Propõe-se que o simulador desenvolvido para a unidade seja usado como benchmark para estudos de engenharia de processos.