O transporte contínuo de derivados de hidrocarboneto através de dutos leva a contínua degradação desses dutos. Para termos noção das condições internas são feitos testes não destrutivos nos mesmos, cujo PIG – Pipeline Inspection Gauge –, está incluído, sendo este uma ferramenta que é inserida dentro do duto e se desloca através dele movido pela pressão do fluído transportado. A qualidade da aquisição de dados da operação do PIG é afetada pela variação e magnitude de sua velocidade de percurso ao longo do duto. Este trabalho apresenta um ambiente para teste do sistema de controle de velocidade para um PIG de tal forma que este se mantenha operando dentro de uma faixa considerada ótima para os equipamentos que processam os sinais das condições internas do duto. O controle age sobre a abertura de uma válvula de by-pass. Com isso controlamos o fluxo de fluido através do PIG afetando diretamente a diferença de pressão a jusante e a montante do PIG, variando assim o diferencial de pressão. A velocidade de um PIG depende diretamente do diferencial de pressão e este, do tipo de fluido transportado. Aqui trabalharemos em cima de fluido monofásico no estado gasoso. Para modelar esse ambiente usamos a ferramenta de programação gráfica LabVIEW.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
AMBIENTE DE SIMULAÇÃO DE UM PIG INSTRUMENTADO
COM O USO DO LABVIEW
Francisco Assis de Sousa Júnior
Orientador: Prof. Dr. Andrés Ortiz Salazar
Natal – RN
Julho de 2012

2. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
CURSO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO
AMBIENTE DE SIMULAÇÃO DE UM PIG INSTRUMENTADO
COM O USO DO LABVIEW
Francisco Assis de Sousa Júnior
Orientador: Prof. Dr. Andrés Ortiz Salazar
Monografia apresentada à Banca Examinadora do
Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia
de Computação, em cumprimento às exigências
legais como requisito parcial à obtenção do título
de Engenheiro de Computação.
Natal – RN
Junho de 2012

3. “You got a dream... You gotta protect it. People
can't do somethin' themselves, they wanna tell
you can't do it.”
Will Smith, em The Pursuit of Happyness

4. Dedico a tudo e todos que me inspiraram para que esse
momento se realizasse.

5. AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por todos os sinais enviados, os quais foram imprescindíveis.
Agradeço a minha mulher-namorada-companheira que sempre teve a certeza absoluta
que essa etapa chegaria ao fim, mesmo com todas as adversidades que se mostravam
no caminho. Aos meus pais que nunca mediram esforços para que esse dia chegasse.
A Deus novamente que me uniu aos amigos das várias viradas de noite Felipe Edgar e
Cinthya Gabriela. Se vocês dois não estivessem lá, eu não estaria aqui.
Agradeço infinitamente a Elias Gurgel por toda a ajuda que me deu. Meu amigo,
não foi pouca e foi primordial.
A Thalles que conseguia se manifestar justamente nos momentos mais
delicados e me injetava todo o animo necessário para enfrentar tudo que viria nos
momentos posteriores.
A Rairo, Danilo e a César pelo suporte, o abrigo da chuva, pela amizade. A
Emiliano que esteve junto em minha retomada a essa jornada. Nesse momento, meu
amigo, você acendeu uma luz e caminhou comigo nas trevas. Então a luz me remonta
a você.
Agradeço a todo aquele que esteve no início dessa jornada. O presente é
diferente, mas o passado está consolidado.
Um obrigado em especial ao professor Ortiz, que nesses três últimos e decisivos
semestres se colocou sempre como solução para todos os problemas.
Agradeço a turma 2009.1 e seus demais integrantes pela carona em alto estilo.
Obrigado a todos e a toda ajuda que foi dada. Em uma batalha dessa dimensão
nada é insignificante. De tudo foi preciso e necessário para esta vitória.

6. RESUMO
O transporte contínuo de derivados de hidrocarboneto através de dutos leva a contínua
degradação desses dutos. Para termos noção das condições internas são feitos testes
não destrutivos nos mesmos, cujo PIG – Pipeline Inspection Gauge –, está incluído,
sendo este uma ferramenta que é inserida dentro do duto e se desloca através dele
movido pela pressão do fluído transportado. A qualidade da aquisição de dados da
operação do PIG é afetada pela variação e magnitude de sua velocidade de percurso
ao longo do duto. Este trabalho apresenta um ambiente para teste do sistema de
controle de velocidade para um PIG de tal forma que este se mantenha operando
dentro de uma faixa considerada ótima para os equipamentos que processam os sinais
das condições internas do duto. O controle age sobre a abertura de uma válvula de by-
pass. Com isso controlamos o fluxo de fluido através do PIG afetando diretamente a
diferença de pressão a jusante e a montante do PIG, variando assim o diferencial de
pressão. A velocidade de um PIG depende diretamente do diferencial de pressão e
este, do tipo de fluido transportado. Aqui trabalharemos em cima de fluido monofásico
no estado gasoso. Para modelar esse ambiente usamos a ferramenta de programação
gráfica LabVIEW.
Palavras-chave: PIG. Controle de Velocidade. Válvula de By-Pass.
iv

7. ABSTRACT
The continuous transport of hydrocarbon derivatives through pipelines leading to
continued degradation of these pipelines. To be aware of the internal conditions are
made a non-destructive testing in pipelines, which PIG - Pipeline Inspection Gauge - is
included, which is a tool that is inserted into the pipelines and moves through it driven
by the pressure of the fluid transported. The quality of the data acquisition operation of
the PIG is affected by the variation and magnitude of its velocity along the pipeline
route. This paper presents an environment for testing the speed control system for an
PIG so that it remains operating within a range considered optimal for equipment that
process signals from the internal conditions of the pipeline. The control acts on the
opening of a bypass valve. With this control the flow of fluid through the PIG directly
affecting the pressure difference upstream and downstream of the PIG, thus varying the
pressure differential. The speed of a PIG depends directly on this pressure differential
and the type of fluid carried. Here we will work over single-phase fluid in the gaseous
state. To model this environment we use the LabVIEW graphical programming tool.
Keywords: PIG. Velocity Control. By-Pass Valve.
v

