Desenvolvimento de um analisador virtual para uma indústria de borracha sintética

• Autor(a) principal: Maciel, Lucas
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/235817
• topic: Borracha; Controle de processos químicos; SBR rubber; Virtual analyzer; Lasso regression; Linear regression

Este trabalho visa o desenvolvimento de um analisador virtual para inferência da viscosidade Mooney durante o processo produtivo de borracha de butadieno e estireno (SBR), permitindo desta forma o uso de variáveis secundárias do processo coletadas a partir dos instrumentos existentes para determinação contínua desta variável que define a especificação ou não do produto. Primeiramente, foi realizada uma inspeção inicial nos dados para remoção de dados espúrios e, em seguida, foi empregada a Análise de Componentes Principais (PCA) para determinação da dimensionalidade do sistema, obtendo um valor aproximado do número de variáveis necessárias para compor o modelo de predição. Para a seleção das variáveis relacionadas com a viscosidade Mooney foi utilizado a regressão de Lasso, implementada em conjunto com o pacote Lars, que utiliza um critério de penalização para o coeficiente de regressão das variáveis de modo a manter diferente de zero somente as variáveis verdadeiramente relacionadas com a propriedade de interesse. Apesar de existirem técnicas mais sofisticadas para modelos de inferência, foi adotada a regressão linear multivariável (MLR) aplicada a uma tabela de dados estacionários onde as variáveis foram deslocadas de forma a compensar a dinâmica de planta. O deslocamento foi baseado no valor que levasse à máxima correlação com a variável de interesse. Para a estratégia de adaptação do modelo foi repetida a metodologia utilizada na obtenção do modelo para a viscosidade Mooney para obter um modelo simplificado de até 3 variáveis para inferência do erro ou resíduo gerado pelo modelo principal. Após somadas as predições dos modelos da viscosidade e dos resíduos, foi adotada uma estratégia de correção do bias de modo a somar o erro obtido entre as análises de laboratório e a predição do modelo neste mesmo instante. Depois de aplicado o algoritmo, em um conjunto de dados referentes a operação durante 5 meses da unidade de modo a calibrar os modelos e testar a qualidade das predições geradas, foi colocada em prova a capacidade preditiva do modelo sendo usado em um novo conjunto de dados de forma a simular a sua utilização na unidade industrial. Os resultados obtidos foram satisfatórios, de uma maneira geral, e, apresentaram um erro da ordem de 2,5% com relação ao valor médio de viscosidade Mooney do processo, apresentando-se o analisador virtual como uma útil ferramenta de controle do processo e fornece uma medida contínua da viscosidade Mooney do elastômero podendo ajudar na implementação de novas estratégias de operação, de modo a enviar de forma contínua o látex para a área de coagulação sem a necessidade de armazenamento em tanques de mistura, proporcionando economia devido ao menor consumo de vapor d’água no processo produtivo.