Prova de Análise Simulação e Controle de Processos

Universidade Estadual de Maringá Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Química Curso Engenharia Química Disciplina Análise Simulação e Controle de Processos Prof Dr Leandro Vitor Pavão Avaliação 3 Ferramentas úteis Conversão de unidades personalizadas httpsappknovelcomuc Calculadora de derivadas httpswwwderivativecalculatornet Calculadora de integrais httpswwwintegralcalculatorcom Álgebra de diagramas de blocos Blocos em sequência Mover somatório antes para depois de bloco Mover somatório após para antes de bloco Mover separador após para antes de bloco Mover separador antes para após de bloco Redução de malha fechada Questão 1 30 pontos Simulação parcial do processo de produção de cloreto de vinila Etileno puro a 70 F e 1000 psia com vazão de 20 tonsh e cloro puro a 70 F e 150 psia com vazão de 50 tonsh entram em um misturador operado a 2 atm A saída do misturador passa por um reator a 363 K e 15 atm Implemente o reator como um reator estequiométrico RStoic no Aspen Plus ou reator de conversão no HYSYS ou DWSIM com 98 de conversão A seguinte reação ocorre com 98 de conversão de etileno ao produto intermediário 12 dicloroetano A corrente é condensada em um resfriador bloco HEATER que também serve como resfriador no Aspen Plus ou Cooler no HYSYSDWSIM até 298 K Na sequência passa por uma bomba que eleva sua pressão a 26 atm Depois passa por um novo aquecedor que vaporiza a mistura elevando sua temperatura a 515 K Em seguida passase por um novo reator e em que ocorre a reação de pirólise O dicloroetano é convertido ao cloreto de vinila o que ocorre espontaneamente a 773 K e 25 atm com 65 de conversão usar reator RStoic no Aspen Plus ou de conversão no HYSYSDWSIM A corrente de saída do reator é resfriada até 279 K usar um bloco HEATER no Aspen Plus ou Cooler no HYSYSDWSIM O líquido passa por duas colunas de destilação que podem ser modeladas por bloco shortcut DSTWU no Aspen Plus ou Shortcut no HYSYSDWSIM A coluna 1 opera a 22 bar e deve ter uma corrente de HCl quase puro 999 mol no topo A mistura de fundo segue para a coluna 2 opera a 8 bar e deve ter cloreto de vinila quase puro no topo 999 mol Ambas as colunas podem operar com razão de refluxo 11 vezes o refluxo mínimo A simulação pode ser finalizada aqui Não é necessário reciclar os reagentes do fundo da coluna 2 para o processo Itens para avaliação a Cole no documento final pdf um print do fluxograma da simulação e envie o arquivo da simulação anexo à avaliação b Quais os calores de reação de cada reator c Qual o número de estágios de cada coluna d Quais as cargas térmicas do condensador e do refervedor de cada coluna em kW Questão 2 10 ponto Considere a malha de controle feedback da figura Considerando Ysp a entrada de setpoint D a entrada de perturbação e Y a saída do sistema obtenha as funções de transferência considerando a Problema de controle servo 075 ponto b Problema de controle regulador 075 ponto Questão 3 30 pontos Considere um sistema de controle de nível como o da figura 11 e com o diagrama de blocos análogo ao da figura 12 Figura 11 Sistema de controle de nível Figura 12 Diagrama de blocos do sistema de controle Têmse as seguintes considerações e valores para os parâmetros Densidade e área de seção transversal do tanque constantes Relação alturaescoamento q3 hR Área de seção transversal do tanque A 25 ft2 Resistência da válvula R 08 minft2 Ganho da válvula 02 ft3min psi Ganho do sensortransmissor span 4 ft saída 4 a 20 mA Ganho do modo proporcional do controlador 5 Ganho do transdutor entrada 4 a 20 mA saída 3 a 15 psi Tempo do controlador integral 3 min Os itens b c e d devem ser respondidos analiticamente demonstrandose as soluções passo a passo Os itens e em diante podem ser respondidos com auxílio de software computacional Todos os gráficos devem estar em Excel ou outra plataforma para plotagem de sua preferência não usar diretamente gráficos do XCOSSimulink a A válvula utilizada como elemento final de controle é do tipo airtoopen ou airtoclose Considerando as características do sistema como você justifica a escolha desse tipo 01 ponto b Obtenha analiticamente a função de transferência da malha de controle para alterações de setpoint 05 ponto c Suponha que o sistema está inicialmente em estado estacionário com líquido no nível de 2 ft Se alterarmos o setpoint para 25 ft quanto tempo levaria para o sistema chegar a 23 ft 03 ponto d Caso removêssemos a ação integral do controlador qual seria o valor obtido quando t offset 03 ponto e Desenvolva em software de simulação ex XCOS Simulink um diagrama de blocos para o processo e plote o gráfico para a mesma alteração de setpoint do item c 05 ponto f Após a alteração de setpoint inicial inclua uma perturbação em degrau de magnitude 05 ft3min aos 20 minutos e plote o gráfico Incluir as duas alterações num mesmo gráfico 03 ponto Questão 4 30 pontos Os dados de processo anexos DadosP3xlsx são a curva de resposta de um sistema para uma entrada em degrau unitário Encontre uma função do tipo FOPTD que represente bem os dados descreva o método usado Em seguida considere os seguintes itens implementando os sistemas em software de simulação ex XCOS Simulink etc e plotando gráficos para cada um a Obtenha o ajuste do controlador PID pelo método IMC selecione um valor para τc que confira robustez ao sistema a partir de recomendações da literatura b Idem para o método ITAE perturbação c Idem para o método ITAE set point d Idem para o método AMIGO e Idem para o método ZieglerNichols ciclo contínuo ou relé f Qual o controlador que forneceu a melhor resposta quanto a rastreabilidade de setpoint E quanto à rejeição de perturbação Use como critérios na sua avaliação overshoot comportamento oscilatório e tempo de acomodação Questão bônus 10 ponto Para o controlador com melhor rejeição à perturbação aplique uma estratégia de filtro e de pesagem de setpoint β 05 e verifique se houve melhora na rastreabilidade de setpoint plotando gráficos via simulador