Implementação de controle adaptativo com base em rede neural a uma coluna de destilação

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar métodos baseados em Inteligência Artificial (IA), em particular, as Redes Neurais Artificiais (RNA), aplicados em controle de processos. O sistema a ser estudado é composto de uma coluna de destilação existente na planta da PETROFLEX de Cabo de Santo Agostinho, a qual faz parte do sistema de purificação de solvente. O principal processo de produção da PETROFLEX se dá através da reação de polimerização do Butadieno-1,3 formando a borracha sintética. Ocorre através do mecanismo conhecido como polimerização aniônica em solução em presença de um iniciador, onde o solvente, principalmente constituído de N-Hexano e Ciclohexano, é o meio no qual a reação ocorre. A mistura de borracha sintética e solvente, conhecida como cemento é encaminhada para um sistema onde o solvente é separado da borracha e em seguida, é enviado ao sistema de purificação de solvente. A função do sistema em estudo é remover impurezas representadas por compostos leves, na faixa de 4 átomos de carbono, que contaminando a corrente de solvente traz grandes perturbações ao sistema de reação. Esses são principalmente o cis-Buteno-2 e o próprio Butadieno-1,3 não convertido. Embora, em si não sejam contaminantes, sua presença normalmente está associada a teores bastante diminutos de outros compostos altamente indesejáveis como os acetilenos (Etilacetileno, Vinilacetileno ou Metilacetileno). A coluna de destilação opera com seus controladores ajustados em valores fixos, devido ao fato de não se conhecer a todo instante a composição da carga e a de fundo da coluna. Isto nem sempre produz bons resultados e na maior parte do tempo gasta-se mais energia que o necessário. Propõe-se, então, a implementação de um sistema de controle que deverá se ajustar às diferentes condições de operação, como uma conseqüência da variação da composição da carga. O trabalho foi constituído de três etapas : Na primeira, utilizou-se o simulador de processos ASPEN PLUS para simular e validar as condições operacionais da coluna de destilação; na segunda, utilizou-se o conjunto de dados gerados pelo simulador para realizar a identificação do processo via uma rede neural (RNA). Na terceira, foi implementado um controlador adaptativo, onde o sinal de processo para o controlador vem da RNA. O simulador de processos ASPEN PLUS se baseia em modelos fenomenológicos. A RNA a ser implementada e treinada, tomará por base os dados gerados por este simulador, numa etapa denominada de identificação do processo, resultando em mais agilidade à obtenção dos dados necessários ao treinamento da rede. O controle do processo, denominado de Controle Adaptativo fará uso desta rede, que será responsável pela predição do sinal de controle. O controlador adaptativo baseado no modelo de rede neural, modifica a sintonia do controlador da variável controlada atuando de acordo com o critério especificado, enquanto ao mesmo tempo, o sinal de processo para o controlador adaptativo é predito pelo modelo de rede neural. Os resultados obtidos pelo simulador demonstraram um alto grau de compatibilidade com as condições reais da planta, dando boa representatividade ao processo. A RNA também após treinada e validada apresentou um erro inferior a 0,9 %. De posse destas informações, realizou-se a implementação de um controlador adaptativo para a vazão de refluxo da coluna de destilação, onde definiu-se equações relacionando os parâmetros de sintonia do controlador ao teor de leves na corrente de carga da coluna. A opção de implementação de um controlador adaptativo na coluna de destilação da PETROFLEX deverá proporcionar uma melhor estabilidade na qualidade das especificações dos produtos da coluna devido à maior sensibilidade que este tipo de controle apresenta,adequando-se melhor às perturbações e apresentando uma performance superior ao controle regulatório padrão baseado em controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo)