Sistema de diagnĂłstico para caldeiras e fornalhas Utilizando CFD e redes neuronais
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Hugo Calisto1 e Nelson Martins2 hcalisto@ua.pt, 2 nmartins@ua.pt Departamento de Engenharia Mecânica – Universidade de Aveiro, Portugal 1
ARTIGO CIENTĂ?FICO
(1.a Parte)
RESUMO Um sistema de diagnĂłstico e supervisĂŁo adequado ĂŠ essencial em qualquer processo industrial, especialmente considerando os custos de aquisição e operação dos equipamentos. Um sistema de diagnĂłstico para caldeiras e fornalhas deve ser capaz GH DYDOLDU SHOR PHQRV WUĂ…V SDU½PHWURV HVVHQFLDLV D VDEHU D HĆŹFLĂ…QFLD GH FRPEXVWžR R HVWDGR GH VXMDPHQWR GDV SDUHGHV H D ocorrĂŞncia de fugas de vapor, fatores de evidente importância na operação de instalaçþes de geração de energia tendo em YLVWD DXPHQWRV GH GLVSRQLELOLGDGH H ĆŹDELOLGDGH EHP FRPR D RWLPL]DžR GH FLFORV GH PDQXWHQžR Modelos analĂticos padrĂŁo tĂŞm sido utilizados em casos mais ou menos simples mas a sua aplicabilidade diminui com o aumento da complexidade de sistemas e processos, principalmente devido Ă ocorrĂŞncia de comportamentos nĂŁo-lineares ou transitĂłrios, tornando atraentes tĂŠcnicas e abordagens de modelização alternativas. Foram entĂŁo utilizadas ferramentas CFD (Computational Fluid Dynamics – Dinâmica de Fluidos Computacional) de modo a criar um modelo “virtualâ€? de uma caldeira. Este modelo foi validado com base num dispositivo existente e utilizado na geração de dados referentes tanto a condiçþes QRUPDLV GH IXQFLRQDPHQWR FRPR D FRQMXQWRV GLWRV GH IDOKD UHODWLYRV Âť RFRUUĂ…QFLD GH VLWXDĂ‚Ă?HV DQRUPDLV QRPHDGDPHQWH HP UHODžR DRV SDU½PHWURV HVVHQFLDLV DFLPD PHQFLRQDGRV 8P FRQMXQWR GH IDOKD FRQVLVWH QXP GDGR QĂ•PHUR GH inputs para o sistema de diagnĂłstico, representando as leituras dos sensores virtuais, que por sua vez caraterizam os vĂĄrios padrĂľes de falha. TĂŠcnicas baseadas em redes neuronais ($UWLĆŹFLDO 1HXUDO 1HWZRUNV s 5HGHV 1HXURQDLV $UWLĆŹFLDLV IRUDP VHJXLGDPHQWH XWLOL]DGDV
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de modo a processar adequadamente a base de dados obtida e a efetuar o reconhecimento de padrĂŁo necessĂĄrio Ă identiĆŹFDžR GDV FDXVDV GDV DQRPDOLDV YHULĆŹFDGDV 9LVWR XP GDGR SDGUžR GH IDOKD SRGHU WHU YÂźULDV RULJHQV SRVVĂˆYHLV R VLVWHPD GH diagnĂłstico deve tambĂŠm ser capaz de avaliar a probabilidade de ocorrĂŞncia de cada uma, fundamentando deste modo o diagnĂłstico. A aplicabilidade deste tipo de sistema diagnĂłstico ĂŠ especialmente relevante tanto do ponto de vista da manutenção preventiva ou preditiva, como na Ăłtica da otimização dos ciclos de sopragem de vapor para limpeza das superfĂcies de troca de calor. Palavras-chave: Sistemas de DiagnĂłstico, Dinâmica de Fluidos Computacional, Reconhecimento de PadrĂŁo, Redes Neuronais, Manutenção Preditiva.
1. INTRODUĂ‡ĂƒO
ar com a utilização do equipamento, o
em aplicaçþes que utilizem carvão pul-
Um sistema de diagnĂłstico e supervi-
que implica a deteção e a compreensão
verizado ou biomassa. Por poluentes
sĂŁo adequado ĂŠ essencial em qualquer
da natureza da falha ou avaria.
entendem-se essencialmente outros
processo
industrial,
especialmente
compostos que nĂŁo o CO2 inerente ao
considerando os custos de aquisição
Um sistema de diagnĂłstico para caldei-
processo de combustĂŁo, com especial
e operação dos equipamentos. Um
ras e fornalhas deve ser capaz de ava-
incidĂŞncia em quĂmicos como NOx, SO2,
DXPHQWR GD VXD GLVSRQLELOLGDGH H ĆŹD-
liar pelo menos três parâmetros essen-
CO, hidrocarbonetos nĂŁo-queimados e
bilidade ĂŠ assim eminentemente dese-
FLDLV D VDEHU D HƏFLÅQFLD GH FRPEXVWžR
partĂculas sĂłlidas. O controlo da quan-
MŸYHO HPERUD QžR DSHQDV SRU PRWLYRV
R HVWDGR GH VXMDPHQWR GDV SDUHGHV H
tidade e tipo de emissĂľes poluentes ĂŠ
econĂłmicos, especialmente conside-
a ocorrĂŞncia de fugas de vapor, fatores
cada vez mais um tema de atualidade
rando as terrĂveis consequĂŞncias huma-
de evidente importância na operação
atendendo à legislação cada vez mais
nas que qualquer acidente industrial
de instalaçþes de geração de energia.
draconiana, estando a formação dos
grave pode ter. Exceto nestes casos
A formação de poluentes Ê uma con-
poluentes intimamente relacionada
extremos ĂŠ necessĂĄrio algum mecanis-
sequĂŞncia direta tanto do processo de
FRP D HĆŹFLĂ…QFLD GR SURFHVVR GH TXHL-
mo de reparação que permita continu-
queima de combustĂvel, especialmente
PD ¤ WDPEÄP LQƎXHQFLDGD GH IRUPD