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Tipo: Tese
Título: Modelagem rigorosa em regime dinâmico e controle preditivo de sistemas de transporte de fluidos compressíveis integrados a compressores centrífugos
Título(s) alternativo(s): Rigorous dynamic modeling and predictive control of compressible fluid transport systems integrated with centrifugal compressors
Autor(es): Meira, Rodrigo Lima
Primeiro Orientador: Kalid, Ricardo de Araújo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Costa, Gloria Meyberg Nunes
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Martins, Márcio André Fernandes
metadata.dc.contributor.referee1: Kalid, Ricardo de Araújo
metadata.dc.contributor.referee2: Costa, Gloria Meyberg Nunes
metadata.dc.contributor.referee3: Martins, Márcio André Fernandes
metadata.dc.contributor.referee4: Odloak, Darci
metadata.dc.contributor.referee5: Pessoa, Fernando Luiz Pellegrine
Resumo: O gás natural tem despontado como fonte de energia dentre os combustíveis fósseis por sua maior eficiência energética, e poder ser distribuído via uma redes de dutos. Ainda assim, para torná-lo mais competitivo e acessível, se fazem necessárias ferramentas capazes de diminuir consumo energético necessário para o seu transporte. Para isso, o conhecimento dos sistemas de compressão das dutovias, em especial dos compressores centrífugos é essencial, uma vez que, estes equipamentos possuem grande consumo energético, bem como, influem nos graus de liberdade da operação, limitados pelas linhas de surge e stonewall. Destas restrições, a linha de surge se destaca por estar situada nos pontos de maior eficiência isentrópica do compressor, e também por limitar a estabilidade do processo. Nesse sentido, este trabalho contribui no tema ao modelar o um mapa do compressor fenomenologicamente abarcando a não idealidade do gás escoado. A partir dessa premissa, as seguintes contribuições foram estudas: (i) avaliar o impacto do modelo fenomenológico dos sistemas de compressão tanto na simulação transiente das redes quanto no controle dos sistemas de compressão, (ii) analisar a influência das equações de estado nas simulações bem como seu impacto nos estados transientes do mapa do compressor, (iii) propor estratégias de controle dos sistemas de compressão tanto em sistemas de parâmetros concentrados quanto distribuídos com a predição não linear da curva de surge. As simulações em malha aberta mostraram uma influência significativa da modelagem do sistema de compressão quando comparado com a prática da literatura, principalmente ao avaliar o comportamento transiente da linha de prevenção ao surge. Enquanto isso, nas simulações em malha fechada, foi proposta uma estratégia de controle preditivo com horizonte infinito baseado na linearização sucessiva do modelo não linear do processo. Esta estratégia se mostrou promissora em controlar o sistema não linear enquanto mantém o processo em condições seguras, tanto nas simulações no modelo de parâmetros concentrados quanto no modelo de parâmetros distribuídos, com um tempo de cômputo adequado para implementações in loco.
Abstract: Natural gas has emerged as an energy source among fossil fuels due to its greater energy efficiency and possibility to be distributed via a pipeline network. Even so, to make it more competitive and accessible, tools capable of reducing the energy consumption necessary for its transport are needed. For this, knowledge of pipeline compression systems, especially centrifugal compressors, is essential since this equipment has high energy consumption and influences the degrees of freedom of operation, limited by surge and stonewall lines. From such constraints, the surge line stands out because it is located at the points of highest isentropic efficiency of the compressor and limits the stability of the process. Thus, this work contributes to the theme by modelling a compressor map phenomenologically, encompassing the non-ideality of the gas. From this premise, the following contributions have been studied: (i) evaluate the impact of the phenomenological model of compression systems both in the transient simulation of the networks and in the control of the compression systems, (ii) analyze the influence of the state equations in the simulations, as well as their impact on the transient states of the compressor map, (iii), propose control strategies for compression systems both in lumped and distributed parameter systems with the non-linear prediction of the surge curve. The open-loop simulations showed a significant influence of the compression system modelling compared with the literature practice, mainly when evaluating the transient behaviour of the surge prevention line. Meanwhile, in closed-loop simulations, an infinite horizon model predictive control strategy based on the successive linearization of the non-linear model of the process was proposed. This strategy proved promising in controlling the non-linear system while keeping the process in safe conditions, both in the simulations in the lumped parameter model and the distributed parameter model, with an adequate computation time for in-loco implementations.
Palavras-chave: Redes de gás natural
Compressores centrífugos
Controle de prevenção ao surge
Controle preditivo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) 
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/36407
Data do documento: 22-Nov-2022
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