La contamination des surfaces par des bactéries et l’émergence de souches résistantes aux antimicrobiens sont des problèmes très préoccupants dans différents domaines tel que les domaines hospitalier et alimentaire. Cette contamination commence par l’adhésion de bactéries pathogènes sur une surface jusqu’à la formation de biofilms. Ces derniers contribuent à l’émergence de résistances de certaines souches bactériennes aux traitements conventionnels. Pour répondre à ces problèmes de contamination des surfaces, ces travaux de thèse portent sur le développement de nouveaux matériaux antibactériens à base de fibres de pâte à papier. Nous nous sommes intéressés, dans une première partie, à l’élaboration d’un papier antibactérien par le greffage, via un lien triazine, de deux composés d’huiles essentielles, le thymol et le carvacrol, connus pour leurs activités antibactériennes. L’évaluation microbiologique des matériaux élaborés, sur les deux souches bactériennes testées, E.coli et S.aureus, a montré un effet bactériostatique. Ces matériaux bloquent donc la croissance bactérienne empêchant ainsi la formation des biofilms. Une synergie entre le thymol et le carvacrol lorsqu’ils sont greffés sur les fibres de pâte à papier a également été montré. Dans une deuxième partie, notre étude s’est focalisée sur l’élaboration d’un papier antibactérien qui n’acquière son activité qu’après greffage et formation du motif actif « aryl-1,2,3-triazole ». Le greffage est réalisé par une réaction de « Click Chemistry », la cycloaddition de Huisguen catalysée par le cuivre I. Les tests antibactériens révèlent l’importance du substituant de l’aryle, l’influence du temps de contact et la pertinence d’utiliser des mélanges de matériaux. L’activité antibactérienne observée sur les fibres de la pâte thermomécanique est meilleure dans les deux parties. Les différents résultats obtenus sont décrits dans ce manuscrit. / The contamination of surfaces by bacteria and the emergence of antimicrobial resistant strains are very worrying problems in different areas such as hospital and food. This contamination begins with the adhesion of pathogenic bacteria on a surface until the formation of biofilms. These biofilms contribute to the emergence of resistances of certain bacterial strains to conventional treatments. To answer these problems of surface contamination, this thesis work focuses on the development of new antibacterial materials based on pulp fibers. In the first part, we focused on the development of an antibacterial paper by grafting, via triazine link, two essential oil compounds, thymol and carvacrol, known for their antibacterial activities. The microbiological evaluation of the developed materials against the two bacterial strains tested, E. coli and S. aureus, showed a bacteriostatic effect. These materials block the bacterial growth thus preventing the biofilms formation. Synergy between thymol and carvacrol grafted onto paper has also been shown. In a second part, our study focused on the development of an antibacterial paper that acquires its activity only after the grafting and formation of "aryl-1,2,3-triazole", the active motif. The grafting is carried out by a reaction of "Click Chemistry", the copper (I)-catalyzed Azide Alkyne Cycloaddition. The antibacterial tests reveal the importance of the aryl substituent, the influence of the contact time and the relevance of using mixtures of materials. The antibacterial activity observed on the thermomechanical pulp fibers is better in both parts. The different results obtained are described in this manuscript.

