O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.

abstract: This dissertation explores the use of bench-scale batch microcosms in remedial design of contaminated aquifers, presents an alternative methodology for conducting such treatability studies, and - from technical, economical, and social perspectives - examines real-world application of this new technology. In situ bioremediation (ISB) is an effective remedial approach for many contaminated groundwater sites. However, site-specific variability necessitates the performance of small-scale treatability studies prior to full-scale implementation. The most common methodology is the batch microcosm, whose potential limitations and suitable technical alternatives are explored in this thesis. In a critical literature review, I discuss how continuous-flow conditions stimulate microbial attachment and biofilm formation, and identify unique microbiological phenomena largely absent in batch bottles, yet potentially relevant to contaminant fate. Following up on this theoretical evaluation, I experimentally produce pyrosequencing data and perform beta diversity analysis to demonstrate that batch and continuous-flow (column) microcosms foster distinctly different microbial communities. Next, I introduce the In Situ Microcosm Array (ISMA), which took approximately two years to design, develop, build and iteratively improve. The ISMA can be deployed down-hole in groundwater monitoring wells of contaminated aquifers for the purpose of autonomously conducting multiple parallel continuous-flow treatability experiments. The ISMA stores all sample generated in the course of each experiment, thereby preventing the release of chemicals into the environment. Detailed results are presented from an ISMA demonstration evaluating ISB for the treatment of hexavalent chromium and trichloroethene. In a technical and economical comparison to batch microcosms, I demonstrate the ISMA is both effective in informing remedial design decisions and cost-competitive. Finally, I report on a participatory technology assessment (pTA) workshop attended by diverse stakeholders of the Phoenix 52nd Street Superfund Site evaluating the ISMA's ability for addressing a real-world problem. In addition to receiving valuable feedback on perceived ISMA limitations, I conclude from the workshop that pTA can facilitate mutual learning even among entrenched stakeholders. In summary, my doctoral research (i) pinpointed limitations of current remedial design approaches, (ii) produced a novel alternative approach, and (iii) demonstrated the technical, economical and social value of this novel remedial design tool, i.e., the In Situ Microcosm Array technology. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Biological Design 2013

abstract: Vehicles powered by electricity and alternative-fuels are becoming a more popular form of transportation since they have less of an environmental impact than standard gasoline vehicles. Unfortunately, their success is currently inhibited by the sparseness of locations where the vehicles can refuel as well as the fact that many of the vehicles have a range that is less than those powered by gasoline. These factors together create a "range anxiety" in drivers, which causes the drivers to worry about the utility of alternative-fuel and electric vehicles and makes them less likely to purchase these vehicles. For the new vehicle technologies to thrive it is critical that range anxiety is minimized and performance is increased as much as possible through proper routing and scheduling. In the case of long distance trips taken by individual vehicles, the routes must be chosen such that the vehicles take the shortest routes while not running out of fuel on the trip. When many vehicles are to be routed during the day, if the refueling stations have limited capacity then care must be taken to avoid having too many vehicles arrive at the stations at any time. If the vehicles that will need to be routed in the future are unknown then this problem is stochastic. For fleets of vehicles serving scheduled operations, switching to alternative-fuels requires ensuring the schedules do not cause the vehicles to run out of fuel. This is especially problematic since the locations where the vehicles may refuel are limited due to the technology being new. This dissertation covers three related optimization problems: routing a single electric or alternative-fuel vehicle on a long distance trip, routing many electric vehicles in a network where the stations have limited capacity and the arrivals into the system are stochastic, and scheduling fleets of electric or alternative-fuel vehicles with limited locations to refuel. Different algorithms are proposed to solve each of the three problems, of which some are exact and some are heuristic. The algorithms are tested on both random data and data relating to the State of Arizona. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Industrial Engineering 2014