8. SUMÁRIO
RESUMO iv
ABSTRACT v
SUMÁRIO vi
LISTA DE FIGURAS viii
LISTA DE TABELAS ix
LISTA DE ABREVIATURAS x
LISTA DE SÍMBOLOS xi
1. INTRODUÇÃO 14
1.1. O LABVIEW 14
1.2. O DUTO 15
1.3. O PIG 16
1.4. A INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE NA OPERAÇÃO DE PIG 17
1.5. A VÁLVULA DE BY-PASS 18
1.6. MOTIVAÇÃO 18
1.7. OBJETIVOS DO TRABALHO 19
2. MODELAGEM DO SISTEMA 20
2.1. CARACTERÍSTICAS DO DUTO 20
2.2. O MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA 21
2.3. VÁLVULA DE BY-PASS 23
2.4. MODELO DO PIG 24
2.5. A DINÂMICA DO PIG 26
2.6. ANÁLISE DO SISTEMA 27
2.6.1. ESTABILIDADE 27
2.6.2. REGIME PERMANENTE 28
2.6.3. REGIME TRANSITÓRIO 29
2.7. PERTURBAÇÕES 30
2.8. ESPECIFICAÇÃO DO SISTEMA DE CONTROLE 30
vi

9. 2.8.1. CONTROLADOR PD 31
3. IMPLEMENTAÇÃO E RESULTADOS DA SIMULAÇÃO 35
3.1. A IMPLEMENTAÇÃO 35
3.2. REFERÊNCIA, REALIMENTAÇÃO E ERRO 35
3.3. CONTROLADOR 36
3.4. MOTOR CC 37
3.5. VÁLVULA DE BY-PASS 37
3.6. PIG 38
4. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO 40
4.1. PARÂMETROS DO CONTROLADOR 40
4.2. RESPOSTAS DOS BLOCOS DO SISTEMA 41
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 45
5.1. TRABALHOS FUTUROS 45
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 46
vii

10. LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1: VARIAÇÃO DA INCLINAÇÃO EM DUTOS PARA TESTES. .................................................................... 20
FIGURA 2.2: DIAGRAMA DE BLOCOS DO MOTOR CC. ....................................................................................... 21
FIGURA 2.3: EQUIVALENTE ELÉTRICO DO MOTOR CC....................................................................................... 22
FIGURA 2.4: TRECHO DE DUTO COM MODELAGEM DO PIG, VÁLVULA DE BY-PASS E MOTOR. .............................. 24
FIGURA 2.5: DIAGRAMA DE BLOCOS DO SISTEMA EM MALHA FECHADA ............................................................. 30
FIGURA 2.6: REGIÃO DESEJADA. ................................................................................................................... 31
FIGURA 2.7: LUGAR DAS RAÍZES DO SISTEMA. ................................................................................................ 32
FIGURA 2.8: LUGAR DAS RAÍZES FOCANDO OS POLOS LENTOS DO SISTEMA. ..................................................... 33
FIGURA 2.9: REGIÃO DESEJADA AJUSTADA PARA ZERO ADICIONAL................................................................... 34
FIGURA 3.1: SISTEMA DESCRITO NO LABVIEW PARA A SIMULAÇÃO. ................................................................ 35
FIGURA 3.2: REFERÊNCIA, REALIMENTAÇÃO E ERRO. ...................................................................................... 36
FIGURA 3.3: CONTROLADOR PD. .................................................................................................................. 36
FIGURA 3.4: FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DO MOTOR CC. ............................................................................... 37
FIGURA 3.5: VÁLVULA DE BY-PASS. ............................................................................................................... 38
FIGURA 3.6: REPRESENTAÇÃO DO PIG. ......................................................................................................... 38
FIGURA 4.1: LUGAR DAS RAÍZES DO SISTEMA COM CONTROLADOR PD............................................................. 40
FIGURA 4.2: LUGAR DAS RAÍZES DO SISTEMA FOCANDO OS POLOS LENTOS DO SISTEMA COM CONTROLADOR PD.
........................................................................................................................................................... 41
FIGURA 4.3: SAÍDA DO CONTROLADOR PD SUJEITO A PERTURBAÇÃO. ............................................................. 42
FIGURA 4.4: SAÍDA DO MOTOR CC. ................................................................................................................ 42
FIGURA 4.5: SAÍDA DA VÁLVULA SEM SATURAÇÃO........................................................................................... 43
FIGURA 4.6: SAÍDA DA VÁLVULA COM SATURAÇÃO. ......................................................................................... 43
FIGURA 4.7: SAÍDA DO PIG. .......................................................................................................................... 44
viii

11. LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1: PARÂMETROS DO DIAGRAMA DE BLOCOS .................................................................................... 21
ix

12. LISTA DE ABREVIATURAS
UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
PIG Pipeline Inspection Gauge.
LabVIEW Laboratory Virtual Instruments Engeneering Workbench.
TM Trade Mark.
G Linguagem gráfica do LabVIEW.
3D Três dimensões.
Motor CC Motor de corrente continua.
BIBO Bounded Input, Bounded Output – Limitado na entrada e na saída.
PI Controle Proporcional e Integral.
PID Controle Proporcional e Integral e Derivativo.
PD Controle Proporcional e Derivativo.
PWM Pulse-Width modulation – Modulação por comprimento de pulso.
x

13. LISTA DE SÍMBOLOS
Indutância de campo.
Resistência de campo.
Corrente de campo.
w Velocidade angular.
Torque.
J Momento de inércia.
b Atrito viscoso.
Tensão da armadura.
Corrente da armadura.
Indutância da armadura.
Resistência da armadura.
Tensão induzida na armadura.
Velocidade angula no domínio de Laplace.
Constante do motor.
Tensão da armadura no domínio de Laplace.
B Atrito Viscoso no Domínio de Laplace.
Constante de tempo.
Deslocamento angular.
Número de voltas.
Abertura total da Válvula.
Porcentagem de abertura.
P1 Pressão a montante, pressão atrás do PIG.
P2 Pressão a jusante, pressão a frente do PIG.
xi

14. Força de atrito.
Força provocada pela pressão do gás sobre a área do PIG.
Força resultante.
Produto da massa do PIG.
Aceleração do PIG.
Produto do atrito viscoso pela velocidade do PIG.
Força provocada pela pressão do gás sobre a área do PIG no
domínio de Laplace.
Massa do PIG.
Deslocamento do PIG no domínio de Laplace.
Velocidade do PIG no domínio de Laplace.
Força peso.
Ângulo de inclinação do PIG com o a horizontal.
Diferença entre a pressão à frente e atrás do PIG.
Variação da área da válvula de by-pass.
Função de transferência do Motor CC.
Função de transferência do PIG.
Ganho dado pelo produto da válvula pela pressão.
Função de transferência de malha aberta.
Função de transferência de malha fechada.
Erro de regime permanente no domínio de Laplace entre a saída e
a entrada do sistema.
Entrada do sistema no domínio de Laplace.
Saída do sistema no domínio de Laplace.
Erro em regime permanente no domínio do tempo.
xii