O desafio para a área de monitoramento de processos, em indústrias químicas, ainda é a etapa de detecção, com a necessidade de desenvolvimento de sistemas confiáveis. Pode-se resumir que um sistema é confiável, ao ser capaz de detectar as situações anormais, de modo precoce, e, ao mesmo tempo, de minimizar a geração de alarmes falsos. Ao se ter um sistema confiável, pode-se empregá-lo para auxiliar o operador, de fábricas, no processo de tomada de decisões. O objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia, baseada na técnica, modelo oculto de Markov (HMM, acrônimo de ?Hidden Markov Model?), para se detectar situações anormais em caldeiras de recuperação química. As aplicações de maior sucesso de HMM são na área de reconhecimento de fala. Pode-se citar como aspectos positivos: o raciocínio probabilístico, a modelagem explícita, e a identificação a partir de dados históricos. Fez-se duas aplicações. O primeiro estudo de caso é no ?benchmark? de um sistema de evaporação múltiplo efeito de uma fábrica de produção de açúcar. Identificou-se um HMM, característico de operação normal, para se detectar cinco situações anormais no atuador responsável por regular o fluxo de xarope de açúcar para o primeiro evaporador. A detecção, para as três situações abruptas, é imediata, uma vez que o HMM foi capaz de detectar alterações, abruptas, no sinal da variável monitorada. Em relação às duas situações incipientes, foi possível detectá-las ainda em estágio inicial; ao ser o valor de f (vetor responsável por representar a intensidade de um evento anormal, com o tempo), no instante da detecção, próximo a zero, igual a 2,8% e 2,1%, respectivamente. O segundo estudo de caso é em uma caldeira de recuperação química, de uma fábrica de produção de celulose, no Brasil. O objetivo é monitorar o acúmulo de depósitos de cinzas sobre os equipamentos da sessão de transferência de calor convectivo, através de medições de perda de carga. Este é um dos principais desafios para se aumentar a eficiência operacional deste equipamento. Após a identificação de um HMM característico de perda de carga alta, pôde-se verificar a sua capacidade de informar o estado atual e, por consequência, a tendência do sistema, de modo similar à um preditor. Pôde-se demonstrar também a utilidade de se definir limites de controle, com o objetivo de se ter a informação sobre a distância entre o estado atual e os níveis de alarme de perda de carga. / The greatest challenge faced by the area of process monitoring in chemical industries still resides in the fault detection task, which aims at developing reliable systems. One may say that a system is reliable if it is able to perform early fault detection and, at the same time, to reduce the generation of false alarms. Once there is a reliable system available, it can be employed to help operators, in factories, in the decisionmaking process. The aim of this study is presenting a methodology, based on the Hidden Markov Model (HMM) technique, suggesting its use in the detection of abnormal situations in chemical recovery boilers. The most successful applications of HMM are in the area of speech recognition. Some of its advantages are: probabilistic reasoning, explicit modeling and the identification based on process history data. This study discusses two applications. The first one is on a benchmark of a multiple evaporation system in a sugar factory. A HMM representative of the normal operation was identified, in order to detect five abnormal situations at the actuator responsible for controlling the syrup flow to the first evaporator. The detection result for the three abrupt situations was immediate, since the HMM was capable of detecting the statistical changes on the signal of the monitored variable as soon as they occurred. Regarding to the two incipient situations, the detection was done at an early stage. For both events, the value of vector f (responsible for representing the strength of an abnormal event over time), at the time it occurred, was near zero, equal to 2.8 and 2.1%, respectively. The second case study deals with the application of HMM in a chemical recovery boiler, belonging to a cellulose mill, in Brazil. The aim is monitoring the accumulation of ash deposits over the equipments of the convective heat transfer section, through pressure drop measures. This is one of the main challenges to be overcome nowadays, bearing in mind the interest that exists in increasing the operational efficiency of this equipment. Initially, a HMM for high values of pressure drop was identified. With this model, it was possible to check its capacity to inform the current state, and consequently, the tendency of the system (similarly as a predictor). It was also possible to show the utility of defining control limits, in order to inform the operator the relative distance between the current state of the system and the alarm levels of pressure drop.

