abstract: The prevalence of renewable generation will increase in the next several decades and offset conventional generation more and more. Yet this increase is not coming without challenges. Solar, wind, and even some water resources are intermittent and unpredictable, and thereby create scheduling challenges due to their inherent “uncontrolled” nature. To effectively manage these distributed renewable assets, new control algorithms must be developed for applications including energy management, bridge power, and system stability. This can be completed through a centralized control center though efforts are being made to parallel the control architecture with the organization of the renewable assets themselves—namely, distributed controls. Building energy management systems are being employed to control localized energy generation, storage, and use to reduce disruption on the net utility load. One such example is VOLTTRONTM, an agent-based platform for building energy control in real time. In this thesis, algorithms developed in VOLTTRON simulate a home energy management system that consists of a solar PV array, a lithium-ion battery bank, and the grid. Dispatch strategies are implemented to reduce energy charges from overall consumption ($/kWh) and demand charges ($/kW). Dispatch strategies for implementing storage devices are tuned on a month-to-month basis to provide a meaningful economic advantage under simulated scenarios to explore algorithm sensitivity to changing external factors. VOLTTRON agents provide automated real-time optimization of dispatch strategies to efficiently manage energy supply and demand, lower consumer costs associated with energy usage, and reduce load on the utility grid. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Engineering 2015

abstract: Software-as-a-Service (SaaS) has received significant attention in recent years as major computer companies such as Google, Microsoft, Amazon, and Salesforce are adopting this new approach to develop software and systems. Cloud computing is a computing infrastructure to enable rapid delivery of computing resources as a utility in a dynamic, scalable, and virtualized manner. Computer Simulations are widely utilized to analyze the behaviors of software and test them before fully implementations. Simulation can further benefit SaaS application in a cost-effective way taking the advantages of cloud such as customizability, configurability and multi-tendency. This research introduces Modeling, Simulation and Analysis for Software-as-Service in Cloud. The researches cover the following topics: service modeling, policy specification, code generation, dynamic simulation, timing, event and log analysis. Moreover, the framework integrates current advantages of cloud: configurability, Multi-Tenancy, scalability and recoverability. The following chapters are provided in the architecture: Multi-Tenancy Simulation Software-as-a-Service. Policy Specification for MTA simulation environment. Model Driven PaaS Based SaaS modeling. Dynamic analysis and dynamic calibration for timing analysis. Event-driven Service-Oriented Simulation Framework. LTBD: A Triage Solution for SaaS. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Computer Science 2015

abstract: Scaling of the Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) towards shorter channel lengths, has lead to an increasing importance of quantum effects on the device performance. Until now, a semi-classical model based on Monte Carlo method for instance, has been sufficient to address these issues in silicon, and arrive at a reasonably good fit to experimental mobility data. But as the semiconductor world moves towards 10nm technology, many of the basic assumptions in this method, namely the very fundamental Fermi’s golden rule come into question. The derivation of the Fermi’s golden rule assumes that the scattering is infrequent (therefore the long time limit) and the collision duration time is zero. This thesis overcomes some of the limitations of the above approach by successfully developing a quantum mechanical simulator that can model the low-field inversion layer mobility in silicon MOS capacitors and other inversion layers as well. It solves for the scattering induced collisional broadening of the states by accounting for the various scattering mechanisms present in silicon through the non-equilibrium based near-equilibrium Green’s Functions approach, which shall be referred to as near-equilibrium Green’s Function (nEGF) in this work. It adopts a two-loop approach, where the outer loop solves for the self-consistency between the potential and the subband sheet charge density by solving the Poisson and the Schrödinger equations self-consistently. The inner loop solves for the nEGF (renormalization of the spectrum and the broadening of the states), self-consistently using the self-consistent Born approximation, which is then used to compute the mobility using the Green-Kubo Formalism. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017