Le travail présenté dans cette thèse vise à proposer des approches pour construire et développer des entrepôts de données selon le modèle NoSQL orienté colonnes. L'intérêt porté aux modèles NoSQL est motivé d'une part, par l'avènement des données massives et d'autre part, par l'incapacité du modèle relationnel, habituellement utilisés pour implémenter les entrepôts de données, à permettre le passage à très grande échelle. En effet, les différentes modèles NoSQL sont devenus des standards dans le stockage et la gestion des données massives. Ils ont été conçus à l'origine pour construire des bases de données dont le modèle de stockage est le modèle « clé/valeur ». D'autres modèles sont alors apparus pour tenir compte de la variabilité des données : modèles orienté colonne, orienté document et orienté graphe. Pour développer des entrepôts de données massives, notre choix s'est porté sur le modèle NoSQL orienté colonnes car il apparaît comme étant le plus approprié aux traitements des requêtes décisionnelles qui sont définies en fonction d'un ensemble de colonnes (mesures et dimensions) issues de l'entrepôt. Cependant, le modèle NoSQL en colonnes ne propose pas d'opérateurs de type analyse en ligne (OLAP) afin d'exploiter les entrepôts de données.Nous présentons dans cette thèse des solutions innovantes sur la modélisation logique et physique des entrepôts de données NoSQL en colonnes. Nous avons proposé une approche de construction des cubes de données qui prend compte des spécificités de l'environnement du stockage orienté colonnes. Par ailleurs, afin d'exploiter les entrepôts de données en colonnes, nous avons défini des opérateurs d'agrégation permettant de créer des cubes OLAP. Nous avons proposé l'opérateur C-CUBE (Columnar-Cube) permettant de construire des cubes OLAP stockés en colonnes dans un environnement relationnel en utilisant la jointure invisible. MC-CUBE (MapReduce Columnar-Cube) pour construire des cubes OLAP stockés en colonnes dans un environnement distribué exploitant la jointure invisible et le paradigme MapReduce pour paralléliser les traitements. Et enfin, nous avons développé l'opérateur CN-CUBE (Columnar-NoSQL Cube) qui tient compte des faits et des dimensions qui sont groupés dans une même table lors de la génération de cubes à partir d'un entrepôt dénormalisé selon un certain modèle logique. Nous avons réalisé une étude de performance des modèles de données dimensionnels NoSQL et de nos opérateurs OLAP. Nous avons donc proposé un index de jointure en étoile adapté aux entrepôts de données NoSQL orientés colonnes, baptisé C-SJI (Columnar-Star Join Index). Pour évaluer nos propositions, nous avons défini un modèle de coût pour mesurer l'impact de l'apport de cet index. D'autre part, nous avons proposé un modèle logique baptisé FLM (Flat Logical Model) pour implémenter des entrepôts de données NoSQL orientés colonnes et de permettre une meilleure prise en charge par les SGBD NoSQL de cette famille.Pour valider nos différentes contributions, nous avons développé une plate-forme logicielle CG-CDW (Cube Generation for Columnar Data Warehouses) qui permet de générer des cubes OLAP à partir d'entrepôts de données en colonnes. Pour terminer et afin d'évaluer nos contributions, nous avons tout d'abord développé un banc d'essai décisionnel NoSQL en colonnes (CNSSB : Columnar NoSQL Star Schema Benchmark) basé sur le banc d'essai SSB (Star Schema Benchmark), puis, nous avons procédé à plusieurs tests qui ont permis de montrer l'efficacité des différents opérateurs d'agrégation que nous avons proposé. / The work presented in this thesis aims at proposing approaches to build data warehouses by using the columnar NoSQL model. The use of NoSQL models is motivated by the advent of big data and the inability of the relational model, usually used to implement data warehousing, to allow data scalability. Indeed, the NoSQL models are suitable for storing and managing massive data. They are designed to build databases whose storage model is the "key/value". Other models, then, appeared to account for the variability of the data: column oriented, document oriented and graph oriented. We have used the column NoSQL oriented model for building massive data warehouses because it is more suitable for decisional queries that are defined by a set of columns (measures and dimensions) from warehouse. However, the NoSQL model columns do not offer online analysis operators (OLAP) for exploiting the data warehouse.We present in this thesis new solutions for logical and physical modeling of columnar NoSQL data warehouses. We have proposed a new approach that allows building data cubes by taking the characteristics of the columnar environment into account. Thus, we have defined new cube operators which allow building columnar cubes. C-CUBE (Columnar-CUBE) for columnar relational data warehouses. MC-CUBE (MapReduce Columnar-CUBE) for columnar NoSQL data warehouses when measures and dimensions are stored in different tables. Finally, CN-CUBE (Columnar NoSQL-CUBE) when measures and dimensions are gathered in the same table according a new logical model that we proposed. We have studied the NoSQL dimensional data model performance and our OLAP operators, and we have proposed a new star join index C-SJI (Columnar-Star join index) suitable for columnar NoSQL data warehouses which store measures and dimensions separately. To evaluate our contribution, we have defined a cost model to measure the impact of the use of this index. Furthermore, we have proposed a logic model called FLM (Flat Logical Model) to represent a data cube NoSQL oriented columns and enable a better management by columnar NoSQL DBMS.To validate our contributions, we have developed a software framework CG-CDW (Cube Generation for Data Warehouses Columnar) to generate OLAP cubes from columnar data warehouses. Also, we have developed a columnar NoSQL decisional benchmark CNSSB (Columnar NoSQL Star Schema Benchmark) based on the SSB and finally, we conducted several tests that have shown the effectiveness of different aggregation operators that we proposed.