Mit der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag zur ganzheitlichen Betrachtung eines erdgasbetriebenen Brennstoffzellen-Heizgerätes mit PEMFC und Autothermer Reformierung zur Kraft-Wärme-Kopplung im Einfamilienhaus geleistet werden. Wesentliches Ziel besteht in der Entwicklung und Anwendung eines BZH-Modells im Leistungsbereich bis 10 kWel das die thermischen und elektrischen Betriebsverhältnisse bei dynamischer Arbeitsweise insbesondere in Kopplung mit einem Spitzenlastkessel mit hinreichender Genauigkeit beschreibt. Auf Basis der gekoppelten Simulation von Gebäude und Anlagentechnik unter Berücksichtigung von Nutzereinflüssen werden umfassende Untersuchungen zum Betriebsverhalten und zur optimalen Dimensionierung von BZHs durchgeführt und nach energetischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten bewertet. Die Untersuchung ergab folgende wesentliche Resultate: Gegenüber modernen Energieumwandlungstechnologien mit Brennwertgeräten zur hocheffzienten Wärmeversorgung und GuD-Grundlastkraftwerken zur Bereitstellung elektrischen Stromes erzielt die KWK-Nutzung mit Brennstoffzellen primärenergetische Einsparpotenziale bis zu 21%. Bereits bei niedriger BZH-Auslegung (auf den mittleren elektrischen Haushaltsbedarf)wird deren Energiebedarf um ca. 3% unterschritten. Günstige BZH-Dimensionierungen für den Einsatz im Einfamilienhaus liegen zwischen Pel=1,0 ... 2,0 kW (QBZH=2,5 ... 4,6 kW) in Verbindung mit einem BW-Spitzenlastkessel. Mit der BZH-Bemessung auf die maximale Heizlast (Gebäudewärmebedarf und TWE) sind die niedrigsten primärenergetischen Aufwendungen zu erreichen. Oberhalb dieser Dimensionierung sind keine weiteren Einsparungen zu erwarten. Während separat betrachtet die elektrischen und thermischen Effizienzen von BZ-KWK-Anlagen vergleichsweise niedrig sind, spielt die gekoppelte Erzeugung verbunden mit hohen Gesamtnutzungsgraden die entscheidende Rolle. Mit dem generierten elektrischen BZ-Strom wird der mit höheren Abwärmeverlusten erzeugte Kraftwerksstrom ersetzt. Dieser Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen im Wohngebäude kommt nur bei der Nutzung von elektrischer und thermischer Energie zum Tragen. Bei nichtintermittierendem Betrieb fällt Überschusswärme an, die an die Umgebung abzuführen ist. Außerhalb der Heizperiode stellen sich somit energetische Mehraufwendungen im Vergleich zum wärmegeführten Betrieb ein. In der Kombination von BZ-Technik und Spitzenlastkessel sind lange BZH-Betriebszeiten zu garantieren. Diesbezüglich ist die Regelung zur Trinkwasser-Erwärmung - insbesondere in den Sommermonaten - zum optimalen Betrieb ausschlaggebend. Die teilweise Deckung des Haushaltsstrombedarfs und der Verkauf elektrischer Arbeit senken gegenüber dem konventionellen Energiebezug maßgeblich die Betriebskosten. Durch geltende BZ-Fördermaßnahmen werden per se jährliche Energiekosten gespart. Diese Einsparungen können zur mittelfristigen Refinanzierung der vergleichsweise teureren Anlagenkosten beitragen. Auf Basis der Betriebskosten-Einsparung gegenüber konventioneller Technik sind die Grenzkosten der BZH-Investition für den wärmegeführten, intermittierenden Betrieb abschätzbar. Unter Annahme einer BZ-Stack-Lebensdauer von einem Jahr beträgt die maximale Investition bei einer elektrischen BZH-Nettoleistung von beispielsweise Pel=1,0 kW rund I0,BZH=1066 EUR.

Der Gegenstand dieser Arbeit ist eine neue Optimierungsmethode zur Minimierung der Produktkosten von Kraftwerksprozessen ohne und mit nachgeschalteten Anwendungen. Diese Methode, die Planern und Projektanten als Werkzeug zur Auslegung von Kraftwerken dienen soll, wird erläutert und exemplarisch zur Optimierung eines ausgewählten Gas- und Dampfturbinenkraftwerkes verwendet. Im Rahmen der Untersuchungen werden dabei zwei Varianten betrachtet: Der Kraftwerksentwurf/-betrieb ohne und mit Auskopplung von Energie- und Stoffströmen. Beim Kraftwerksentwurf/-betrieb mit Auskopplung von Energie- und Stoffströmen wird das Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit einer nachgeschalteten hybriden Meerwasserentsalzungsanlage verknüpft. Zur Identifizierung der jeweils zu optimierenden Komponenten/Parameter werden bei der neuen Methode Elemente der thermo- bzw. exergoökonomischen Analyse und der Sensitivitäts- und Trendlinienanalysen verwendet. Die Optimierung selbst folgt dem Koordinatenverfahren nach Gauß und Seidel. Anhand der Optimierungsergebnisse und der Kriterien ’Auswahl/Beitrag der Komponenten/Parameter’ sowie ’Rechenumfang’ wird die neue Optimierungsmethode mit bekannten thermo- bzw. exergoökonomischen Optimierungsmethoden (Quadranten-/Matrix-Methode, thermo-/exergoökonomische Kennzahlen-Methode) verglichen und bewertet. Zur Ergebnisdiskussion werden Parameterstudien erstellt. Abschließend werden Empfehlungen zur Gestaltung des untersuchten Gas- und Dampfturbinenkraftwerkes gegeben und Ansätze für weiterführende Forschungsarbeiten in der Kraftwerkstechnik abgeleitet.