O presente trabalho envolve a elaboração de um modelo matemático para um processo industrial de produção de cloro e soda a partir de salmoura, visando sua otimização em termos de eficiência de produção e dos custos dos consumos de energia elétrica e vapor. O estudo contemplou duas etapas do processo: eletrólise e concentração de licor de NaOH por evaporação. Para a unidade de eletrólise não foram encontrados na literatura modelos fenomenológicos adequados à simulação do processo. Por essa razão, foram desenvolvidos modelos empíricos baseados em redes neurais tipo ?feedforward? constituídas por três camadas, a partir de dados da operação industrial. Para a unidade de evaporação foi elaborado um balanço de energia adequado à estimativa do consumo de vapor. Porém, devido à falta de modelos para previsão das relações de equilíbrio para o sistema, o modelo fenomenológico foi substituído por um modelo de redes neurais tipo ?feedforward? de três camadas também para essa unidade. Para ajuste dos modelos, uma base de dados foi montada a partir de dados de operação do processo da Carbocloro S.A. Indústrias Químicas, localizada em Cubatão-SP, analisados por meio de técnicas estatísticas multivariadas, visando detectar e eliminar erros grosseiros e dados anômalos, além de identificar correlações entre variáveis e diferentes regimes operacionais da planta de produção de cloro e soda. Os modelos ajustados para os diferentes circuitos de células de eletrólise, bem como para a etapa de evaporação, apresentaram boa concordância com os dados operacionais. Isto possibilitou sua utilização para simular a operação das unidades de células eletrolíticas e evaporação no processo industrial de produção de cloro-soda, com células tipo diafragma. O modelo matemático baseado em redes neurais foi utilizado em estudos de otimização do processo, de modo a maximizar o ganho financeiro na unidade industrial, para uma dada condição de operação. / The present work consists on the development of a mathematical model on an industrial chlorine and sodium hydroxide production plant, aiming at the optimization of production efficiency and costs saving concerning electrical energy and vapor consumption. Two process steps were considered in the study: electrolysis and NaOH-liquor concentration by evaporation. Since there are no adequate models reported in the literature for simulating electrolysis-based processes like the one considered, empirical models for the different types of electrolysis cells were developed based on the fitting of neural networks to operational data from industrial operation. In this case, feedforward neural networks containing three neuron layers were fitted to the data. The raw data obtained from industrial operation at Carbocloro plant, in Cubatão ? SP, were first treated by means of multivariate statistical techniques, with the purpose of detecting and eliminating data containing gross errors and outliers, as well as to identify correlations among variables and different operational regimes of the industrial plant. Although material and energy balances for the evaporation step have been initially adopted, this approach could not be used in simulations due to the lack of valid models to predict liquid ? vapor equilibria for the specific system. Thus, a neural network model was also fitted to data from operation of the evaporation step. Fitting of the neural network models resulted in good agreement between model predictions and measured values of the model output variables, and this enabled their use in simulation studies for the electrolysis and evaporation process steps. The neural network-based mathematical model was utilized in process optimization studies aiming at the best financial gain under given operational conditions.

