METODOLOGIA PARA OTIMIZA

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METODOLOGIA PARA OTIMIZAÇÃO DE REATORES
CATALÍTICOSINDUSTRIAIS

• Ricardo Kalid Prof. DEQ-EP-UFBA
• kalid_at_ufba.br ou LACOI_at_ufba.br

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Ferramentas para Aumento da
ProdutividadeObjetivos Ferramentas

• Maximização do Lucro
• Minimização dos Custos
• Melhoria da Qualidade
• Aumento da Segurança Operacional
• Diversificação da Produção
• Aumento da Produção

• Troca da tecnologia
• Aperfeiçoamento do processo
• Melhoria da gestão
• Controle Estatístico do Processo (CEP)
• Controle Automático do Processo (CAP)
• Otimização das condições operacionais

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o BOM é inimigo do ÓTIMO!Então devemos
perseguir o BOM?NÃOo ÓTIMO SIM!!!
OTIMIZAÇÃO só tem sentido quando as
restrições reais são impostas
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Pirâmide de Automação
ERP
Otimização
Model Predictive Control
Controle avançado no SDCD
Controle básico
Instrumentação (sensores e atuadores)
PROCESSO
ORGANIZAÇÃO
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Elos de um projeto de otimização em linha (on
line)
Infra-estrutura de Hardware
Conheci-mento do processo
Organi-zação
Por onde começar?
Pelo processo, não há duvida!!

• CUIDADO Implementação não é trivial!!!!

O sucesso está nos detalhes!
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OTIMIZAÇÃO DAS CONDIÇ ÕES OPERACIONAIS
QUALIDADE
PID Ctrl.Avançado Controle Preditivo
Multivariável (MPC)
PID Ctrl. Avançado (Feedforward Inferencial
Ganho não linear ...)
PID CA MPC
OTIMIZAÇÃO
Investimento Inicial
Investimento Inicial
Investimento Inicial
QUANTIDADE
SEGURANÇA
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OTIMIZAÇÃO on-line com 1 camada ou em2 camadas
OTIMIZADOR Não linear
OTIMIZADOR CONTROLADOR
Setpoints
CONTROLADOR
Variáveis de Processo
Variáveis de Processo
Variáveis Manipuladas
Variáveis Manipuladas
PROCESSO
PROCESSO
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ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
de acordo com o Plano Estratégico e Plano Diretor
de Automação
1. Definição dos objetivos
Entrevista com operadores e eng. ATE
preliminar. Documentos (PFD, PI, manuais,
artigos, livros). Listar PVs, MVs e possíveis
pares PV-MV.
2. Estudo qualitativo do processo
3. Estudo QUANTITATIVO, modelagem e foto do
careca
ATE semi-definitiva. Dados do processo. Reconcilia
ção de dados Realização de experimentos em
bancada planta piloto e industrial
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de otimização
Modelagem empírica e/ou fenomenológica, estática
e dinâmica. Projeto dos sistemas de controle e de
otimização
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de
otimização
Ruído, histerese, perturbações simultâneas, erros
modelagem Modelos empíricos Modelos
fenomenológicos. ATE definitiva.
6. Implementação na planta , ajuste fino e foto
do cabeludo
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ABORDAGEM SISTÊMICA E SISTEMÁTICA
PROCESSO
Reconciliação de dados
3. Estudo QUANTITATIVO do processo
Simulação Fenomenológica
4. Projeto QUANTITATIVO do sistema de otimização
VALIDAÇÃO
PROJETO
5. Validação QUANTITATIVA do sistema de
otimização
Simulação empírica
Projeto dos sistema de controle e de otimização
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Qual a relação custo/benefício atual e qual a
esperada com a implantação da otimização
on-line?Onde otimizar?

• Alto consumo de matéria-prima
• Alto consumo de energia
• Produção elevada
• Produtos de grande valor econômico
• Limites operacionais rígidos
• Produção diversificada e flexível

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Otimização on-line?Perguntas

• O processo pode ser otimizado?
• A instrumentação de campo é adequada?
• O sistema de controle atual é eficiente?
• Qual a relação custo/benefício atual e qual a
  esperada com a implantação da otimização on-line?

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A instrumentação de campo é adequada?

