Sensor virtual para estimativa de umidade e temperatura na fase sólida durante processo de secagem em leito de jorro
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14236 |
Resumo: | Control systems are used to suppress the influence of external disturbances, to guarantee operational stability and to optimize the performance of chemical processes. Whatever the purpose, the means of controlling a chemical process go through the measurement of process variables and the adoption of different control strategies. Regards drying processes, the humidity and temperature of the solid product are related to the quality and the maintenance of its physicochemical properties. However, the direct measurement of this variable depends on slow, expensive and imprecise processes, especially in particulate systems and in constant movement, such as a spouted bed. A technological alternative is the use of virtual sensors, also known as soft sensors, which essentially have the role of linking simplified models and available measures in order to estimate the value of variables for which a "physical" meter is not available. In this context, the objective of this work was to develop soft sensors to jointly estimate the moisture and temperature of the solid phase during the drying process of granular porous solids in spouted bed, in view of the potential application in control purposes. It was used mathematical models found in the literature for different applications both in relation to the dryer and the material to be dried. For the moisture estimation, a mechanistic-empirical model was adjusted to minimize the difference between the experimental observations and the respective estimates. For the solids temperature, a fundamental model based on the energy balance equations for the solid and gaseous phases was adjusted so that the estimate outlet drying air temperature corresponded to the experimentally measured value. The results obtained for the humidity soft sensor showed good correspondence to the experimental measurements. For the temperature soft sensor, the unavailability of solid temperature measurements prevented a direct comparison between the estimated and experimental values. However, the results obtained were consistent with the heat and mass transfer phenomena that occur during batch drying. |
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Paula, Eduardo Rodrigues deFreire, José Teixeirahttp://lattes.cnpq.br/2270677706718167Freire, Fábio Benteshttp://lattes.cnpq.br/8937961078558996http://lattes.cnpq.br/27272171383975355326c4a1-c7a6-4658-9e3b-ada8bbb04b902021-05-07T13:39:20Z2021-05-07T13:39:20Z2019-04-23PAULA, Eduardo Rodrigues de. Sensor virtual para estimativa de umidade e temperatura na fase sólida durante processo de secagem em leito de jorro. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14236.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14236Control systems are used to suppress the influence of external disturbances, to guarantee operational stability and to optimize the performance of chemical processes. Whatever the purpose, the means of controlling a chemical process go through the measurement of process variables and the adoption of different control strategies. Regards drying processes, the humidity and temperature of the solid product are related to the quality and the maintenance of its physicochemical properties. However, the direct measurement of this variable depends on slow, expensive and imprecise processes, especially in particulate systems and in constant movement, such as a spouted bed. A technological alternative is the use of virtual sensors, also known as soft sensors, which essentially have the role of linking simplified models and available measures in order to estimate the value of variables for which a "physical" meter is not available. In this context, the objective of this work was to develop soft sensors to jointly estimate the moisture and temperature of the solid phase during the drying process of granular porous solids in spouted bed, in view of the potential application in control purposes. It was used mathematical models found in the literature for different applications both in relation to the dryer and the material to be dried. For the moisture estimation, a mechanistic-empirical model was adjusted to minimize the difference between the experimental observations and the respective estimates. For the solids temperature, a fundamental model based on the energy balance equations for the solid and gaseous phases was adjusted so that the estimate outlet drying air temperature corresponded to the experimentally measured value. The results obtained for the humidity soft sensor showed good correspondence to the experimental measurements. For the temperature soft sensor, the unavailability of solid temperature measurements prevented a direct comparison between the estimated and experimental values. However, the results obtained were consistent with the heat and mass transfer phenomena that occur during batch drying.Sistemas de controle são utilizados com o intuito de suprimir a influência de distúrbios externos, garantir a estabilidade operacional e otimizar a performance de processos químicos. Seja qual for o objetivo, os meios de controlar um processo químico passam pela medição de variáveis de processo e a adoção de diferentes estratégias de controle. No que diz respeito aos processos de secagem, a umidade e a temperatura do produto sólido estão relacionadas à qualidade e à manutenção de suas propriedades físico-químicas. Entretanto, a medição direta dessa variável depende de processos lentos, caros e imprecisos, sobretudo em sistemas particulados e em movimento constante, tais como um leito de jorro. Uma alternativa a essa limitação reside na utilização de sensores virtuais, que têm em sua essência o papel de unir modelos simplificados e medidas disponíveis para estimar o valor de variáveis para as quais não se dispõe de um medidor “físico”. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi de desenvolver sensores virtuais para estimar conjuntamente a umidade e a temperatura da fase sólida durante o processo de secagem de sólidos porosos granulares em leito de jorro, tendo em vista a potencial aplicação em propósitos de controle. Foram utilizados modelos matemáticos encontrados na literatura para aplicações distintas tanto em relação ao secador quanto o material a ser seco. Para a estimativa de umidade foi utilizado um modelo mecanístico-empírico ajustado de modo a minimizar a diferença entre as observações experimentais e as respectivas estimativas. Para a temperatura dos sólidos, foi empregado um modelo fundamental baseado nas equações de balanço de energia para as fases sólida e gasosa ajustado de modo que a estimativa da temperatura do gás na saída da câmara de secagem correspondesse ao valor medido experimentalmente. Os resultados obtidos para o sensor virtual de umidade apresentaram boa correspondência às medidas experimentais. Já para o sensor virtual de temperatura, a indisponibilidade de medidas da temperatura do sólido impediu uma comparação direta entre os valores estimados e experimentais. Contudo, os resultados obtidos foram coerentes com os fenômenos de transferência de calor e massa que ocorrem durante a secagem em batelada.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 133601/2017-0porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSecagemSensor virtualLeito de jorroDryingSoft sensorSpouted bedENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICASensor virtual para estimativa de umidade e temperatura na fase sólida durante processo de secagem em leito de jorroVirtual sensor for moisture and temperature estimating in the solid phase during drying process in spouted bedinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6002e542afc-9fec-43b4-b11a-1eb2ed3a1f3dreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdfTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdfTexto Finalapplication/pdf2185560https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/1/TEXTO%20FINAL%20DISSERTA%c3%87%c3%83O%20EDUARDO%20RODRIGUES%20DE%20PAULA.pdf6e010d5fb1eefdd1f87b31dfa013233fMD51Carta Comprovante.pdfCarta Comprovante.pdfCarta comprovanteapplication/pdf191560https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/2/Carta%20Comprovante.pdf65447d0b4445035dacdc23374b0d1460MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdf.txtTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdf.txtExtracted texttext/plain119218https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/4/TEXTO%20FINAL%20DISSERTA%c3%87%c3%83O%20EDUARDO%20RODRIGUES%20DE%20PAULA.pdf.txtba1c515f093668ee432fecb9aaea98d4MD54Carta Comprovante.pdf.txtCarta Comprovante.pdf.txtExtracted texttext/plain22https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/6/Carta%20Comprovante.pdf.txt7d8838aa5082871038b4894faccf692fMD56THUMBNAILTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdf.jpgTEXTO FINAL DISSERTAÇÃO EDUARDO RODRIGUES DE PAULA.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7006https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/5/TEXTO%20FINAL%20DISSERTA%c3%87%c3%83O%20EDUARDO%20RODRIGUES%20DE%20PAULA.pdf.jpge705a25179598f33ee42045c0db06008MD55Carta Comprovante.pdf.jpgCarta Comprovante.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12489https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14236/7/Carta%20Comprovante.pdf.jpg857b0ec824fc89c57fb76f0eefe7f3e8MD57ufscar/142362023-09-18 18:32:10.608oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14236Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:10Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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