Orientador: Rozely Ferreira dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-16T18:38:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Terra_TalitaNogueira_M.pdf: 6320672 bytes, checksum: 71a2c8a5ced7baec53b19f790b88c262 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A implantação de Unidades de Conservação no Brasil ocorre, comumente, em áreas já ocupadas, com um histórico de impactos de efeitos cumulativos, resquícios deixados pela pretérita ação antrópica. Os tipos e fluxos de efeitos acumulados devem ser diferentes ao longo do tempo, em função da seqüência temporal das ações humanas resultantes das mudanças de uso da terra e das decisões legais ligadas à conservação, conduzindo a diferentes estados passados e futuros em uma única paisagem. O objetivo deste estudo foi interpretar cadeias de efeitos cumulativos por quatro décadas e meia, estimar o efeito dos prováveis impactos no futuro e relacionar os resultados dessas cadeias frente às legislações ambientais vigentes nesse período. Foi adotada como área de estudo porções territoriais da antiga Reserva de Desenvolvimento Sustentável de Despraiado, Estação Ecológica Juréia-Itatins e zona de amortecimento limítrofe a essas duas regiões. Os efeitos cumulativos foram inferidos por meio da construção de cenários passados e presente e futuro, comparados entre si. A simulação do cenário futuro (2028) foi realizada por meio de uma seqüência de processos, composta por índice Kappa, cadeias de Markov, análise multicriterial e autômatos celulares. Essa estratégia explicitou as mudanças de estado ao longo da série cronológica de usos da terra e simulou as transformações para daqui a 18 anos. Pelo cenário simulado verificou-se que se a condição histórica de uso da terra e atuação do Estado continuar na mesma tendência dos últimos 45 anos, as áreas fronteiriças a essas áreas protegidas não terão em 2028 uma cobertura vegetal natural superior a 10%, mas serão compostas por 43% de bananais. Os resultados evidenciaram que os limites legais das áreas protegidas foram, ainda são e serão cada vez mais fictícios, não cumprindo os objetivos estabelecidos pelas sucessivas unidades de proteção ambiental estabelecidas para a região de estudo / Abstract: The implementation of Conservation Areas (CA) in Brazil occurs on regions already occupied with a history of impacts, traces left by human action. It is believed that the types and flows of cumulative effects must be different over time, depending on the time sequence of human actions arising from changes in land use and legal decisions related to conservation, leading to different states in past and future a single landscape. The objective of this study is interpret the chains of cumulative effect four decades to estimate the cumulative of these impacts in the future and relate the results of these chains in the face of environmental laws in force in that period. The study area was composed by three regions adjacent one each other: the Sustainable Development Reserve of Despraiado, the Juréia-Itatins State Ecological Station and the buffer zone. The cumulative effects were inferred by the comparison of scenarios constructed in the past and present. The simulation of the future scenario (2028) was performed through a sequence of processes, among them the Kappa, Markov chains, cellular automata and multicriteria analysis. That strategy explained the changes of land use along the time series and simulated the transformations in the area that results in landscape found in 2028. By the simulated scenario can be verified that if historical condition of land use and performance of the State continue the same trend of the past 45 years, the border areas of these protected areas will not have in 2028 a natural vegetation cover over 10% but will be composed of 43% by bananas plantations. The results showed that the legal bounds of protected areas have been, still are and will increasingly be fictitious, not fulfilling the goals set by the successive units of environmental protection established for the study region / Mestrado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:55:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Possani_Germano_M.pdf: 3312667 bytes, checksum: 30058f7ade4b339ee579a28950283ff8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Dentre os termoplásticos mais utilizados atualmente na indústria, pode-se mencionar o estireno, principal responsável pela produção de plásticos e borrachas. No processo de fabricação de estireno, a principal rota química é por meio da