• Os elementos primários de medição são
  apropriados?
• Os elementos primários estão instalados
  corretamente?
• Os elementos finais de controle estão
  dimensionados corretamente?
• A manutenção dos sensores e válvulas é realizada
  periodicamente?

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A estrutura de controle atual é eficiente?

• As variáveis controladas (PV) e manipuladas (MV)
  são as mais indicadas?
• Os pares PV-MV são os mais apropriados?
• A documentação das malhas de controle está
  correta?
• As variáveis medidas são coletadas nos locais
  adequados?

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Qual estratégia de controle mais adequada?
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A sintonia dos controladores é correta?

• Se o problema não é com o processo, de
  instrumentação ou de estrutura, então é de
  sintonia.
• Quando foi realizada a última verificação da
  sintonia? As condições operacionais se
  modificaram?
• Mesmo operando em malha fechada, a sintonia atual
  é a mais adequada do ponto de vista econômico?
• Qual a metodologia utilizada para sintonizar os
  controladores?

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Aplicações da metodologia

• Cursos de Especialização (CEASI, CECAPI, CICOP 1
  e CICOP 2) com aplicações em 23 processos reais
• COPENE
• GRIFFIN
• POLITENO
• OPP

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Aplicação da metodologia em CONTROLE

• Coluna de destilação de isômeros da GRIFFIN
• 15 anos em malha aberta
• Instrumentação - OK
• Processo - OK
• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV) - OK
• Algoritmo de controle - OK
• SINTONIA? - CAUSA RAIZ
• Resultados
• Malha fechou na primeira implementação
• Ganho do controlador 10 vezes maior que o típico
• Tempo integral 20 vezes maior que o típico
• Retorno econômico US 100.000/ano em vapor

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Aplicação da metodologia em OTIMIZAÇÃO

• Operação do reator da OPP em baixa carga
• Condição operacional atípica
• Instrumentação - OK
• Processo - CAUSA RAIZ
• Estrutura de controle (PVs, MVs e PV-MV)
• Algoritmo de controle
• Sintonia
• Resultados
• Mudança na política operacional
• Retorno econômico R 410.000/ano em etileno

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Otimização das condições operacionais de um
conversor de acetileno
estimativa do tempo ótimo de campanha
Sim
trocar o leito
Não
cálculo da condições operacionais ótimaspara os
dias restantes da campanha
"Setpoint'
controlador preditivo multivariável
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Comparação entre campanhas com tempo real e ótima
Item Real Ótima
Nº campanhas 1 3
Duração (dias) 231 77
Lucro diário US/dia 6.600,00 10.500,00
Lucro em 231 dias US mi 1,5 2,5

• Conclusão Sem investimento, reduzindo o tempo
  de campanha, ganha-se US 1.408.000 ano.

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Otimização das condições operacionais de um
conversor de acetileno
estimativa do tempo ótimo de campanha
Sim
trocar o leito
Não
cálculo da condições operacionais ótimaspara os
dias restantes da campanha
"Setpoint'
controlador preditivo multivariável
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FO tr fixo, dia-a-dia e com FCO
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Variáveis de decisão

• valores iniciais das variáveis de decisão
• variáveis de decisão no ponto ótimo
• restrições operacionais

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Restrições Operacionais

• valores iniciais das restrições
• variáveis das restrições no ponto ótimo
• restrições operacionais

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Função objetivo econômica na campanha

• função objetivo no ponto ótimo (total US 379
  mil)
• função objetivo no início da otimização (total
  US 178 mil)
• Diferença anual US 520 mil.

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OTIMIZAÇÃO EM LINHA DE CONVERSOR DE
ACETILENO

• Otimizando o tempo de campanha US 1,4
  milhões/ano
• Otimizando as condições operacionais US 500
  mil/ano
• Total US 1,9 milhões/ano
• Investimento de capital zero
• Investimento apenas de Hh

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o BOM é inimigo do ÓTIMO!Então devemos
perseguir o BOM?NÃOo ÓTIMO SIM!!!
OTIMIZAÇÃO só tem sentido quando as
restrições reais são impostas
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METODOLOGIA PARA OTIMIZAÇÃO DE REATORES
CATALÍTICOSINDUSTRIAIS

• Ricardo Kalid Prof. DEQ-EP-UFBA
• kalid_at_ufba.br ou LACOI_at_ufba.br