Estudo da dinâmica e controle de peneiras vibratórias

Abstract

This thesis addresses the study of the dynamics and control of shale shakers, crucial equipment in the solids control stage of the oil and gas industry. The main objective was to develop and evaluate methodologies for real-time monitoring and automatic control of these systems, aiming to optimize solid-liquid separation, increase component lifespan, and minimize environmental impacts. To this end, computer vision approaches, including filter-based techniques and neural networks, were investigated to identify the pool area on the screens. A rule-based closed-loop control system was implemented to automatically adjust screen inclination and vibratory motor rotation, maintaining the pool within an optimal operating range. Additionally, a methodology and a computational tool named VibraMap were developed to characterize, in real-time, the three-dimensional movement of the shaker (frequency, g-factor, ellipse shape) using accelerometers. The impact of material load on vibrational dynamics was analyzed. Finally, the influence of operational variables (inclination, g-factor, flow rate) on the fluid content in residual solids was experimentally investigated via factorial design. The results demonstrated the feasibility and effectiveness of computer vision techniques for monitoring, the good performance of the proposed control system in responding to process variations, the VibraMap’s capability to detail shaker dynamics, and the identification of operating conditions that minimize solids moisture. It is concluded that the developed tools and methodologies represent significant advancements for the optimization of shale shakers.

Cette thèse aborde l’étude de la dynamique et du contrôle des tamis vibrants (shale shakers), équipements cruciaux dans l’étape de contrôle des solides de l’industrie pétrolière et gazière. L’objectif principal était de développer et d’évaluer des méthodologies pour la surveillance en temps réel et le contrôle automatique de ces systèmes, visant à optimiser la séparation solide-liquide, à augmenter la durée de vie des composants et à minimiser les impacts environnementaux. À cette fin, des approches de vision par ordinateur, incluant des techniques basées sur des filtres et des réseaux de neurones, ont été investiguées pour identifier la zone de “piscine” (pool area) sur les toiles. Un système de contrôle en boucle fermée, basé sur des règles, a été mis en œuvre pour ajuster automatiquement l’inclinaison des toiles et la rotation des moteurs vibrants, maintenant la piscine dans une plage opérationnelle optimale. De plus, une méthodologie et un outil informatique nommé VibraMap ont été développés pour caractériser, en temps réel, le mouvement tridimensionnel du tamis (fréquence, facteur-g, forme de l’ellipse) à l’aide d’accéléromètres. L’impact de la charge de matériau sur la dynamique vibratoire a été analysé. Enfin, l’influence des variables opérationnelles (inclinaison, facteur-g, débit) sur la teneur en fluide des solides résiduels a été étudiée expérimentalmente via un plan factoriel. Les résultats ont démontré la faisabilité et l’efficacité des techniques de vision par ordinateur pour la surveillance, la bonne performance du système de contrôle proposé face aux variations du processus, la capacité du VibraMap à détailler la dynamique du tamis, et l’identification de conditions opératoires minimisant l’humidité des solides. Il est conclu que les outils et méthodologies développés représentent des avancées significatives pour l’optimisation des tamis vibrants.