Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Química. Carga Horária: 75 h CH Autônoma: h CH Coletiva: h CH Individual: h

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Texto

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Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Química Dados de identificação

Disciplina: ENG 07044 Controle de Processos Industriais Período Letivo: 2020/1

Professor Responsável: Jorge Otávio Trierweiler Sigla: ENG07044 Créditos: 05

Carga Horária: 75 h CH Autônoma: h CH Coletiva: h CH Individual: h

Súmula

Introdução ao Controle de Processos Industriais. Conceitos de malhas de controle e hierarquia de controle. Conceitos de estratégias de controle para processos industriais. Modelagem dinâmica de processos e sistemas da engenharia química. Linearização de modelos dinâmicos não lineares. Representação em estado de estado e função de transferência. Análise de sistemas dinâmicos lineares. Análise de sistemas em malha fechada. Resposta no domínio da frequência. Controladores P, PI, e PID. Ajuste de controladores industriais. Análise da estabilidade. Análise do desempenho e robustez de malhas. Introdução ao controle avançado de processos. Introdução de conceitos de controladores preditivos e técnicas de otimização aplicadas a processos industriais.

Currículos

Currículos Etapa Pré-Requisitos Natureza

ENGENHARIA QUÍMICA 8 MAT01168 e ENG07754 Obrigatória

Objetivos

Introduzir os conceitos de Controle de Processos Industriais;

• Capacitar na análise de sistemas dinâmicos lineares e linearização de modelos não-lineares; • Linearização de modelos dinâmicos não-lineares

• Criação e análise de funções de transferência (FT) de primeira, segunda e demais ordens; • Localização de polos e zeros e o efeito na resposta dinâmica dos sistemas;

• Analisar sistemas de álgebra de blocos;

• Permitir o aluno obter FT a partir de dados de processo;

• Representar e visualizar a resposta de sistemas no domínio da frequência; • Familiarização com o controle PID e suas variantes, ajuste e parametrizações; • Ajuste de controladores PIDs

• Análise de estabilidade de sistemas em malha fechada; • Análise do desempenho e robustez de sistemas lineares;

• Analisar as limitações que o processo insere ao desempenho dos controladores; • Técnicas anti-windup

Introduzir a estrutura de malhas de controle avançado (split-range, override, cascata, etc.) • Conceitos de controladores preditivos e sua aplicação industrial

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Conteúdo Programático

Semana Título Conteúdo

Semana 1 Transformada de Laplace Revisão da Transformada de Laplace

Semana 2 Introdução ao controle de Processos 1.1 Conceitos básicos de Controle de Processos Industriais 1.2. Conceito e tipos de malhas de controle 1.3. Modelagem matemática Semana 3 e 4

Análise de Sistemas Lineares 2.1. Aplicação da

Transformada de Laplace 2.2. Linearização de modelos não-lineares 2.3. Modelos no espaço-de-estado Aulas computacionais em Python Semana 5 a 7

3. Função de transferência de sistemas 3.1. Conceitos básicos: (ganho, const. de tempo, polos e zeros)

3.2. Sistemas de primeira ordem 3.3. Sistemas de segunda ordem 3.4. Representação no domínio da frequência 3.5. Métodos simplificados para identificação de sistemas Aulas computacionais em Python e Modelica Semana 8

Álgebra de Blocos 4.1. Definição e solução

4.2. Função em paralelo

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4.4. Função retroalimentada 4.5. Função de transferência em malha fechada Semana 9 a 11

Análise de Controladores: estabilidade e robustez

6.1. Estabilidade interna 6.2. Critério de Routh-Hürwitz

6.3. Lugar das raízes 6.4. Critério de Bode (reserva de fase e margem de ganho) 6.5. Critério de Nyquist (máxima sensibilidade) Aulas computacionais em Python e Modelica Semana 12 a 15

Ajustes de controladores 7.1. Métodos clássicos de ajuste de controladores do tipo PID

7.2. Especificação da Performance

7.3. Método da síntese direta 7.4. Método de ajuste IMC para PID

7.5. Métodos baseados em Ku e Pu

7.6. Discretização de controladores do tipo PID 7.7 Malhas Feedforward 7.8 Malhas cascata 7.9 Malhas split range

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Metodologia

Descritivo da Metodologia a ser empregada nas aulas de Ensino Remoto Emergencial:

-- O conteúdo das aulas é organizado por semanas as quais são agrupadas em módulos de avaliação.