desidrogenação de etilbenzeno, com o hidrogênio como subproduto. A conversão de etilbenzeno nesta reação é em torno de 50,0 %, devido ao equilíbrio termodinâmico. Para deslocar esse equilíbrio e aumentar a produtividade de estireno,foram desenvolvidas novas configurações de reatores, tal como os reatores com membrana. eatores equipados com membranas de paládio fornecem uma seletividade maisalta ao estireno uando comparados com reatores equipados apenas com membranas porosas. Para explorar o otencial desse tipo de reator, modelagens matemáticas foram desenvolvidas a fim de determinar os parâmetros cruciais que regem esses processos. O objetivo deste trabalho foi modelar e simular um reator de leito fixo catalítico, envolto por uma membrana inerte permseletiva ao hidrogênio com transferência de calor e massa, sendo composta por uma camada de aço inoxidável de 1,6 mm de espessura, a qual serviu de suporte para a deposição de um filme de 20 µm de paládio. Para essa modelagem foram utilizados os métodos de Runge-Kutta-Gill para o cálculo das variáveis no sentido axial, tanto no retentato quanto no permeado, considerando no retentato um leito fixo catalítico descrito pelo modelo Pseudo-homogêneo, e para os cálculos das equações não lineares das frações molares das espécies e do fluxo mássico de hidrogênio na direção radial do reator foi utilizado o método de Newton-Raphson. Foram analisados os perfis de temperatura, pressão e concentração dos componentes da reação axialmente, considerando a transferência de massa e energia através da membrana, além dos valores para a conversão do etilbenzeno e produtividade em relação ao estireno. Como resultados das simulações foram obtidos valores para a conversão e produtividade de 50,3 % e 35,2 %, respectivamente, para o reator na condição de reator de leito fixo catalítico convencional, e 71,2 % e 60,2 %, para o reator na condição de reator de leito fixo catalítico envolto por uma membrana permseletiva ao hidrogênio, sendo estes valores 41,6 % maiores para a conversão do etilbenzeno e 71,0 % maiores para a produtividade em relação ao estireno. Concluiu-se que com a implementação da membrana no reator em estudo, considerando também a troca térmica na membrana, esta é uma boa opção como nova alternativa para o processo de fabricação do estireno / Abstract: Among the most widely used thermoplastics in the industry, styrene can be mentioned, the main responsible for the production of plastics and rubbers. In the manufacturing process of styrene, the principal chemical route is by means of dehydrogenation of ethylbenzene, with hydrogen as a byproduct. The conversion of ethylbenzene in this reaction is around 50,0 % due to thermodynamic equilibrium. To overcome this equilibrium and increase the productivity of styrene, new reactor configurations were developed such as membrane reactors. Membrane reactors equipped with a palladium membrane provide a higher selectivity compared with reactors that are equipped only with a porous membrane. To explore the potential of this type of reactor, mathematical models were developed to determine the crucial parameters governing these processes. The aim of this study was to model and simulate a fixed bed catalytic reactor, surrounded by a permselective to hydrogen inert membrane with heat and mass transfer, composed by a layer of stainless steel of 1,6 mm thickness, which served as support for deposition of a 20 µm film of palladium. For this modeling the Runge-Kutta-Gill method was used to calculate the variables in the axial direction, both in tube side and in permeate side, considering in tube side a catalytic fixed bed described by Pseudo-homogeneous model, and for the calculations of nonlinear equations of the mole fractions of species and the mass flow of hydrogen in the radial direction it was used the method of Newton-Raphson. Profiles of temperature, pressure and concentration of reaction components on axial toward were analyzed considering the heat and mass transfer across the membrane, besides the values for ethylbenzene conversion, selectivity and productivity in relation to styrene. As the simulation results, values were obtained for the conversion and productivity of 50,3 % and 35,2 %, respectively, putting the reactor on condition of conventional catalytic fixed bed reactor, and 71,2 % and 60,2 % for the reactor on condition of catalytic fixed bed reactor surrounded by a permselective membrane to hydrogen, then , the obtained values were 41,6 % higher for the conversion of ethylbenzene and 71,0 % higher for the