15. Erro de atuante em regime permanente no domínio do tempo.
Sobressinal do sistema.
Tempo de estabelecimento.
PI Controle Proporcional e Integral.
PID Controle Proporcional e Integral e Derivativo.
PD Controle Proporcional e Derivativo.
Fator de amortecimento.
Frequência natural do sistema.
Ganho Proporcional.
Ganho derivativo.
Ação derivativa.
Ação de controle.
Função de transferência do controlador.
Conversão Constante de conversão de metro quadrado por grau.
xiii

16. 1. INTRODUÇÃO
A grande demanda por determinados tipos de fluidos exige um transporte
constante. O fluxo constante sobre pressão, temperatura, velocidade e as próprias
características da composição química do fluido transportado degradam os dutos.
Neste trabalho focamos o transporte de fluidos monofásico de hidrocarbonetos em
gasodutos.
A degradação precisa ser acompanhada a fim de evitar danos maiores. Assim,
diz-se que um duto precisa ser submetido a uma operação de PIG – Pipeline Inspection
Gauge –, precisa ser pigado (pigged, em inglês). Existem riscos de danos causados
pela própria pigagem (pigging, em inglês), portanto, quando são feitas é por reais
necessidades apontadas de forma considerável.
No presente capítulo será mostrado o cenário e os elementos que fazem parte
desta operação. No capítulo 2 é feita a modelagem, análise, especificação de
desempenho do sistema e propõe-se um controlador para o mesmo. No capítulo 3 é
mostrado a implementação dos blocos desse sistema com o uso do LabVIEW. A
análise dos resultados dos testes, segundo as especificações feitas no capítulo 2, será
feita no capítulo 4. No capítulo 5 é feito os principais comentários e aponta-se
melhorias futuras para esse trabalho.
Nas seções a seguir será discutido os principais elementos envolvidos no
cenário da simulação proposta neste trabalho. Em 1.1 apresenta-se a ferramenta de
programação gráfica LabVIEW e suas características. Na seção 1.2 descreve-se as
características dos dutos. Já em 1.3 aborda-se a utilidade da ferramenta PIG. Em 1.4
será descrito a influência da velocidade na qualidade da operação de PIG. Em 1.5 será
apresentada a válvula de by-pass como solução para o problema de velocidade. Na
seção 1.6 levanta-se as questões que motivam a elaboração deste trabalho. Em 1.7
determina-se os objetivos desse trabalho.
1.1. O LabVIEW
O LabVIEW TM – Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench – é uma
linguagem de programação gráfica, cuja tradução é bancada eletrônica de instrumentos
virtuais.
14

17. Uma vantagem em usar esta ferramenta é sua linguagem de programação
gráfica G, na qual compiladores simplificam o processo de programação através de
interfaces amigáveis com comandos, funções e propriedades pré-definidas. Isso tudo a
torna altamente produtiva para a construção de sistemas de aquisição de dados,
instrumentação, controle, etc.
A linguagem G permite usar uma estrutura em forma de gráficos e diagramas
para criar os códigos de programação em blocos, o que facilita o reuso em outros
aplicativos, o que não é trivial nas outras linguagens.
1.2. O Duto
Com o parque instalado de linhas de transporte de fluidos no mundo já bem
envelhecido, sua manutenção é algo preocupante, pois os dutos são o método mais
seguro de transporte de óleo e gás [1]. A reposição de trechos significam prejuízos
econômicos e interrompem o atendimento da demanda.
Para a operação de transporte nos dutos permanecer efetiva, estas linhas
devem ser pigadas de tempos em tempos. A primeira delas, para limpeza, acontece
logo após sua construção, quando é prática geral em gasodutos e oleodutos. Em
outros momentos, como durante períodos de manutenção, pode ser necessário o
esvaziamento do duto para permitir a execução de reparos e troca de trechos. Ou
ainda, em sua desativação, quando todo o produto é removido do interior do duto, que
deve ser deixado com gás inerte (nitrogênio) [5]. Ao longo do tempo de operação, as
paredes dos dutos vão se deteriorando a ponto das condições tornarem-se críticas. A
falta de manutenção pode levar a falha das linhas. Manter esses dutos funcionando em
condições corretas tem importância ambiental, vital e econômica.
Uma pigagem não é feita por acaso. Para fazê-la requerer-se controle cauteloso
e coordenado. Contudo, ainda assim existe o risco da ferramenta ficar alojada no duto,
bloqueando o fluxo e por isso ter que recolocar o trecho com toda uma operação cara e
os aborrecimentos que acompanhem tais incidentes [8]. O operador da linha deve
apresentar fortes considerações sobre se a linha realmente precisa ser pigada, se a
mesma está ajustada para tal e se é econômico fazê-la.
Na da operação de PIG, existem problemas nos dutos que estão ligados a sua
disposição estrutural, como é o caso de soldas, diâmetros diferentes, diferentes tipos
de tubos, válvulas e curvas acentuadas. Este último tem um grau de complexidade
importante e pouco tratado na literatura em questão, já que o fluxo na curva de um duto
15

18. é muito mais complexo que o fluxo em reta, por causa dos movimentos secundários
centrifugamente-induzidos, também pela dinâmica do PIG em curvas ser não linear [1].
1.3. O PIG
Ferramentas de inspeção de dutos têm sido usadas nos últimos 100 anos ou
mais devido à inacessibilidade humana ao interior dos dutos. Nesse momento estas
ferramentas eram de uma estrutura muito simples, propelida pela diferença de pressão
fornecida pelo duto.
Hoje em dia há vários modelos de PIGs, no entanto, comumente um PIG
consiste de dois ou mais copos de poliuretano anexados a uma haste cilíndrica central
e outros feitos de borracha esponjosa. Geralmente o diâmetro externo do PIG é um
pouco maior que o diâmetro interno do duto a fim de prover uma vedação entre a
parede do duto e o PIG [2].
Nos últimos anos, as pesquisas tem se esforçado para acrescentar inteligência
ao PIG convencional, assim como diminuir suas limitações. Um esforço significante tem
sido gasto para desenvolver PIGs novos e avançados, mas isso tem frequentemente
sido baseado na abordagem de tentativa e erro.
Cada tipo é designado para um propósito diferente, porém podem ser divididos
em dois blocos fundamentais [4, 8]: PIGs tradicionais, existentes em torno de 100 anos,
usados para remoção de resíduos, líquidos, gases e limpeza; e PIGs inteligentes –
também conhecidos como PIGs de inspeção ou de instrumentação -, existentes a
pouco mais de 25 anos, usados para localizar obstruções, corrosão, rugosidades,
amassamento das paredes internas, espessura das paredes, rachaduras, quebras,
perda de metal e defeitos de fabricação como, por exemplo, dutos com sessão
transversal oval em vez de circular.
À medida que PIGs mais elaborados foram sendo desenvolvidos, a demanda
pelo uso destes cresceu e verificou-se seu emprego até mesmo em regiões onde as
ferramentas comuns, as tradicionais, poderiam ser usadas [6]. Os PIGs inteligentes
precisam de uma linha limpa para obter um ótimo desempenho na execução de sua
travessia ao longo do duto. Então a linha deve ser pigada primeiramente por um PIG
tradicional.
Como solução para inspeção com uso dessa ferramenta unida a essa recente
abordagem que agrega inteligência, existem PIGs que vão desde os que produzem
imagens 3D das condições internas do duto até os que caminham no sentido inverso
16