-- Conteúdos teóricos são apresentados através de uma sequência de vídeos (os vídeos são disponibilizados na sexta-feira da semana anterior)

-- Toda a semana tem exercícios para serem feitos

-- Aulas por videoconferência usando o sistema Teams da Microsoft são realizadas

nas quartas-feiras das 16:00 às 18:00 – quando são resolvidos exercícios e tiradas

dúvidas dos alunos—essas aulas também são gravadas e disponibilizadas para posterior consulta. Nas sextas-feiras nesses mesmos horários o professor fica à disposição dos alunos apenas para tirar dúvidas.

-- O material da disciplina é organizado semanalmente e disponibilizado no sistema através do MS_Teams da Ufrgs no correspondente módulo de avaliação.

-- As avaliações serão realizadas remotamente.

Informações sobre Direitos Autorais e de Imagem:

Todos os materiais disponibilizados são exclusivamente para fins didáticos, sendo vedada a sua utilização para qualquer outra finalidade, sob as penas legais.

Todos os materiais de terceiros que venham a ser utilizados devem ser referenciados, indicando a autoria, sob pena de plágio.

A liberdade de escolha de exposição da imagem e da voz não isenta o aluno de realizar as atividades originalmente propostas ou alternativas;

Todas as gravações de atividades síncronas devem ser previamente informadas por parte dos professores.

Somente poderão ser gravadas as atividades síncronas propostas mediante concordância prévia dos professores e colegas, sob as penas legais.

É proibido disponibilizar, por quaisquer meios digitais ou físicos, os dados, a imagem e a voz de colegas e do professor, sem autorização específica para a finalidade pretendida.

Os materiais disponibilizados no ambiente virtual possuem licença de uso e distribuição específica, sendo vedada a distribuição do material cuja a licença não permita ou sem a autorização prévia dos professores para o material de sua autoria.

Carga Horária

Teórica: 60 horas Prática: 15 horas

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Experiências de Aprendizagem

As aulas serão expositivas, através de vídeos com conteúdo teórico e prático, através de exemplos práticos e resolução de exercícios.1

Critérios de Avaliação

As avaliações de 1 a 5 serão realizadas de forma síncrona, com data alternativa, caso necessária, a ser combinada com os alunos. No total serão 7 avaliações distribuídas da seguinte forma:

Avaliações Individuais (85 Pontos):

Avaliação 1 – corresponde a Transformada de Laplace e Apostila I – valendo 15

Pontos (sem nota mínima)

Avaliação 2 – Apostila II – 15 Pontos (sem nota mínima) Avaliação 3 – Apostila III – 15 Pontos (sem nota mínima) Avaliação 4 – Apostila IV – 15 Pontos (sem nota mínima)

Avaliação 5 – Apostila V – 20 Pontos – (nota mínima requerida de 12 Pontos =

0,60x20, caso contrário recuperação desta avaliação)

Avaliação 6 – Avaliação cruzada dos trabalhos dos grupos (5 Pontos) Avaliações em Grupo (20 Pontos):

Avaliação 7 – Trabalho em Grupo – 20 Pontos

Exame: Os alunos que não atingirem 60 Pontos no total e no mínimo de 45 Pontos na soma das 5 primeiras avaliações entrarão automaticamente em exame.

Somente a quinta avaliação tem nota mínima e, portanto, poderá ser recuperada. O conteúdo da disciplina é cumulativo, logo se sugere que, caso o aluno não tenha apresentado desempenho adequado em uma determinada avaliação, que revise o conteúdo da mesma, antes de tentar partir para o módulo subsequente da disciplina.