As colunas depropanizadoras existentes nas refinarias de petróleo têm como função a separação entre as correntes de propano e butano. O objetivo de controle nestas colunas é a especificação de um teor máximo de iso-butano e mais pesados (C4 +) na corrente de propano e do teor máximo de propano e mais leves (C3 -) na corrente de butano. Controladores multivariáveis tradicionais, que normalmente são implementados nas colunas depropanizadoras, apresentam grande dificuldade para manter os produtos dentro de suas especificações, isto se deve ao fato de que este processo apresenta um comportamento bastante não-linear ao longo de toda sua região de operação. Neste trabalho temos como objetivo estudar as dificuldades encontradas no projeto de controle para esse tipo de sistema e implantar na planta industrial um controlador multivariável utilizando múltiplos modelos para controle da coluna. Para realizarmos este estudo utilizamos o simulador de processos HYSYSÔ para verificarmos o comportamento estático e dinâmico do processo. Os modelos utilizados para representar o processo são aqueles obtidos durante o estudo do comportamento dinâmico. Para implantação do controlador na unidade industrial é utilizado o SICON (Sistema de Controle da Petrobras) sendo algumas de suas rotinas modificadas para permitir a inclusão dos múltiplos modelos. Durante o estudo são comparadas as performances dos controladores QDMC e MMPC (Multi-Model Predictive Control) resolvido através de um algoritmo para NLP (Non Linear Programming). O controlador multimodelos (MMPC) é apresentado na forma de variáveis de estado podendo controlar sistemas de grande porte, inclusive sistemas com dinâmicas lentas e rápidas. Esta formulação permite prever as variáveis controladas em instantes de tempo esparsos e diferentes para cada controlada. O MMPC é capaz de tratar problemas de controle não-linear usando modelos lineares, introduzindo o conceito de robustez com a utilização do conjunto de modelos. O MMPC exige um menor esforço de sintonia que o QDMC sendo adequado para uma região mais ampla de operação. / Depropanizer columns are used in oil refineries for the separation of the propane stream from the butane stream. The control objective of these columns is the specification of a maximum content of iso-butane and heavier components (C4+) in the propane product and the maximum content of propane and lighter components (C3-) in the butane roduct. Multivariable controllers usually mplemented in depropanizer columns frequently resent great difficulty to maintain the products inside their specification ranges. This deficiency is due to the fact that the process presents a quite non-linear behavior along its operating window. The objective of the present work is to study the difficulties found in the design of the control system for the aforesaid process, and to implement in an industrial plant a multivariable controller using multiple models for the control of the separation column. To accomplish this study we used the HYSYSÔ process simulator to verify the static and dynamic behavior of the process. The models used to represent the real process in the controller are those obtained during the study of the dynamic behavior. The controller implementation in the industrial unit was done with SICON (Control System of Petrobras), which had some of its routines modified to allow the inclusion of multiple models. Along the work, performances of QDMC and MMPC(Multi-Model Predictive Control) controllers were compared. MMPC was solved through an algorithm for NLP (Non Linear Programming). The Multi-Model (MMPC) controller was implemented using a state space formulation which allows for the implementation of very large systems and besides, systems with simultaneous slow and fast dynamics. This formulation allows to foresee the controlled variables at sparse sample instants, that can be distinct for each controlled variable. MMPC is able to handle non-linear control problems using linear models by introducing the robustness concept with the use of a set of models. MMPC demands a smaller tuning effort than QDMC, and can be adapted to a wide range of operating conditions.