Made available in DSpace on 2015-03-26T12:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1212927 bytes, checksum: 7adf068a0a8f76b2fa586b434a9e3c65 (MD5) Previous issue date: 2006-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The EFC bleaching with the current technologies, based on the chlorine dioxide use represents the second greatest cost in the eucalyptus kraft pulp bleaching (US$ 25-30/t), being the wood the first (US$ 40-80/t). On the other hand, the bleaching reagents offer, typically chlorine dioxide, has been a limiting factor for the production increase in many old industrial units since the units capacity generating this reagent can only be increased by its complete substitution. Besides, the bleaching effluent with the chlorine dioxide is of difficult re-circulation in the chemical recovery. Pulp bleaching alternative technologies, which minimize the use of chlorine dioxide are, therefore, very welcome. The focus of the investigations searching for alternative reagents have been based on the pulp pre-bleaching, i.e., in the two stages of the bleaching sequence, aiming at using less chlorine dioxide and lower the number of kappa pulp that follows the bleaching phase. The practical industrial experience in Brazil shows that the kappa number, after the wood cooking and delignification with oxygen, varies from 9 to 11. The subsequent pulp bleaching with this level of kappa number requires from 33 to 44kg of active chlorine per pulp ton, that is, about 4kg of chlorine per kappa number unit. Therefore, the main objective of this study was to investigate alternatives, which allowed, not only the specific chlorine dioxide consume reduction but also, and mainly, the kappa pulp number reduction that follows to the bleaching phase. Such alternatives included: (1) increase in the delignification efficiency with oxygen by the use of additives and optimization of the operational variables; (2) substitution of the acid stage and/or first de-oxidation stage by a peroxide acid catalyzed with molybdenum salts (PMo) or other salts; (3) industrial evaluation of the PMo stage in a PMoZDP sequence; and (4) NaOH substitution by Mg(OH)2 in the P and Ep stages of the AZDP, a/(Ze)DP and D*(Ep)D bleaching sequences. These objectives accomplishments resulted in the four chapters of this work. The MgSO4 use in the oxygen delignification and the application of the most severe alkali conditions (25kg/t) and of the temperature (115oC) allow the kappa pulp number reduction to values of 9,0, thus reducing the bleaching cost by the Oa/(Ze)DP sequence, without pulp quality loss. The substitution of the sequence AZDP acid stage by the peroxide acetic stage (produced from the glucose pentacetate), also reduced the kappa of the bleaching start, with the bleaching time reduction. The peroxide acid catalyzed with molybdenum (PMo) use in substitution of the acid stage (A) reduced substantially the kappa of the bleaching start, having also reduced the bleaching total cost by the AZDP sequence in R$2,13/t of pulp. Such results were confirmed in a trial mill in a 1200t/day plant without pulp quality loss and the bleaching effluent. The best conditions to operate the PMo stage were: temperature 90-95OC; pH 3,5; 2 hours; 0,1kg/t molybdenum and; 5kg/t hydrogen peroxide. The principal effect of the kappa reduction observed in the PMo stage occurred through the hexenuronic acid removal from the pulp. That the substitution of 25% of the sodium hydroxide and 100% of magnesium sulphate used in the Ep stage by the Mg(OH)2 was demonstrated to be possible without significant damage to the viscosity and brightness of the pulp bleached by the D*(Ep)D sequence / O branqueamento ECF com as tecnologias atuais, à base de dióxido de cloro representa o segundo maior custo de produção de polpa kraft branqueada