A soma total de pontos possível na disciplina, i.e., Avaliações de 1 a 7, é de 105 Pontos, sendo 5 em Bônus.

Conceito Final -- O conceito final é atribuído de acordo com a nota final obtida através

do somatório das notas das provas e dos trabalhos, através das seguintes faixas de valores:

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De acordo com a Resolução do CEPE sobre o ERE, durante o período em que perdurar o ERE, fica inaplicável a atribuição de conceito FF, prevista no Parágrafo 2º, do Artigo 44, da Resolução nº 11/2013 do CEPE.

Para os estudantes matriculados até o final do período e que deixaram de participar da Atividade de Ensino, deverá ser atribuído o registro NI (Não Informado) no campo de conceito do sistema acadêmico.

Para os casos previstos no Parágrafo 1º, a justificativa do registro NI deverá conter a referência ao período de excepcionalidade.

Os casos de não informação de conceito durante o ERE, deverão ser resolvidos até o fim do segundo período letivo, após o fim da situação emergencial de saúde.

Atividades de Recuperação Previstas

Exame final --Alunos que não atingirem 45 pontos na soma das primeiras 5 avaliações entrarão automaticamente em exame independentemente da nota

atingida no trabalho em grupo. Também entrarão em exame, os alunos que não obtiverem a pontuação mínima de 60 P no total.

Prazo para Divulgação dos Resultados das Avaliações

Os resultados das avaliações serão divulgados pelo menos 72h antes da realização da seguinte atividade de avaliação.

Bibliografia

A Bibliografia Básica Essencial deve estar disponível de forma digital. Básica Essencial

Princípios e Prática do Controle Automático de Processo Carlos A. Smith, Ph.D., P.E.

Armando B. Corripio, Ph.D., P.E.

Copyright © 2008 by LTC — Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda. Uma editora integrante do GEN | Grupo Editorial Nacional

Livro pode ser acessado online – através do seguinte link – disponibilizado pelo SABI+:

https://bridge.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2256-7/cfi/0!/4/2@100:0.00

Básica

D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, "Process Dynamics and Control", John Wiley & Sons, (1989).

G. Stephanopoulos, “Chemical Process Control - An Introduction to Theory and Practice”, Prentice-Hall, (1984).

W.L. Luyben, "Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers", 2nd Edition, McGraw-Hill,(1990)

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B.A. Ogunnaike, W. H. Ray, “Process Dynamics, Modeling, and Control”, Oxford University Press, New York, Oxford, (1994).

Complementar

K.J. Äström, T. Hägglund "PID Controllers: Theory, Design, and Tuning”, second edition, Instrument Society of America, (1995)

W. Bolton , "Engenharia de Controle" Makron Books ( Tem na Bib. Eng. Em Português) (1995)

D.R. Coughanowr, “Process Systems, Analysis and Control”, McGraw-Hill international editions, second edition, (1991)

Mário Campos e Herbert Teixeira “Controles Típicos de Equipamentos e Processos Indsutriais” – Editora Edgar Blücher (2006)

Goodwin, Graebe, and Salgado Control System Design, Prentice-Hall (2000)

W.S. Levine (Ed.), "The Control Handbook", CRC Press (in Cooperation with IEEE Press), (1996)

B. G. Lipták (ed.), "Instrument Engineers' Handbook: Process Control" 3rd ed. Chilton book company, Pennsylvania, (1995)

M.L. Luyben, W.L. Luyben, "Essentials of Process Control", McGraw-Hill Chemical Engineering Series, (1997)

T. E. Marlin "Process Control: Designing Processes and Control Systems for Dynamic Performance", McGraw-Hill Chemical Engineering, (1995).

S. Skogestad, I. Postlethwaite, "Multivariable Feedback Control - Analysis and Design", John Wiley & Sons, (1996).

Outras Referências

https://paper.dropbox.com/doc/ENG-07044-Controle-de-Processos-Industriais-20201--AyCZIrKHwGwqGGJV8Lq~C7aYAQ-sYOMBwk2tjEzfz51su8gG

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