Esta tese de doutorado estuda os pilares de pórtico de concreto armado submetidos à flexão composta oblíqua em situação de incêndio, levando em conta sua interação com o resto da estrutura. Nas análises, são considerados os fenômenos da não linearidade geométrica, a fissuração do concreto, a não linearidade física do material, a variação das propriedades mecânicas do concreto e do aço em função à temperatura, por exemplo, a diminuição da resistência, e do módulo de elasticidade, e a variação do diagrama tensão - deformação do concreto e do aço. Além disso, é considerada a variação das propriedades térmicas dos materiais concreto e aço, como calor específico, condutividade térmica e dilatação térmica. Inicialmente, são realizadas análises na seção transversal de pilares de concreto armado em situação de incêndio, submetidos à flexão composta obliqua, utilizando um código ou programa desenvolvido pelo autor desta tese. Nessas análises são consideradas a não linearidade física do material e a variação das propriedades mecânicas e térmicas do concreto e do aço. São analisados pilares em diversas situações, com foco nas tensões, deformações e os efeitos decorrentes às suas restrições. Posteriormente, são realizadas análises termomecânicas ou termestruturais de pórticos bidimensionais e tridimensionais de concreto armado utilizando o programa DIANA Displacement Analyzer. Nessas análises são consideradas a não linearidade geométrica, a não linearidade física do material e a variação das propriedades mecânicas e térmicas do concreto e do aço. É realizado um estudo detalhado com ênfase nos efeitos das restrições axiais e rotacionais às deformações térmicas, avaliando suas consequências na capacidade resistente e no comportamento dos pilares de concreto armado em situação de incêndio. São analisadas diversas estruturas considerando incêndios localizados em compartimentos delas e são avaliados os esforços decorrentes da interação entre os pilares e o resto da estrutura. Finalmente, dos resultados obtidos nas análises realizadas no DIANA Displacement Analyzer, são calculados os valores das forças solicitantes, forças resistentes e são apresentadas algumas relações importantes entre elas. / This doctoral thesis studies columns in reinforced concrete frames in fire situation subjected to combined axial and flexural loads, considering their interaction with the structure. In the analyzes, geometric non-linearity, material non-linearity, concrete cracking, and mechanical properties of concrete and steel, are considered varying with temperature, e.g. strength and young\'s module loss and the stress-strain curves. In addition, variations of the thermal properties are considered, e.g. specific heat, thermal conductivity, and thermal elongation. Initially, cross-sectional analysis of reinforced concrete columns in fire situation, submitted to combined axial and flexural loading are performed. The performance is done, using a code or program developed by the author of this thesis. In these analyzes the physical non-linearity of the material and the variation of the mechanical and thermal properties of the concrete and the steel are considered. Columns are analyzed in different situations, with focus on stresses, strains and the effects of the restrains. Subsequently, thermomechanical analyzes of two-dimensional and three-dimensional reinforced concrete frames are performed using the DIANA Displacement Analyzer program. In these analyzes the geometric non-linearity, the physical non-linearity of the material and the variation of the mechanical and thermal properties of the concrete and steel are considered. A detailed study is conducted with emphasis on the effects of axial and rotational restraints, evaluating its consequences on the resistance and the behavior of the reinforced concrete columns in fire situation. Several structures are analyzed considering fires located in compartments of them and are evaluated the forces resulting from the interaction between the columns and the rest of the structure. Finally, from the results obtained in the analyzes carried out in DIANA Displacement Analyzer, the values of the loading forces, resistant forces, and some important relations between them are calculated.

This study considers a vehicle routing problem with time windows, accessibility restrictions on customers and a fleet that is heterogeneous with regard to capacity, average speed and cost. A vehicle can perform multiple routes per day, all starting and ending at a single depot, and it is assigned to a single driver, whose total work hours are limited. The available fleet is divided into an owned fleet, for which a variable cost is incurred, and a chartered fleet, for which only a fixed cost is incurred for each vehicle used. A column generation algorithm embedded in a branch-and-bound framework is proposed. The column generation pricing subproblem required a specific elementary shortest path problem with resource constraints algorithm to address the possibility for each vehicle performing multiple routes per day and to address the need to determine the workdays start time within the planning horizon. To make the algorithm efficient, a constructive heuristic and a learning metaheuristic algorithm based on tabu search were also developed. Both were used on branch-and-bound tree nodes to generate a good initial solution to the linear restricted master problem; particularly, to find a good initial primal bound to the branch-and-bound tree. / Este estudo aborda um problema de roteirização de veículos com janelas de tempo, restrições de acessibilidade nos clientes e uma frota que é heterogênea em relação à capacidade de carga, velocidade média de deslocamento e custo. Um veículo pode percorrer múltiplas rotas por dia, todas começando e terminando em um mesmo depósito, e está designado a um único motorista, cujo total de horas trabalhadas no dia está limitado a um valor máximo. A frota disponível é dividida em uma frota própria, para a qual um custo variável é incorrido, e uma frota de freteiros, para a qual apenas um custo fixo é incorrido para cada veículo utilizado. Um algoritmo baseado em geração de colunas, integrado a um procedimento de branch-and-bound, é proposto neste estudo. O subproblema de precificação da geração de colunas requereu um algoritmo específico para o problema do caminho mínimo elementar com restrições sobre recursos capaz de lidar com a possibilidade de cada veículo percorrer múltiplas rotas por dia e capaz de lidar com a necessidade de determinar o instante de início do dia de trabalho do motorista dentro do horizonte de planejamento. Para tornar o algoritmo eficiente, uma heurística construtiva e uma heurística de melhoria baseada em busca tabu também foram desenvolvidos. Ambos são utilizados nos nós da árvore de branch-and-bound para gerar boas soluções iniciais para o problema mestre restrito da geração de colunas; particularmente, para encontrar um bom limitante primal inicial para a árvore de branch-and-bound.

