Experimental avaliation of the PID and FUZZY/PID controls on pasteurization process of nrwtonian and non newtonian fluids

O trabalho consistiu em avaliar a linearidade do processo de pasteurização HTST na seção de aquecimento, verificar a diferença de sintonia entre as estratégias de controles convencionais (PID) e não convencionais (fuzzy/PID) e avaliar e comparar a eficiência desses controladores quando processados em fluidos newtoniano e não-newtoniano. O pasteurizador utilizado foi a placas de 3 seções (regeneração, aquecimento com retenção e resfriamento). O fluido newtoniano utilizado foi água e o não-newtoniano uma solução aquosa de 0,5% m/m de Carboximetilcelulose (CMC) sódica. Os binômios tempo/temperatura foram aferidos para cada fluido envolvido no processo com base nas limitações do trocador de calor e do controle das utilidades. Para a avaliação qualitativa da linearidade, as curvas de reação do processo foram analisadas pelo método da superposição sugeridos por Ogata (1985), subsidiado pela análise do fator de sensibilidade do coeficiente global de transferência de calor “U”, avaliando a variação das propriedades termofísicas da água e solução aquosa de CMC frente às mudanças das temperaturas de entrada e de saída desses fluidos na seção de aquecimento. Ambos os processos apresentaram comportamento não linear; porém, o processo é mais nãolinear quando utilizada a solução de CMC sódica. A partir das curvas de resposta, foram obtidos os parâmetros de sintonia do PID/feedback pelo método de Aström e Hägglund (1984) e com esses foram obtidos os parâmetros de sintonia do controle fuzzy/PID pelo método de Li (1997). A variável controlada foi a temperatura de pasteurização na saída do tubo de retenção e a manipulada a vazão de água quente no trocador. Os controles foram testados, avaliados e comparados através dos índices de erros absolutos IAE, ITAE e ISE, fazendo-se perturbações de set-point na temperatura de saída da seção de aquecimento, com a seção de regeneração desativada para teste de eficiência de sintonia; e perturbações de carga na temperatura de entrada dos produtos no pasteurizador com as seções de regeneração e aquecimento integradas. Especificamente para o fluido não-newtoniano, também foi alterada sua concentração de entrada. Os valores obtidos dos parâmetros da sintonia foram diferentes para cada um dos fluidos pasteurizados. O controle PID teve bom desempenho para ambas as perturbações de setpoint e de carga no caso da água, o que não aconteceu quando se utilizou a solução de CMC sódica, principalmente no caso da perturbação da sua concentração.de entrada. Este desempenho inferior foi superado pelo uso do controle Fuzzy/PID que mostrou melhor desempenho perante às perturbações de carga e set-point.The goal of this work was to evaluate the pasteurization process linearity in heat and cooling sections, to check if it would have tuning differences between conventional (PID) and non-conventional (fuzzy) control strategies and evaluate and compare these controllers performance when processed a Newtonian and a non-Newtonian fluid. A Plate Heat Exchanger with three sections (regeneration, heating with retention and cooling) was used. The Newtonian fluid used was water and the non-Newtonian fluid was a 0,5% w/w water based solution of Sodium Carboxymethyl cellulose (CMC). The temperature/time residence was achieved to both fluids based on the limitations of the heat exchange and the utilities control. To qualitative linearity evaluation, the gain curves were analyzed by the superposition method suggested by Ogata (1985), subsided by the sensibility factor analysis of the heat transfer global coefficient “U”, evaluating the thermo physical properties variation in addiction to inlet and outlet temperature changes of this fluids in the heating section. The analysis showed that both systems presented nonlinear behavior; however, the most non-linear process was the one that sodium CMC was used. The PID/feedback tuning parameters were obtained from the gain curves, using Aström e Hägglund (1984) method and these parameters were used to obtain the fuzzy/PID/feedback tuning parameters by Li (1997) method. The controlled variable was the pasteurization temperature and the manipulated variable was the hot water flow. The controls were evaluated and compared through the absolute errors indexes IAE, ITAE e ISE indexes, by doing set point disturbances in the outlet heating section temperature, with the regenaration section turned off to tuning efficiency test and changing the inlet fluid temperature with both regeneration and heating section turned on. In the non-newtonian fluid case, the inlet concentration was also modified. The presented tuning parameters were different to both pasteurized fluids. The PID/feedback strategy had good performance after disturbances in the inlet temperature in the case of water, what did not happened when CMC water based solution was used. This lower performance was supplied by the use of the PID/Fuzzy/feedback strategy, that showed better performances after set-point and charge disturbances