19. do fluxo do fluído. Com isso, para ter uma solução que atenda ao seu problema, basta
saber que tipo de PIG usar. O que não é nada trivial, mas enveredar-se por esse
questionamento foge ao escopo deste trabalho.
1.4. A influência da velocidade na operação de PIG
PIGs de inspeção são mais eficientes quando operados em uma velocidade
aproximadamente constante, tipicamente mais baixa que a velocidade média do
escoamento do fluído no duto. Seja qual for a finalidade da operação, a questão em
torno de sua velocidade durante o percurso é crucial, mas é nos PIGs de
instrumentação que a velocidade aparece como algo crítico.
Devido à perda de pressão, altas velocidades são normalmente empregadas
para linhas de gás. A velocidade típica em uma operação de PIG é em torno de 1-5 m/s
para fluídos líquidos e de 2-10 m/s para fluídos gasosos. A qualidade das informações
que estão sendo registradas pelos instrumentos e o processamento de sinal associado
a este não dependem somente da magnitude da velocidade, mas também de sua
consistência.
Como no duto o deslocamento do PIG tem a mesma velocidade do fluído, a
forma mais básica de controle de velocidade de um PIG é geralmente garantida pelo
operador que fica na estação de compressão com o intuito de transferir gás para o
consumidor, portanto, nem sempre é possível atingir o regime de movimento
necessário e mudar imediatamente a velocidade do PIG. Costumeiramente diminui-se
o volume de gás e a pressão através da linha para garantir a segurança no processo
de pigging, o que é indesejável e tem alto custo porque acarreta a redução da
produção [3]. O problema do excesso de velocidade da ferramenta é resolvido com o
uso de um dispositivo de controle, que será detalhado no capítulo 2.
O PIG deve manter uma velocidade constante durante a execução da operação.
A baixa velocidade pode causar danos a ferramenta por causa dos entulhos que há no
caminho. A alta velocidade também pode causar problemas como limpeza ineficiente
dos dutos, perda da vedação efetiva, excesso de desgaste dos copos e das partes de
borracha em contato com as paredes dos dutos, etc.
A alta pressão, necessária para por o PIG em movimento no momento de seu
lançamento, leva frequentemente a exceder o limite máximo de velocidade em seus
primeiros metros de percurso. Quando não existe nenhum dispositivo de controle de
velocidade empregado na ferramenta, esse percurso com alta velocidade se torna bem
17

20. maior, pois a redução da velocidade está condicionada ao operador que terá que
reduzir a diferença de pressão empregada inicialmente e desta forma não há como
manter o PIG na velocidade constante e adequada para uma aquisição de dados ótima
neste momento inicial [6].
Embora muito tenha sido escrito sobre a aplicação e experiência ganha com
PIGs nos dutos, há muito pouco na literatura correspondente tratando do
comportamento dinâmico do PIG em seu percurso. Dados de desempenho quantitativo
são escassos e a seleção de critérios para os PIGs e sua aplicação não são
formalmente documentadas [2]. Os levantamentos consideram vários parâmetros para
projetar uma operação de PIG que afete a velocidade: variação dos diâmetros dos
dutos, válvulas de by-pass, os efeitos da diferença de pressão, entre outros. Entretanto,
a maioria do conhecimento disponível é baseado no campo da experiência, levando
assim a muitas suposições na escolha do melhor PIG para uma determinada situação e
desta forma, existe um alto grau de incerteza [4].
1.5. A válvula de by-pass
O método mais comum de controle de velocidade de um PIG é através do uso
de válvulas de by-pass em seu corpo, nos copos ou nos discos [2]. A válvula de by-
pass provoca uma variação do diferencial de pressão devido ao fluxo do fluido que ela
permite passar através do corpo do PIG, podendo, desta forma, manter a velocidade
dentro de uma faixa ótima para a aquisição de dados.
Voltaremos nossa atenção para a válvula de by-pass mais adiante no capítulo 2.
1.6. Motivação
Hoje, o forte apelo ambiental junto à questão de segurança não admitem
vazamentos dos derivados de petróleo e o grande consumo deste produto não permite
a interrupção do abastecimento. Existem dutos tanto em terra quanto em mar e o
acesso a ambos sofrem as mesmas complicações. Ainda considerando o que fazer
com o duto quando este atinge seu tempo de vida útil onde somente a precisão dos
dados das condições internas é capaz de responder essa pergunta. Dessa forma,
inevitavelmente muitos testes não destrutivos serão necessários. E nesse cenário, é
grande a importância dos equipamentos de manutenção dos dutos. Dentre estes se
encontra o PIG, que para fazer bem seu trabalho leva em consideração as
18

21. características tanto da linha quanto do transporte do gás. Assim, a operação de PIG
se tornou procedimento padrão na indústria de gás e óleo [7].
No caso do PIG instrumentado, a sua velocidade está diretamente ligada à
qualidade dos dados adquiridos em seu percurso ao longo da linha durante a pigagem.
Então, ter informações precisas sobre a configuração que mantém o PIG na faixa de
funcionamento ótimo para a aquisição de dados está intimamente relacionado ao
controle de sua velocidade no percurso.
Com uma grande quantidade de limitações, um PIG trabalha bem sobre linhas
de determinadas características. A partir disso nota-se a necessidade de variedade de
PIGs. Consequentemente o mesmo para a estrutura das válvulas de by-pass.
O PIG trás consigo a vantagem de poder ser executado sem a necessidade de
interrupção do transporte dentro do duto.
A falta de informações formalizadas sobre a dinâmica do PIG na execução da
operação de inspeção é citada em vários artigos usados como referência para esse
trabalho. Muitas publicações tratam do assunto apenas no terreno da experiência de
campo, ou de poucas informações dos fornecedores, que quando pouco as obtém,
estas chegam por meio de reclamações. Isso faz desta área escassa em pesquisas
sobre o controle de velocidade de PIGs, ainda mais quando existe pouco
compartilhamento dessas informações, já que os operadores as guardam como
confidenciais.
1.7. Objetivos do trabalho
Neste trabalho desenvolve-se um ambiente de simulação para um sistema
composto por um PIG, um motor de corrente contínua, o duto, uma válvula de by-pass
e propõe um controle de velocidade do PIG dentro de sua faixa ótima de operação. Os
parâmetros escolhidos serão retirados da literatura que envolve tal processo. Após a
descrição da modelagem, será verificado o desempenho do sistema de controle
projetado. Usaremos como ferramenta de simulação o software LabVIEW. A partir da
simulação faremos a análise dos resultados e por fim será tirado conclusões sobre o
modelo.
19