productivity of styrene. It was concluded that with the implementation of a membrane in reactor under study, also considering the heat transfer in the membrane, this technology is a good option as new alternative to the styrene manufacturing process / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha, Antonio Carlos Luz Lisboa / Tese (doutorado) - Univesidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T19:27:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PauloFilho_Mario_D.pdf: 4803738 bytes, checksum: 0079b98433d1680a5b3cb2dc8fb7f398 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Resumo: A técnica do leito de jorro apresenta larga utilização nos processos de recobrimento de partículas sólidas, para se obter produtos com propriedades superficiais modificadas, em setores industriais como o agrícola, farmacêutico e de alimentos. Neste trabalho, utilizou-se modelagem matemática e simulação numérica em processo de recobrimento por batelada, aplicando-se as equações do balanço populacional. Posteriormente, o sistema de equações diferenciais obtido foi resolvido pelo método numérico de Runge-Kutta-Fehlberg, utilizando-se software Maple '8 POT. Marca registrada¿. Para a verificação dos resultados da simulação foram obtidos dados experimentais, em escala de laboratório, em um equipamento que consiste em um leito cone-cilíndrico, com um bico atomizador conectado, acoplado a um conjunto soprador e aquecedor de ar. Uma carga de partículas tipo esfera de vidro polidispersas, preparadas a partir da mistura de lotes de partículas de diversos tamanhos, foi colocada no leito de jorro, onde um bico atomizador pulveriza uma suspensão aquosa à base de hidroxietilcelulose. Um planejamento experimental, totalizando 11 experimentos, foi definido variando-se a temperatura do ar de jorro, vazão da suspensão de recobrimento e pressão do ar de atomização. Como variáveis de resposta, foram obtidas as taxas de crescimento das partículas e a eficiência do processo. Foram consideradas variáveis significativas do processo a vazão de suspensão e a temperatura do ar... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Abstract: Spouted beds present large utilization in solid particles coating, to obtain products with modified superficial properties, in fields agricultural, pharmaceutical and food industry. In this work a mathematical model and its numerical simulation were developed to simulate batch coating processes, applying population balance equations. The system of differential equations obtained was solved by Runge-Kutta-Fehlberg method using Maple '8 POT. Marca registrada¿ software. In order to verify the simulation results, a series of experimental data was carried out, at a lab scale, using a rig that consisted of a cylindrical bed with an atomizer nozzle; attached to the system there were a blower and an air heater. A batch of polydispersed glass beads was introduced into the bed, where the atomizer nozzle pulverized a hydroxiethilcelullose based aqueous suspension. An experimental planning, totaling 11 experimental runs, was designed to vary the spouted air temperature, coating suspension flow rate and atomization air pressure. The growth rate and process efficiency were chosen as dependent variables. Air temperature, suspension mass flux and atomization air pressure were considered as significant variables. The values of growth rate obtained experimentally were compared to the simulated results. A good agreement was verified with small deviations between the experimental and simulated data... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

O aumento da conscientização ecológica, observado nos últimos anos, levou às indústrias investirem em alguns sistemas de produção tecnologicamente menos impactantes ao meio ambiente, como é o caso das biorrefinarias. No setor de celulose e papel as indústrias podem ser consideradas como biorrefinarias pois produzem bioenergia e bioprodutos a partir da utilização da biomassa, tais como energia elétrica e polpa celulósica. No processo de polpação kraft, obtém-se o licor negro o qual contém compostos orgânicos e inorgânicos provenientes da matéria prima e dos reagentes químicos e aditivos utilizados no processo. Com isso, o licor negro contém além da lignina dissolvida da madeira, alguns subprodutos formados em reações específicas e que podem ser recuperados, destacando-se entre esses o metanol, o qual pode chegar a compor 1% do licor negro. O metanol celulósico extraído na etapa de tratamento de condensado contaminado contém diversos compostos