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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-13072011-145446
Document
Auteur
Nom complet
Fabio Delatore
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2011
Directeur
Jury
Cruz, José Jaime da (Président)
Bertevello, Luiz Carlos
Fileti, Ana Maria Frattini
Garcia, Claudio
Kassab Junior, Fuad
Titre en portugais
Controle multivariável em redes de trocadores de calor com bypasses.
Mots-clés en portugais
Controle multivariável
Controle ótimo LQR
Rede de trocadores de calor
Trocador de calor
Resumé en portugais
Atualmente, existe uma grande variedade de metodologias de controle que poderiam ser utilizadas e aplicadas a processos industriais. Algumas destas metodologias têm um projeto complexo, exigindo um estudo extra de engenharia para projetar um controlador com um desempenho excelente. Outros controladores não apresentam um desempenho tão bom, embora apresentem um projeto extremamente simples. Entre a mais simples e a mais complexa metodologia, existem soluções de controle intermediárias, baseadas nas teorias de controle ótimo, que apresentam uma relativa simplicidade de projeto combinada com um desempenho superior. A presente tese apresenta a aplicação de duas técnicas de controle aplicadas a uma Rede de Trocadores de Calor (RTC) com bypasses: o controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e o controle H-Infinito, apresentando os resultados obtidos em simulação no Matlab/Simulink e também resultados experimentais. Além disso, foi desenvolvido um procedimento para a validação experimental de um modelo matemático do trocador de calor casco e tubo 1-1 proposto por NOVAZZI (2006). A obtenção dos resultados experimentais foi realizada através de uma RTC em escala piloto, projetada e construída no Laboratório de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI, com a instrumentação necessária e devidamente interconectada a um computador PC através de uma placa de aquisição de dados. A simulação e os ensaios experimentais realizados com os controladores LQR e H-Infinito aplicados na RTC apresentaram resultados adequados quando comparados à dinâmica da RTC em malha aberta (600s.), pois exigiram em torno de 200s. para impor uma mudança de setpoint ou rejeitar os distúrbios aplicados na vazão fria e na temperatura quente de entrada. Além disso, os controladores foram capazes de eliminar as interações entre as variáveis de processo.
Titre en anglais
Multivariable control on a heat exchanger network with bypasses.
Mots-clés en anglais
Heat exchanger
Heat exchanger network
LQR control
Multivariable control
Resumé en anglais
Nowadays, there are a lot of different control methodologies that could be used on industrial processes. Some of these methodologies have a complex design and also demands an extra engineering effort to design the controller with a superior performance. Some other controllers may not lead to a desirable performance although they are too easy to design. Midway between the simplest and the most complex controller designs, there are an intermediate solutions based on optimal control theory, that present a relative simplicity in design combined with a superior performance. The contribution of this work is to apply the LQR control (Linear Quadratic Regulator) and the H-Infinity control on a Heat Exchanger Network (HEN) with bypasses, presenting the simulations and the experimental results. An experimental validation of the shell and tube heat exchanger mathematical model was successfully developed based on a procedure proposed. The experimental results were obtained with an HEN assembled on the Chemical Engineering Laboratory located at Centro Universitario da FEI. The instrumentation was adequately performed and the signals were interconnected on PC computer by using a data acquisition card. The simulation and the experimental results with the LQR and the H-Infinity control demanded 200s. to achieve a new steady state hen disturbances or set point variation were applied on the HEN. Compared with the HEN setting time (600s.), the controllers demonstrated reasonable results to perform a disturbance rejection and a set point variation.
 
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Abstract_da_Tese.pdf (10.36 Kbytes)
Anexos.pdf (151.20 Kbytes)
Anexo_VII_1.pdf (25.83 Kbytes)
Anexo_VII_2.pdf (10.89 Kbytes)
Anexo_VII_3.pdf (10.87 Kbytes)
Anexo_VII_4.pdf (11.07 Kbytes)
Anexo_VII_5.pdf (16.38 Kbytes)
Anexo_VII_6.pdf (13.96 Kbytes)
FolhadeRosto.pdf (17.07 Kbytes)
Lista_de_Figuras.pdf (31.44 Kbytes)
Lista_de_Tabelas.pdf (10.81 Kbytes)
Lista_de_Variaveis.pdf (43.73 Kbytes)
Resumo_da_Tese.pdf (11.20 Kbytes)
Sumario.pdf (16.31 Kbytes)
Date de Publication
2011-08-01
 
AVERTISSEMENT: Le matériau se réfère à des documents provenant de cette thèse ou mémoire. Le contenu de ces documents est la responsabilité de l'auteur de la thèse ou mémoire.
  • DELATORE, Fabio, et al. Controle Ótimo Aplicado a uma Rede de Trocadores de Calor. In XVIII Congresso Brasileiro de Automática, Bonito, MS, 2010. Anais do XVIII Congresso Brasileiro de Automática - CBA 2010., 2010.
  • DELATORE, Fabio, et al. Multivariable control of a heat exchanger with bypasses. In IASTED International Conference Control and Applications, Cambridge, 2009. Proceedings of the IASTED International Conference Control and Applications (CA2009)., 2009.
  • DELATORE, Fabio, et al. Multivariable Hinf Model Matching Control of a Heat ExchangerNetwork (HEN) with Bypasses. In 9th IEEE International Conference on Control & Automation (IEEE ICCA 11), Santiago, Chile, 2011. Proceedings IEEE ICCA'11., 2011.
  • DELATORE, Fabio, et al. Multivariable optimal control of a heat exchangeer network (HEN) with bypasses. In 12th IASTED International Conference - Control and Applications (CA 2010), Banff, Alberta, 2010. Proceedings of the 12th IASTED International Conference - Control and Applications (CA 2010)., 2010.
  • DELATORE, Fabio, et al. Multivariable optimal PID control of a heat exchanger with bypasses. In COBEM 2009 - 20th International Congress of Mechanical Engineering, Gramado, 2009. Proceedings of COBEM 2009., 2009.
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