22. 2. MODELAGEM DO SISTEMA
Neste capítulo será descrito o funcionamento do PIG dentro do duto e os
respectivos parâmetros considerados em sua dinâmica. Será feita a modelagem física
adotada para simular o PIG. É feito uma modelagem da válvula de by-pass, porém sem
considerar a dinâmica de passagem do fluido pela mesma. O motor de corrente
contínua (motor cc) também será modelado. Ao final deste capítulo verifica-se a
estabilidade do sistema, determina as condições para o regime permanente e
estacionário bem como as especificações de desempenho para o sistema de controle.
2.1. Características do duto
Para simulação foi modelado um duto com perturbações na vertical que
corresponde a inclinações que variam de 45º a - 45º, semelhante a configuração
mostrada na figura abaixo.
Figura 2.1: Variação da inclinação em dutos para testes.
O diâmetro do duto é de 12 polegadas e o atrito viscoso existente entre o PIG e
o duto é de ⁄ . Outras não-linearidades existentes num duto real não foram
consideradas.
20

23. 2.2. O motor de corrente contínua
A rotação do motor cc varia a abertura da válvula, implicando na variação do
fluxo do fluido que passa pelo PIG. Assim, com a variação do diferencial de pressão do
PIG, pode-se variar a velocidade do mesmo.
Os sistemas eletromecânicos convertem energia elétrica em energia mecânica
ou vice-versa, onde muitos fazem uso dos efeitos de um fluxo de correntes elétricas
dentro de um campo magnético. Unindo isso a lei de indução de Faraday, que
descreve a indução de tensões pelo fluxo de um campo magnético variando no tempo.
E quando essa mudança de fluxo é associada com um movimento mecânico, temos as
bases do funcionamento dos sistemas eletromecânicos, do qual fazem parte os
motores cc controlados pela armadura, quando a armadura é nada mais que um grupo
de bobinas interconectadas de forma que suas tensões geradas por indução se
somam, dando uma contribuição positiva ao resultado desejado [10].
Essas máquinas de corrente contínua (ou máquinas cc) são bastante utilizadas
em sistemas de controle em razão do seu comportamento essencialmente linear [10].
Em [11] mostra-se um exemplo de um sistema de controle para motor cc controlado
pela armadura com ótimo desempenho, além de [10] apontar esse modelo como o
mais usual. O diagrama esquemático é mostrado na figura abaixo.
Figura 2.2: Diagrama de blocos do Motor cc.
A tabela a seguir lista os parâmetros do sistema.
Tabela 2.1: Parâmetros do diagrama de blocos
Parâmetros Nome
Indutância, resistência e corrente de campo.
w, ,Jeb Velocidade angular, torque, momento de inércia e atrito viscoso.
Tensão, corrente, indutância e resistência de armadura.
Tensão induzida na armadura
21

24. O equivalente elétrico é mostrado a seguir:
Figura 2.3: Equivalente elétrico do motor cc.
Onde é conhecida como constante do motor.
Do circuito da figura 2.2 extrai-se facilmente a função de transferência entre a
tensão de armadura aplicada e a velocidade de rotação do motor:
(2.1)
Usualmente a impedância da armadura, , pode ser desprezada, então tem-se
que:
(2.2)
Portanto, o motor cc controlado pela armadura pode ser aproximado por uma
função de transferência de primeira ordem que relaciona a tensão de armadura
aplicada com a velocidade de rotação.
A rotação do motor é controlada pelo sinal de controle a fim de manter a
velocidade do PIG igual à referência, onde o sinal de controle é a tensão de armadura.
Porém, manipularemos a equação de tal forma que obtenhamos como saída do
motor seu ângulo de giro. Sabemos que a velocidade angular , onde
é a transformada de Laplace da derivada do deslocamento angular. Então, temos:
(2.3)
(2.4)
22

25. A relação do motor com a abertura da válvula foi feita de forma que a cada meia
volta dada pelo rotor do motor cc, a válvula se fecha completamente.
2.3. Válvula de by-pass
Como visto no capítulo anterior, a válvula de by-pass é uma solução para
implementar o controle de velocidade do PIG. Na simulação, foi considerada apenas a
relação de abertura da válvula com a rotação do motor.
A abertura da válvula é proporcional ao giro do motor :
(2.5)
Onde é número de voltas.
A válvula deve ir de completamente aberta a totalmente fechada em um giro de
180° feito pelo motor, que equivale à meia volta. Assim:
(2.6)
Onde é área total proporcionada pela válvula e é a abertura em
porcentagem da válvula.
Quando o motor gira no sentido da abertura da válvula, a área de contato do PIG
será menor e assim a diferença entre a pressão a montante e a jusante do PIG será
menor. Isso leva a redução da velocidade da ferramenta. Por outro lado, o inverso
ocorre quando o motor age de tal forma a aumentar a área de contato do PIG,
reduzindo a passagem de fluxo através dele, resultando no aumento da diferença de
pressão, pressão sobre área, implicará no aumento da força que provoca o
deslocamento do PIG.
23

26. Figura 2.4: Trecho de duto com modelagem do PIG, válvula de by-pass e motor.
Pela figura 2.4, percebe-se facilmente que uma abertura muito grande da válvula
levaria ao desaparecimento do corpo do PIG. Quando a abertura atingir o diâmetro do
PIG sua área chega à zero. Portanto, a variação da abertura da válvula considera as
seguintes restrições limitando a área do PIG entre:
 100%, implicando o fechamento total da válvula atingindo sua área máxima.
 10% da área do PIG, neste ponto o PIG chega a sua área mínima de contato.
A figura 2.4 também mostra a variação da pressão a montante e a jusante do
PIG representadas por P1 e P2, e as setas indicando a queda no fluxo de fluido através
do PIG.
2.4. Modelo do PIG
Em um PIG real, com sistema de controle sobre a válvula de by-pass, teremos
anexado ao seu corpo, além do sistema de controle, a fonte de energia para
movimentar o motor cc, o próprio motor cc, a válvula de by-pass, sensores de aquisição
de informações como odômetros, bateria, entre outros, não menos importante, mas que
ficam de fora deste modelo. Então, considera-se aqui apenas o motor cc e a válvula, e
para do restante corpo do PIG, apenas sua massa .
Para a simulação, o PIG será fisicamente modelado de forma muito básica e
ideal. Todo o corpo do PIG e seus anexos serão representados por uma placa circular
com um furo transversal central [9].
Percebe-se que a partir da pressão sobre a superfície do PIG surge a força
que provoca seu movimento. No sentido contrário, a força de atrito onde,
24