noviços ao meio ambiente e por este motivo o metanol celulósico é utilizado como combustível, sendo incinerado para geração de energia e para redução dos contaminantes a formas menos nocivas ao meio ambiente. Assim, obter o metanol celulósico significa purificá-lo para que possa ser aplicado para outros fins mais nobre, como por exemplo, aplicado como reagente nas indústrias químicas. Com isso, o presente estudo teve por objetivo avaliar o potencial de operação de uma unidade de recuperação e de purificação de metanol celulósico acoplado a uma moderna unidade de produção de polpa celulósica. Para isso, foram realizadas visitas técnicas à unidade industrial e efetuada uma ampla revisão bibliográfica do processo de evaporação de licor negro e de formação dos compostos presentes no metanol celulósico de forma a definir as condições e métodos de modelagem e simulação mais apropriados para o desenvolvimento desta dissertação. O estudo foi divido em duas etapas, sendo que a primeira consistiu na utilização do simulador comercial WinGEMS® para construção de um modelo computacional de uma unidade de evaporação de licor negro, o qual mostrou-se adequado para a determinada aplicação através de validações comparativas entre os resultados da simulação com valores reais de operação. Na sequência, desenvolveu-se um modelo computacional para o planejamento de uma unidade de obtenção e purificação de metanol celulósico via software Aspen Plus® sendo acoplado ao modelo anterior. Em síntese, a metodologia aplicada mostrou-se satisfatória para o presente estudo sendo possível simular com propriedade uma unidade de evaporação de licor negro e avaliar o impacto industrial de se acoplar uma unidade de purificação de metanol celulósico a indústria celulósica, no que tange a dimensionamentos de equipamentos, quantificação dos insumos e eficiência de purificação de metanol celulósico. / The increase in ecological awareness observed in recent years has led industries to invest in some production systems technologically less harmful to the environment, such as biorefineries. The industries form the pulp and paper sector, can be considered as biorefineries because they produce bioenergy and bioproducts from the use of biomassa, such as electric power and cellulosic pulp. In the kraft pulping process, the black liquor is obtained, wich contains organic and inorganic compounds from the raw material and from the chemicals reagents and additives used in the process. Black liquor contains, in addition to the dissolved lignin of the wood, some by-products formed in specific reactions and that can be recovered, among them methanol, which can make up 1% of the black liquor. The cellulosic methanol extracted in the treatment stage of contaminated condensate contains several compounds that are harmful to the environment and for this reason the cellulosic methanol is used as fuel, being incinerated for energy generation and for the reduction of contaminants to forms less harmful to the environment. Thus, obtaining the cellulosic methanol means purifying it so that it can be applied to other, more noble purposes, for example, as a reagent in the chemical industry. The aim of this study was to evaluate the potential of a cellulosic methanol recovery and purification unit coupled to a modern cellulosic pulp production unit. Technical visits were made to the industrial unit and a vast bibliographical review of the process of evaporation of black liquor and formation of the compounds present in the cellulosic methanol was carried out in order to define the conditions and the most appropriate modeling and simulation methods for the development of this dissertation. The study was divided in two stages, the first one consisted of the use of the WinGEMS® commercial simulator to construct a computational model of a black liquor evaporation unit, which proved to be suitable for the given application through comparative validations between simulation results with actual operating values. In the sequence, a computational model was developed for the planning of a cellulosic methanol purification and purification unit using Aspen Plus® software being coupled to the previous model. In summary, the applied methodology proved to be satisfactory for the present study, being it possible to properly simulate a black liquor evaporation unit and to evaluate the industrial impact of coupling a cellulosic methanol purification unit to the cellulosic industry, in terms of equipment design, input quantification and cellulosic methanol purification.

