ProSisC 0.2.1 Um Software Inteligente para Projeto de Plantas de Cogeração a Gás Natural

Quem sou eu? José Alexandre MATELLI Doutorando em Eng. Mecânica pela UFSC Pesquisador associado do LabCET/EMC/UFSC Cogeração, células-combustível, conservação de energia, inteligência artificial matelli@labcet.ufsc.br (48) 3721-9390 r. 208 (48) 9623-0851

Quem é o LabCET? Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos, EMC, UFSC eficiência energética, células-combustível, motores, cogeração, combustão, circuitos e bombas capilares; CNPq, Capes, FINEP, Petrobras, Tractebel, AEB, TBG, SCGÁS; Cooperação com instituições nacionais e internacionais www.labcet.ufsc.br (48) 3721-9390

Cogeração no LabCET 28 kWe  micro-turbina Capstone 5 TR  máquina de refrigeração por absorção água-amônia Robur

Fornecimento de gás natural GNC – gás natural comprimido

O que é o ProSisC É um software inteligente, baseado em uma técnica de IA chamada Sistema Especialista, capaz de projetar, a partir de requerimentos de projetos conhecidos, uma planta de cogeração: automatização das fases de projeto conceitual e preliminar; otimização e análise de viabilidade econômica; suporte à decisão; tutorial e treinamento. Mostre o diagrama da planta e Fale sobre o processo de projeto de uma planta: paridade térmica vs elétrica etc.

Sistema Especialista É um programa que utiliza conhecimento e métodos de inferência para resolver problemas difíceis o suficiente para requerer significativo conhecimento especializado ou perícia de um ser humano;

Elementos básicos BASE DE CONHECIMENTO (REGRAS) MOTOR DE INFERÊNCIA MEMÓRIA OPERACIONAL (FATOS) INTERFACE COM O USUÁRIO

Funções do ProSisC 0.2.1 Utilidades: energia elétrica, vapor saturado e água gelada; Entrada de dados e visualização das soluções propostas através de interface gráfica; Apresentação de diferentes soluções para um mesmo conjunto de requerimentos de projeto; Soluções fundamentalmente qualitativas e quantitativas; Em sistemas térmicos em geral, e em plantas de cogeração em particular, a otimização de parâmetros operacionais é tema largamente abordado na literatura especializada, tanto acadêmica como empresarial. No entanto, tal otimização se refere a plantas existentes, sendo marginalmente discutidas as suas configurações. Tal preocupação é pertinente, já que na maioria das vezes existe mais de uma alternativa capaz de atender aos requerimentos de projeto e a justificativa da escolha não é apresentada. Isso pode gerar uma situação extrema, na qual se tem uma planta tão mal projetada que qualquer esforço de otimização de seus parâmetros operacionais se tornem inúteis. Assim, o principal aspecto considerado no ProSisC é que ele gere soluções que apresentem a configuração da planta na forma de um diagrama, mostrando como os componentes da planta se interligam. A limitação de utilidades em vapor e energia elétrica se justifica pelo fato de serem essas as utilidades mais comuns na indústria e em algumas áreas do setor terciário.

Base de conhecimento (1) Seu núcleo é um conjunto pré-determinado de regras, obtidas a partir da aquisição do conhecimento de especialistas; Parte do conhecimento é representada também através de orientação a objetos: adequada para representar as entidades associadas a um problema de síntese; permite modelar o conhecimento de modo muito próximo ao modelo físico de uma planta de cogeração.

Base de conhecimento (2) AcionadorPrimário potência: ... kW eficiência: ... % númeroAcionadores: fatorDeUtilizacao: ... % cargaMaxima: ... % cargaMinima: ... % temperaturaGasesExaustão: ... °C vazãoGasesExaustão: ... kg/s calcularConsumoGásNatural() calcularCalorGasesExaustão() Motor temperaturaÁguaCamisas: ... °C calorÁguaCamisas: ... kW temperaturaCircuitoÓleo: ... °C calorCircuitoÓleo: ... kW descricao: “Motores são...” calcularCalorÁguaCamisas() calcularCalorCircuitoÓleo() Turbina descricao: “Turbinas são...” Dizer que Motor e Turbina são subclasses de AcionadorPrimário significa dizer que motores e turbinas compartilham certos atributos e procedimentos, mas não todos. Além disso, as subclasses herdam atributos e procedimentos mais gerais da classe superior. Por exemplo, tanto turbinas e motores possuem um atributo eficiência (herdado da classe AcionadorPrimário), mas somente motores possuem o atributo temperatura da água das camisas. O mesmo se dá com relação aos procedimentos: é preciso calcular o consumo de gás natural tanto de motores quanto de turbinas, mas somente se calcula o calor rejeitado através da água das camisas de motores. Existem diversas linguagens apropriadas para se representar classes, seus atributos e funções, e suas relações recíprocas.

Interface – saída de dados

Base de conhecimento (3) Nesse modelo pode-se ver que a classe Planta de cogeração se relaciona com as classes Concessionária e Carga. A primeira corresponde às utilidades que a planta necessita para seu funcionamento, tais como água, gás e energia elétrica (subclasses de Concessionária). A última se refere às demandas de energia que a planta deve atender – vapor e energia elétrica (subclasses de Carga) na presente versão. Note que o modelo continua válido para versões posteriores, onde mais cargas (água quente, água gelada) serão incluídas. Para tanto, basta que sejam acrescentadas as classes ÁguaQuente e ÁguaGelada como subclasses de Carga. Pode-se ver ainda na Figura 5 que a classe PlantaDeCogeração se relaciona com as classes AcionadorPrimário e CircuitoDeRecuperaçãoDeCalor, sendo essa uma relação do tipo “é composto de”, ou seja, uma planta de cogeração é composta por acionadores primários e circuitos de recuperação de calor. Na presente versão, o único circuito de recuperação de calor modelado é o de vapor, sendo CircuitoVapor uma subclasse de CircuitoDeRecuperaçãoDeCalor e sendo composto pelos componentes caldeira de recuperação, caldeira a gás e pós-queimador.

Shell (máquina de inferência) CLIPS originalmente desenvolvido pela NASA; software de domínio público mantido independentemente; encadeamento direto baseado na arquitetura de casamento de padrões (pattern-matching); O conhecimento pode ser representado na forma de regras, funções e orientação a objetos. http://clipsrules.sourceforge.net/ Falar da escolha do shell em função do encadeamento e do suporte à representação do conhecimento

Interface – entrada de dados