27. desconsiderando as demais forças, temos, a partir da segunda lei de Newton, a força
resultante :
(2.7)
(2.8)
Onde:
(2.9)
Assim:
(2.10)
Em função do deslocamento, temos:
̈ ̇ (2.11)
Fazendo transformada de Laplace e adotando as condições iniciais iguais a zero
temos:
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
Como a derivada no domínio de Laplace é representada por , sendo a derivada
do deslocamento igual à velocidade, temos:
25

28. (2.16)
2.5. A Dinâmica do PIG
O movimento do PIG é baseado na segunda lei de Newton.
(2.17)
A força resultante, em função da variação do deslocamento, vem da força que
surge a partir do diferencial de pressão do fluido através do PIG e a área da superfície
de contato da válvula de by-pass, representada por , da força peso P sobre a
massa do PIG e da força de atrito entre as paredes do duto e o PIG.
A força peso pode ser representada considerando o ângulo de inclinação do
duto ficando:
(2.18)
A massa ; a aceleração da gravidade e a inclinação do
PIG com a horizontal é dado por . A variação desse ângulo será proporcionada pelo
duto como descrito em 2.1. Isso leva a variação do sentido da força peso sobre o PIG.
O que detalharemos no capítulo 3.
A força da pressão do gás é dada pelo seguinte produto:
(2.19)
Onde é variação da área do PIG e é a variação de pressão à frente e
atrás de PIG. A pressão será considerada constante para toda a.
Como explicado na seção 2.3, essa sessão transversal é variável e sujeita a
restrições.
A pressão é igual 196 Kpa [13], mas será usado o valor de 200 Kpa.
26

29. 2.6. Análise do Sistema
Nesta seção trata-se da estabilidade do sistema. Também será visto as
especificações do sistema para o regime permanente e transitório.
2.6.1. Estabilidade
A análise de estabilidade adotada é aquela que diz que um sistema qualquer é
estável se, e somente se, sua saída for limitada para toda e qualquer entrada limitada,
sendo esta a definição BIBO (Bounded Input, Bounded Output) de estabilidade.
A estabilidade de um sistema linear contínuo pode ser determinada a partir de
sua função de transferência. Mostra-se que uma condição necessária e suficiente para
um sistema ser estável é que todos os polos de sua função de transferência tenham
parte real negativa [10].
Sabe-se que a resposta forçada depende dos termos da entrada, que aqui são
considerando limitados. Com o tempo esses termos, para um sistema estável, decaem,
restando apenas a resposta em regime permanente, que depende dos termos
correspondentes aos polos e zeros da função de transferência do sistema. Havendo
uma resposta ilimitada, essa se deve aos termos da função de transferência do
sistema.
Chamando de , e respectivamente a função de transferência do
motor cc, a função de transferência do PIG e o ganho de 78.54 dado pelo produto da
válvula de by-pass e o diferencial de pressão; sendo o sistema em malha aberta,
têm-se as seguintes funções de transferências:
(2.20)
(2.21)
(2.22)
Segundo a condição de estabilidade descrita mais acima, percebe-se que é
instável, porque existe um polo sobre o eixo s. Justificando a necessidade de se
trabalhar com o sistema em malha fechada.
27

30. 2.6.2. Regime Permanente
A propriedade da estabilidade garante que após um período transitório, o
sistema se fixará em um modo de funcionamento permanente. Além da garantia da
estabilidade o regime permanente preocupa-se com evolução do sistema para um
comportamento desejado. Ou seja, trata da análise do erro estacionário do sistema.
O sistema tratado aqui será com malha fechada pela vantagem que esta
configuração proporciona, se comparada a sistemas de malha aberta, em relação a
pouca sensibilidade quando se considera a variação dos parâmetros internos do
sistema.
Sendo o erro o estacionário a diferença entre a entrada e a saída do sistema,
para tem-se:
(2.23)
Onde E(s) é o erro, R(s) é a entrada degrau e C(s) é a saída.
Sendo o erro atuante estacionário a diferença entre o sinal de entrada e o sinal
realimentado, e sendo a realimentação unitária, H(s) = 1, o erro estacionário e o erro
atuante estacionário são iguais:
(2.24)
Como é a função de transferência em malha aberta, , que
determina o erro atuante estacionário, temos:
⁄
(2.25)
Sendo que:
(2.26)
28

31. Percebe-se que o sistema tem um integrador puro na origem. Portanto, o
sistema terá erro de regime igual à zero. A questão do integrador puro na origem é
importante na construção do controlador, e retornaremos a isso mais adiante.
2.6.3. Regime Transitório
Entende-se a resposta transitória como aquela que vai de um estado inicial até
um estado final. A resposta transitória de um sistema a uma excitação em degrau
unitário depende das condições iniciais. Por conveniência na comparação de respostas
transitórias de vários sistemas, constitui uma praxe considerar o sistema inicialmente
em repouso [14].
Observando a equação 2.26 no formato zero/polo/ganho, percebe-se que existe
um polo muito rápido , que implica em um decaimento muito rápido da resposta
desse polo a uma excitação na entrada do sistema. Dessa forma, o sistema pode ser
aproximado por sistema de segunda ordem sem zeros genéricos [10]. Com isso as
considerações de desempenho que existem para sistemas de segunda ordem podem
ser utilizadas sobre esse sistema.
Como dito na seção 1.3, a velocidade do PIG deve ser baixa e constante para se
tenha uma boa aquisição dos dados das condições do duto. Isso implica em um
sobressinal e um tempo de acomodação pequenos. Os sensores de aquisição
trabalham bem dentro de uma faixa de velocidade. Devido a isso, pode-se ter uma
especificação de desempenho do sistema com certa folga. Isso evitará o projeto de um
controlador demasiadamente forçado sem necessidade, principalmente se for
considerado que em um sistema real existem limites máximos em que um sinal pode
atingir e os problemas em relação ao controle acarretados por saturação do
controlador.
Considerando um degrau unitário como a velocidade de referência igual a 1 m/s,
deseja-se um tempo de estabilização no máximo de 15 segundos e um sobressinal
máximo de 10%.
29