Orientadores: Teresa Massako Kakuta Ravagnani, Sergio Persio Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T00:32:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_AndersonGomes_M.pdf: 1513239 bytes, checksum: fd19ca410b3d800b0b215aa2175ae192 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A redução dos níveis de dióxido de carbono (CO2) é de suma importância, tanto para o combate à poluição atmosférica proveniente de atividades industriais, como no tratamento de correntes gasosas em processos químicos. O método clássico para captura de CO2 engloba sua absorção reativa em solução de aminas, conduzida em colunas de borbulhamento, spray ou recheio. Porém, desvantagens como a formação de espuma e dispersão de fase constituem problemas operacionais significativos desses processos. Alternativamente, módulos de membrana de fibras ocas seriam equipamentos mais adequados para esse fim, apresentando como vantagens uma grande área interfacial e flexibilidade operacional. Nesse sentido, o presente estudo buscou realizar a simulação do processo de absorção de CO2 em módulos de membrana, utilizando soluções aquosas de2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), dietanolamina (DEA) e metildietanolamina (MDEA). A modelagem matemática do sistema utilizou expressões da taxa de reação e equações de balanço de massa diferenciais. A resolução numérico-computacional do modelo foi conduzida mediante aplicação dos métodos de colocação ortogonal e de Michelsen, tendo sido implementada em linguagem Fortran. O processo foi estudado em diversas condições operacionais para a análise de sensibilidade paramétrica e os resultados indicam, com base nas características dos diferentes sistemas, as melhores condições gerais de operação. Dentre as aminas consideradas como solventes reativos, as maiores taxas de absorção de CO2 foram previstas com o uso de AMP. Entretanto, sua concentração radial, à saída do módulo de membrana, apresentou forte incidência do fenômeno de depleção da solução absorvedora. Os principais parâmetros que incrementaram a taxa de absorção e, conseqüentemente, a eficiência do módulo de membrana, foram a velocidade de escoamento do líquido absorvente, as concentrações iniciais de CO2 e de amina, o raio interno e o comprimento das fibras. / Abstract: The decrease in the carbon dioxide (CO2) levels is extremely important to avoid atmospheric pollution, from industrial activities, and to the gaseous treatment in several chemical processes. The classical process to the CO2 sequestration involves its reactive absorption into amine solutions, which are carried on bubble, spray or fixed bed columns. However, some disadvantages, such as foam formation and phase dispersion, are serious operational problems to be avoided. Alternatively, membrane modules are supposed to be mode adequate equipments to that aim, which some advantages are great interfacial area and operational flexibility. Under this context, the present study intended to provide the simulation of the CO2 absorption process in hollow fiber membrane module, by using a-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), diethanolamine (DEA) and methyldiethanoamine (MDEA) aqueous solutions. The mathematical modeling is based on the inherent rate expressions of the reactive system, besides the differential mass balance equations. The numerical and computational solution was developed by applying the orthogonal collocation and Michelsen methods, which were compiled in Fortran language. The idealized process was studied based on a given standard operational condition, besides a parametric sensibility analysis. The main results, to each sorption system, show the best general conditions to the process operation. Under the standard operation, among the alkanolamines considered as reactive solvents, the best CO2 absorption rate were calculated by using the AMP solution. Nevertheless, its radial concentration tends to suffer the incidence of depletion phenomena in their aqueous solution. The best performance credited to the AMP solution were also confirmed, where the main parameters that increased the absorption rate were the absorbent liquid flow velocity, the initial CO2 and amine concentration, the fibers inner radius and length. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T13:44:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_RafaelSilva_D.pdf: 7389646 bytes, checksum: f844ea1edc9cee70fe5af259c7d4ffaa (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Polimerização via radical livre controlada, ou Living Free Radical Polymerization (LFRP) tem recebido cada vez mais atenção como uma técnica para produção de polímeros com micro estrutura altamente controlada. Em particular, distribuições de pesos moleculares estreitas são obtidas, com polidispersidade próxima de um. Rotas usuais para obtenção de polímeros como estes têm sido polimerizações iônicas, mas elas são extremamente sensíveis a impurezas. Dentre os processos controlados, a polimerização mediada por nitróxidos (Nitroxide-Mediated Radical Polymerization-NMRP) permite a introdução de funcionalidades químicas na cadeia polimérica e apresenta como vantagens a possibilidade