O objetivo deste trabalho foi estudar a produção do antitumoral retamicina por células imobilizadas de Streptomyces olindensis ICB20 em biorreatores. A imobilização das células foi conseguida após uma etapa inicial de cultivo em erlenmeyers (reativação e pré-imobilização) e posterior envolvimento em gel, utilizando-se alginato de cálcio 3%; as esferas produzidas tinham diâmetro médio de 3,0 ± 0,2 mm. Foram utilizados neste trabalho os biorreatores tipo cesta (2,4 L de volume útil) e coluna de bolhas (1,6 L de volume útil), efetuando-se cultivos em batelada simples, bateladas repetidas e contínuos, visando-se uma comparação dos diferentes sistemas empregados. Também foram realizados alguns cultivos com células livres, a fim de efetuar uma comparação com os sistemas com células imobilizadas nos diferentes biorreatores. Os ensaios consistiram em empregar diferentes condições de agitação (300 e 500 rpm) e aeração (0,4 e 1 vvm) para o biorreator cesta em sistema com células imobilizadas, assim como diferentes vazões de aeração no biorreator coluna de bolhas (1, 2 e 3 vvm). Os cultivos em bateladas repetidas e contínuos foram operados a partir das melhores condições obtidas nos cultivos descontínuos. Foram aplicadas nos sistemas contínuos com células imobilizadas, as vazões específicas de alimentação de 0,05 e 0,2 h -1 no biorreator cesta e vazões de 0,015 a 0,05 h -1 no biorreator coluna de bolhas. A comparação entre os sistemas com células livres e imobilizadas mostrou que as limitações difusionais afetaram significativamente as cinéticas dos ensaios com células imobilizadas, considerando-se apenas uma batelada. A operação do biorreator cesta em sistema de bateladas repetidas apresentou os maiores valores de produção da retamicina (em torno de 1,5 a 1,7 UA), porém sua operação foi possível por apenas três bateladas. O sistema contínuo operado com vazão específica de alimentação de 0,03 h-1, com células imobilizadas no biorreator coluna de bolhas, mostrou ser o mais adequado dentre todos os ensaios realizados com células imobilizadas, apresentando estabilidade na produção, em torno de 0,8 UA, durante 96 horas de alimentação (cerca de três tempos de residência). / The purpose of this study was to investigate the production of the antitumor antibiotic retamycin by immobilized cells of Streptomyces. olindensis ICB20 in bioreactors. Cells were immobilized by entrapment in Ca-alginate gel (3%) after being grown in Erlenmeyers (reactivation and pre-immobilization cultures). The average diameter of the Ca-alginate beads was 3.0 ± 0.2 mm. Aiming to compare different cell systems, immobilized cell cultures were carried out in a 2.4L working volume basket-type stirred tank reactor (BSTR) and a 1.6 L working volume bubble column reactor (BCR) in batch, repeated-batch and continuous modes. Free cell suspension cultures were also performed and the results obtained compared to those in immobilized cell systems. Different agitation rates (300 and 500 rpm) and air flow rates (0.4 and 1.0 v.v.m.) were employed in the BSTR immobilized cell experiments.The BCR cultures were conducted at 1.0, 2.0 and 3.0 v.v.m. The optimal operating conditions for the batch mode were used in the repeated-batch and continuous cultures. Immobilized cells were grown in continuous mode at feed dilution rates of 0.05 and 0.2 h-1 in the BSTR and at 0.015 and 0.05 h-1 in the BCR. The comparative evaluation of the batch cultures with free and immobilized cells showed that diffusion limitations had affected the kinetics of cell growth and retamycin production in the immobilized cell systems. The highest average values of retamycin content (from 1.5 to 1.7 AU) were achieved in repeated batch cultures conducted in the basket-type reactor (BSTR) in spite of a limited number of batches (3 batches). Of all the systems, the continuous cell immobilized culture carried out in the BCR at a dilution rate of 0.03 h-1 proved to be the most adequate for retamycin production as retamycin levels remained stable (around 0.8 AU) over 96 hours (about 3 residence times).