32. 2.7. Perturbações
Figura 2.5: Diagrama de blocos do sistema em malha fechada
Perturbações podem provocar a instabilidade do sistema. Existe perturbações
inerentes a esse sistema. Ela se apresenta como a variação da força peso, que devido
à inclinação pode ser a favor ou contra o movimento do PIG.
A força peso é limitada à massa do PIG e seu ângulo de inclinação que pode
variar entre 45° e -45°. Com isso pode se afirmar que os efeitos dessa perturbação
tende à zero em regime permanente.
2.8. Especificação do sistema de controle
Considerando cada componente descrito anteriormente, e já acrescentando o
sistema de controle, temos o sistema com malha fechada mostrado na figura 2.5.
Considerando as especificações de desempenho e as características do sistema
determinadas nas seções anteriores, descartamos os controladores que acrescentam
polo na origem como PI e PID, pois o sistema é do tipo 1, o que leva o sistema a
eliminar o erro de rastreamento para a entrada degrau.
Como visto anteriormente, o sistema em malha fechada tem um polo instável
muito lento. Sabe-se que zeros atraem polos. Certo disso, considera-se um controle
proporcional e derivativo, um PD, para ajustar o sistema para as especificações
desejadas.
Considerando a especificação para o regime transitório para a entrada degrau,
e (critério de 2%), considerando também a aproximação do sistema
por um sistema de segunda ordem, calcularemos o fator de amortecimento para o
sistema.
30

33. √
Assim,
( )
De tal forma que temos seguinte região desejada:
Figura 2.6: Região desejada.
2.8.1. Controlador PD
A ação derivativa age em sobre a variação do sinal de erro. Comportando-se de
forma antecipativa, indiretamente reduz o sobressinal e o erro estacionário. A ação
31

34. derivativa será somada a uma ação proporcional, tendo assim um controle Proporcional
Derivativo – PD ideal.
(2.27)
O controlador PD permite o acréscimo de um zero ajustável. Abaixo é mostrado
o lugar das raízes da função de transferência do sistema dado pela equação 2.26.
Figura 2.7: Lugar das raízes do sistema.
A Figura 2.7 acima é ampliada para visualizar os polos mais lentos, mostrados
na figura abaixo:
32

35. Figura 2.8: Lugar das raízes focando os polos lentos do sistema.
A região desejada deve ser ajustada em função da presença de polos e zeros
adicionais. O controlador acrescenta um zero ao sistema, o qual tem efeito sobre o
sobressinal, não influenciando no [15]. Dito isso, e para simplificar os cálculos,
ajusta-se o ângulo da região desejada para 45º.
33

36. Figura 2.9: Região desejada ajustada para zero adicional.
Posiciona-se o zero do controlador dentro da região desejada, que delimita a
especificação para o regime transitório.
Alocando o polo do PD em -0.3 ajustando ganho do controlador proporcional
para , temos um
34

37. 3. IMPLEMENTAÇÃO E RESULTADOS DA SIMULAÇÃO
Neste capítulo será mostrado, bloco a bloco, a implementação do sistema
modelado no capítulo 2. A simulação será feita com a ferramenta de programação
gráfica LabVIEW junto com o módulo Control Design & Simulation.
O LabVIEW usa cores diferentes para representar seus tipos de dados, mas
como na implementação usou-se somente o tipo double, de cor laranja, a impressão
em preto e branco deste trabalho não traz prejuízo de informação a este trabalho.
3.1. A Implementação
Com o uso do LabVIEW e do módulo Control Design & Simulation desenvolveu-
se, considerando a modelagem feita no capítulo 2, o sistema mostrado na figura
abaixo:
Figura 3.1: Sistema descrito no LabVIEW para a simulação.
Nas próximas seções cada bloco da figura 3.1 será detalhado.
3.2. Referência, Realimentação e Erro
Nesta simulação consideramos a referência constante. A referência é a
velocidade desejada do PIG ao longo de seu deslocamento. Um sinal degrau de valor
igual a 1 m/s é referência do sistema. Na figura abaixo mostramos a entrada degrau, a
realimentação negativa unitária, que é a velocidade com a qual o PIG está se
deslocando, e o sinal de erro.
35

38. Figura 3.2: Referência, realimentação e erro.
3.3. Controlador
O controlador projetado é um PD ideal [15]. A figura abaixo mostra um PID por
ser o bloco fundamental, porém com o ganho integral é ajustado para zero.
Figura 3.3: Controlador PD.
O sinal de controle para o motor cc é dado pela seguinte equação:
(3.1)
Onde é o ganho, é a ação derivativa e E(s) é o sinal de erro. Todos
transformados para o domínio da frequência.
A equação que descreve diretamente os ganhos a serem ajustados para o bloco
de controle é:
36

39. (3.2)
Onde .
Assim, a função de transferência do controlador é:
(3.3)
3.4. Motor cc
O motor cc, mostrado na figura abaixo, tem função de transferência dada por:
(3.4)
Tendo os seguintes valores para seus parâmetros: e .
Figura 3.4: Função de transferência do motor cc.
Como pode ser visto, a função de transferência do motor tem um integrador
puro.
3.5. Válvula de by-pass
A válvula de by-pass é descrita no LabVIEW como mostrada na figura abaixo:
37

40. Figura 3.5: Válvula de by-pass.
Esses conjuntos de blocos se relacionam para gerar a força exercida pela
pressão sobre o PIG. O sinal que vem do motor cc é o deslocamento angular, que foi
projetado para girar no máximo 180º. A constante Conversão, igual a
transforma o giro do motor cc em área de superfície. O giro do motor em 180º
graus varia a área da válvula de seu máximo ao mínimo, onde esses limites são
determinados através do bloco de não linearidade de saturação, cuja saída é a área da
válvula. A pressão é então multiplicada pela área e gera-se a força que desloca o PIG.
3.6. PIG
A função de transferência que modela o PIG tem os seguintes parâmetros: a
massa M = 100 Kg e atrito viscoso ⁄ .
Figura 3.6: Representação do PIG.
38

41. O movimento do PIG depende da pressão sobre sua superfície, regulada pela
válvula, e da força peso que aparece no sistema como uma perturbação. O bloco força
peso mostrado na figura acima modela a variação da inclinação do PIG com a
horizontal, mas nesta modelagem, não há controle sobre o raio de curvatura do duto.
A saída da função de transferência do PIG é a velocidade de seu movimento,
que é comparada com a referência através da realimentação negativa. Neste ponto é
gerado o sinal de erro que é tratado pelo controlador e então todo processo recomeça.
39

42. 4. RESULTADOS DA SIMULAÇÃO
Neste capítulo é feita a análise dos resultados obtidos através da simulação
implementada no capítulo anterior. É feita a análise dos gráficos de saída dos principais
componentes da simulação.
4.1. Parâmetros do Controlador
Usando um controlador com os parâmetros especificados no capítulo 2, temos o
seguinte lugar das raízes para o sistema:
Figura 4.1: Lugar das raízes do sistema com controlador PD.
A Figura 4.1 acima é ampliada para visualizar os polos mais lentos, mostrados
na figura abaixo:
40