de polimerizações em meio aquoso, síntese de materiais híbridos, copolímeros, além de ser a rota química com menor impacto no meio-ambiente. Contudo, um dos desafios a ser enfrentado na LFRP, inclusive na NMRP, é o aumento da velocidade de reação, uma vez que as polimerizações controladas são muito mais lentas em função da existência de uma etapa de equilíbrio intrínseca. Na busca de maiores produtividades, utilizam-se temperaturas de operação ou concentração de iniciadores monofuncionais elevadas que, por conseqüência, geram polímeros com pesos moleculares mais baixos. Nos processos de polimerização convencional, o uso de iniciadores difuncionais permite o aumento da produtividade sem alterações ou mesmo com um aumento dos pesos moleculares. Sendo assim, nesta tese, foi feito um estudo experimental (polimerização em ampolas) e de simulação (desenvolvimento de modelos determinísticos e empíricos) para investigar a NMRP, no sentido de tentar reduzir o tempo gasto na polimerização, através do uso de iniciadores difuncionais. Particularmente, foram avaliadas as massas moleculares e a polidispersidade do poliestireno sintetizado usando o TEMPO (2,2,6,6, tetrametil-1-piperidinoxil) como controlador através de uma comparação com iniciadores monofuncionais (BPO e TBEC). Através de um planejamento de experimentos, determinou-se a influência da concentração do iniciador difuncional L531, da razão controlador/iniciador, e da temperatura na conversão, nos pesos moleculares e na polidispersidade e chegou-se a um modelo empírico. Foi proposto um mecanismo de reação com a derivação de equações de balanço de massa e de momentos para um reator batelada. Fez-se um bom ajuste do modelo com a estimativa de alguns parâmetros. Finalmente, desenvolveu-se uma análise de sensibilidade (dinâmica) dos parâmetros do modelo. Ambos os resultados experimentais e de simulação mostraram que foi possível obter um aumento na conversão aliado a um incremento nas massas moleculares ao se usar o iniciador difuncional L531 em relação ao monofuncionais, sendo mantido o processo controlado. Esta abordagem é inédita, pois não foi encontrado na literatura aberta nenhum tipo de polimerização radicalar controlada por nitróxidos que faça uso de iniciadores com funcionalidade superior a um. / Abstract: Controlled/Living Free Radical Polymerization (LFRP) is one of the most important techniques for production of polymeric materials with good control of the microstructure (e.g., narrow molecular weight distributions). Such properties can also be achieved via ionic polymerizations, but being a free radical polymerization process, LFRP is much less sensitive to impurities and solvents. The Nitroxide-Mediated Radical Polymerization (NMRP), as well as other LFRP processes, provides end functional polymers, and recently it has shown advantages related to polymerization in aqueous media, synthesis of hybrid materials, block copolymers, and environmental issues. However, one challenge that still must be overcome in LFRP, as well as in NMRP process, is to increase slow polymerization rates experienced due to the establishment of an intrinsic equilibrium. In order to achieve higher productivities, higher reaction temperatures or higher (monofunctional) initiator concentrations are usually used, but as a result, polymers with lower molecular weight are produced. It is well known that the use of di-functional initiators provides an enhancement of the reaction rate of conventional free radical polymerization with either no change or even an increase in molecular weight averages. Therefore, in this thesis, it was taken an experimental (polymerization in ampoules) and computational (deterministic and empirical methods) investigation of the effect of di-functional initiators on nitroxide-mediated radical polymerization with the purpose of enhancing the reaction rate. Particularly, the molecular weight development (number average molecular weight and polydispersity) of polystyrene synthesized by using TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinoxyl) as controller was evaluated by making a comparison with polymerizations using mono-functional initiators (BPO and TBEC). From the use of a design of experiments, the influence of the L531 initiator concentration, the TEMPO/initiator ratio, and the temperature on the reaction rate, molecular weights and polidispersity were determined, and an empirical model was generated. A kinetic mechanism has been proposed, from which mass balance and moment equations were derived for a batch reactor. The model was well adjusted to the experimental data with the estimation of some parameters. Lastly, a dynamic sensitivity analysis of the parameters was developed. It was shown both in experimental and simulation results that in the case of the bi-functional initiator L531, the reaction rate and molecular weights were increased when comparing to the performance of the mono-functional initiators keeping the livingness of the system. To the best of our knowledge, this is the first report of TEMPO-mediated polymerization of styrene using difunctional initiators. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química