Colunas de destilação de alta pureza são sistemas de difícil controle. Apresentam longo tempo de resposta, comportamento altamente não linear e grande interação entre as variáveis. Os controladores preditivos são muito utilizados para o controle de colunas de destilação. Porém, em colunas de alta pureza, a incorporação de um único modelo linear geralmente acarreta em um controle de fraco desempenho. Isto pois, a representação do processo é deficiente, já que não considera variações nos ganhos e nas dinâmicas, típicas de um comportamento não linear. Estas incertezas podem, inclusive, provocar a instabilidade do controle o que resultaria em produtos que não atendam à especificação. Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho dos controladores de horizonte de predição infinito com um modelo interno e com múltiplos modelos tendo o HYSYS(TM) como simulador de uma coluna de separação benzeno/tolueno e o MATLAB(TM) como ambiente para o controle supervisório. Observa-se que o controlador com apenas um modelo não é capaz de estabilizar o processo para perturbação nos valores de referência das variáveis controladas, ao contrário do controlador com múltiplos modelos. / High-purity distillation columns are systems which are typically difficult to control. The main reason for this is a strongly nonlinear and interactive system associated with a very sluggish response. Model Predictive Control is widely used for control of distillation columns. However, for high-purity columns, the use of a single linear model in the controller usually leads to a poor performance of the control system. The reason for this is the poor system representation, since variation in the system gains and time constants are not taken into account in the computation of the control law. Model uncertainties can produce instability in the control system and consequent deterioration of the product quality. The goal of this work is to evaluate the performance of infinite horizon MPC with a single internal model and with multiple models. HYSYS(TM) is used as simulator for the benzene/toluene column, and MATLAB(TM) is used as a platform for supervisory control. It is observed that the controller with a single model is not capable of stabilizing the process for disturbance in the set point of the controlled variables. Opposite to that behavior the controller with multiple models has a good performance.

A identificação de modelos é usualmente a tarefa mais significativa e demorada no trabalho de implementação e manutenção de sistemas de controle que usam Controle Preditivo baseado em Modelos (MPC) tendo em vista a complexidade da tarefa e a importância que o modelo possui para um bom desempenho do controlador. Após a implementação, o controlador tende a permanecer com o modelo original mesmo que mudanças de processo tenham ocorrido levando a uma degradação das ações do controlador. Este trabalho apresenta uma aplicação industrial de re-identificação em malha fechada. A metodologia de excitação da planta utilizada foi apresentada em Sotomayor et al. (2009). Tal técnica permite obter o comportamento das variáveis de processo sem desligar o MPC e sem modificar sua estrutura, aumentando assim, o automatismo e a segurança do procedimento de re-identificação. O sistema re-identificado foi uma coluna debutanizadora de uma refinaria brasileira sendo que os modelos fazem parte do controle preditivo multivariável dessa coluna de destilação. A metodologia foi aplicada com sucesso podendo-se obter os seis novos modelos para atualizar o controlador em questão, o que resultou em uma melhoria de seu desempenho. / Model identification is usually the most significant and time-consuming task of implementing and maintaining control systems based on models (MPC) concerning the complexity of the task and the importance of the model for a good performance of the controller. After being implemented the MPC tends to remain with the original model even after process changes have occurred, leading to a degradation of the controller actions. The present work shows an industrial application of closed-loop re-identification. The plant excitation methodology used here was presented in Sotomayor et al. (2009). Such technique allows for obtaining the behavior of the process variables with the MPC still working and without modifying the MPC structure, increasing automation and safety of the re-identification procedure. The system re-identified was a debutanizer column of a Brazilian refinery being the models part of the multivariable predictive control of this distillation column. The methodology was applied with reasonable success managing to obtain 6 new models to update this MPC, and resulting in improved control performance.