Modelagem rigorosa em regime dinâmico e controle preditivo de sistemas de transporte de fluidos compressíveis integrados a compressores centrífugos - Meira, Rodrigo Lima (2022)
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.