43. Figura 4.2: Lugar das raízes do sistema focando os polos lentos do sistema com controlador PD.
Nota-se que a configuração atende as especificações de desempenho, já que os
polos entram na região desejada.
Será mostrada em seguida a saída dos principais blocos que compõem a
simulação. Também será aplicada uma perturbação, dada pela força peso sobre o PIG,
que simula a passagem do PIG pelas inclinações mostradas na Figura 2.1.
4.2. Respostas dos blocos do sistema
Agora será mostrado o resultado da simulação. Apresentaremos o
comportamento do sistema quando sujeito a variação da inclinação do duto. O PIG
segue essa variação e com isso a força peso influencia no seu deslocamento.
Inicialmente o PIG atinge a velocidade de referência, em torno de 37 segundos
considerando o critério de 2% de erro. Já aos 48 segundos, inicia-se a subida do trajeto
representado na Figura 2.1. Aos 63 segundos, o PIG volta novamente à posição
horizontal e aos 83 segundos, atinge novamente a velocidade de referência. Quando
41

44. chega aos 89 segundos inicia a descida e aos 105 segundos volta a posição horizontal.
Aos 133 segundos o PIG retorna a velocidade de referência.
Figura 4.3: Saída do controlador PD sujeito a perturbação.
Figura 4.4: Saída do motor cc.
42

45. Percebe-se que a inércia do motor evita a resposta abrupta provocada pelas
perturbações.
Figura 4.5: Saída da válvula sem saturação.
Figura 4.6: Saída da válvula com saturação.
43

46. Percebe-se que existe um limite inferior para a área da válvula que não a deixa
atingir zero quando usada a saturação.
Figura 4.7: Saída do PIG.
Pode-se observar que o desempenho de tempo não foi atingido, porém se
encontra dentro de uma faixa de velocidade que é tolerável para os sensores de
aquisição dos dados das condições internas do duto.
Observa-se também uma não-linearidades significativa no início do gráfico de
velocidade, mostrado na figura acima. Essa não-linearidade é provocada pela
saturação da válvula de by-pass, que dificulta atingir os critérios de desempenho.
44

47. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O modelo apresentado aqui faz algumas simplificações sobre características
física do processo, mas contem informação suficiente sobre o sistema e garantir uma
boa simulação.
O sistema de controle desenvolvido apresenta o desempenho para o qual foi
especificado e reage bem às perturbações inerentes ao sistema.
Da forma como foi feita a modelagem, percebe-se que devido a todo o corpo do
PIG ser a placa circular com furo transversal a redução de sua área é a redução do
próprio corpo do PIG, mas a massa não com isso, nesta modelagem.
A seguir são citadas possíveis melhorias para esse trabalho.
5.1. Trabalhos futuros
A ambientação do problema requer mais informação para se aproximar mais
ainda de uma situação real. O LabVIEW dispõe de módulos que podem tornar a
simulação ainda mais arrojada e próxima a realidade.
Acrescentar mais informações a dinâmica do sistema como variação das forças
exercidas sobre o sistema, uma formulação da dinâmica da passagem do fluído pela
válvula de by-pass e com isso determinar o diferencial de pressão sobre a superfície da
válvula, e acrescentar a constante de atrito viscoso oriunda de um levantamento
experimental, diferenciar de forma mais precisa o corpo do PIG da válvula de by-pass.
Desenvolver um sistema de controle digital, considerar o uso de um sinal de
controle para o motor cc com modulação PWM, acrescentar a interface do programa a
capacidade de descrever de forma precisa raios de curvaturas possíveis no
deslocamento do PIG para configuração de testes do usuário, tudo na tentativa de
aproximar a simulação das condições reais de execução da operação de PIG.
Testar a ação derivativa direta sobre o sinal de saída realimentado e ver o
desempenho do controlador.
45

48. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Nguyen, T.T.; Kim, D.K.; Kim, S.B.; Rho, Y.W. “Dynamic modeling and its
analysis for pig flow through curved section in natural gas pipeline”, In: Computational
Intelligence In Robotics and Automation. IEEE International Symposium, p. 492– 497,
2001.
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Operations Conference & Biennial. p. 1-17，Pittsburgh，Pennsylvania，USA，2009.
[3] Guibin, Tan; Shimin, Zhang; Xiaoxiao, Zhu; Liyun, Shi; Qingbao, Zhang.
Research on Bypass-valve and its Resistance Characteristic of Speed Regulating PIG
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International Conference. p. 1114, 6-7 jan. 2011.
[4] Hosseinalipour, S. M; khalili, Zarif A; Salimi, A. Numerical simulation of pig
motion through gas pipeline, 16th Australasian Fluid Mechanics Conference 3-
7dezembro de 2007. p. 971-975.
[5] TOLMASQUIM, S. T. Projeto e controle da operação de passagem de PIGs em
dutos. 2004 Dissertação, Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro
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Gas-Main Pipelines by Using a Device for Automated control of the Velocity of Pig Flaw
Detectors. RUSSIAN JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE TESTING, Vol. 44, No. 5, p.
43–53, 2008, Defektoskopiya, Russia.
[7] Hu, Zheng; Appleton, Ernest. Dynamic Characteristics of a Novel Self-Drive
Pipeline Pig, IEEE Transactions on Robotics, v. 21, p. 781-789, 2005
[8] Tiratsoo, J.N.H. Pipeline Pigging Technology, 2ª ed, Editora: Gulf Professional
Publishing
[9] Pereira, Cinthia Gabriela; da Silva, Paulo L. Bezerra. Desenvolvimento de
Tecnologia de Controle de Velocidade para Pig’s, OIL and GAS 30 anos expo and
conference. 2012
[10] MAITELLI, A. L. Medeiros, Adelardo A.D. Modelagem e Análise de Sistemas
Dinâmicos, Material Didático, UFRN, DCA, Natal, Brasil, julho de 2010.
46

49. [11] Introduction to LabVIEW in 3 hours for Control Design and Simulation
[12] Regazzi, Rogério Dias. Pereia, Paulo Sérgio, Silva Jr, Manoel Feliciano.
Soluções Práticas de Instrumentação e Automação – Utilizando a Programação Gráfica
LabVIEW. Editora Rio de Janeiro, 456p, Edição 3R.KWG, 2005.
[13] Tolmasquim, S.T., Nieckele, A.O., Design and Control of Operations Through
Pipelines, 2006, Journal of Petroleum Science and Engineering, 2008.
[14] Ogata, Katsuhiko. Engenharia de Controle Moderno 3ª edição, editora Ltc, ano
2000.
[15] Notas de aula da disciplina Sistemas de Control
47