Utilização de observador de estado em substituição a medidor de vazão

Abstract

O objetivo deste trabalho é estimar, indiretamente, a vazão de escoamento em tubulações, tanto em estado estacionário quanto em transientes, que são comuns em processos de fluxo de fluidos em tubulações. A idéia é utilizar medidas de pressão nos extremos do duto, que sempre são disponíveis e mais confiáveis que as medidas de vazão, e utilizar informação das válvulas localizadas nos extremos como medidores de vazão baseados em pressão diferencial de orifício variável. Isso pode ser feito a partir da informação de abertura das válvulas. Desta forma, é possível quantificar a vazão com o conhecimento prévio da abertura da válvula e a pressão lida à sua jusante ou montante, através do uso da equação do orifício. Foi utilizada uma formulação não-linear e uma linearizada para o escoamento dinâmico de um fluido compressível, em espaço de estados. O modelo não-linear para este tipo de problema é composto de um conjunto de equações diferenciais parciais hiperbólicas, e a forma de resolução adotada é a discretização por diferenças finitas centrais. Os contornos do problema abordado são duas válvulas de controle nos extremos da tubulação. As equações que descrevem o movimento dessas válvulas são linearizadas e acopladas ao modelo dinâmico, de forma que elas são utilizadas como medidores de orifício variável para fins de medição de vazão. O modelo não-linear é resolvido nas condições de escoamento experimentais para sua validação. Esse modelo também é linearizado e acoplado a uma matriz de ganho (formando o observador de estado) e assim corrige as diferenças entre a simulação do modelo linearizado e as medições experimentais.