de eucalipto (US$ 25-30/t), sendo a madeira o primeiro (US$ 40-80/t). Por outro lado, a oferta de reagentes de branqueamento, tipicamente dióxido de cloro, tem sido fator limitante para o aumento da produção de muitas unidades industriais antigas, já que a capacidade de unidades geradoras desse reagente só pode ser aumentada pela sua completa substituição. Além disso, o efluente do branqueamento com dióxido de cloro é de difícil recirculação no sistema de recuperação química da fábrica. Tecnologias alternativas de branqueamento de polpa que minimizem o uso de dióxido de cloro são, portanto, muito bem-vindas. O foco das investigações em busca de reagentes alternativos tem sido na fase de pré-branqueamento da polpa, i.e., nos dois primeiros estágios da seqüência de branqueamento, visando a utilizar menos dióxido de cloro e baixar o número kappa da polpa que segue para a fase de alvejamento. A experiência prática industrial no Brasil demonstra que o número kappa da polpa, após cozimento da madeira e deslignificação com oxigênio, varia de 9 a 11. O branqueamento subseqüente da polpa com esse nível de número kappa requer de 36 a 44kg de cloro ativo por tonelada de polpa, ou seja, cerca de 4kg de cloro ativo por unidade de número kappa. Portanto, o principal objetivo deste estudo foi investigar alternativas que permitissem não só reduzir o consumo específico de dióxido de cloro, mas, principalmente, reduzir o número kappa da polpa que segue para a fase de alvejamento Tais alternativas incluíram: (1) aumento da eficiência de deslignificação com oxigênio pelo uso de aditivos e otimização de variáveis operacionais; (2) substituição do estágio ácido e/ou primeiro estágio de dioxidação por um estágio de peróxido ácido catalisado com sais de molibdênio (PMo) ou outros sais; (3) avaliação industrial do estágio PMo numa seqüência PMoZDP; e (4) substituição do NaOH por Mg(OH)2 nos estágios P e Ep das seqüências de branqueamento AZDP, a/(Ze)DP e D*(Ep)D. O cumprimento desses objetivos resultou nos quatro capítulos deste trabalho. Foi concluído que o uso do MgSO4 na deslignificação com oxigênio associados à aplicação de condições mais severas de álcali (25kg/t) e temperatura (115ºC) permitem reduzir o número kappa da polpa para valores abaixo de 9,0, diminuindo o custo do branqueamento pela seqüência Oa/(Ze)DP, sem prejuízo para a qualidade da polpa. A substituição do estágio ácido da seqüência AZDP, pelo estágio de peroxiacético (produzido a partir do pentacetato de glicose), também reduziu o kappa de entrada do alvejamento. A utilização do estágio de peróxido ácido catalisado com molibdênio (PMo) em substituição ao estágio ácido (A) reduziu o kappa de entrada do alvejamento substancialmente, tendo reduzido também o custo total do branqueamento pela seqüência AZDP em R$2,13/t de polpa. Tais resultados foram confirmados em teste industrial numa planta de 1200t/dia, sem prejuízo para a qualidade da polpa e do efluente de branqueamento. As melhores condições para operar o estágio PMo foram: temperatura 90-95ºC; pH 3,5; 2 horas; 0,1kg/t molibdênio; e 5kg/t peróxido de hidrogênio. O principal efeito da redução do kappa observado no estágio PMo ocorreu pela remoção de ácidos hexenourônicos da polpa. Foi demonstrado ser possível substituir 25% do hidróxido de sódio e 100% do sulfato de magnésio utilizados no estágio Ep pelo Mg(OH)2, sem danos significativos para a viscosidade e alvura da polpa branqueada pela seqüência D*(Ep)D

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 897624 bytes, checksum: d480d10072d149a1cc7bfa53c79a065b (MD5) Previous issue date: 2010-04-26 / The objective of this study was to analyze the effect of fifteen eucalypt clones forest productivity on wood basic density and kraft pulping yield. Four regions with different raining intensities were used for this study. The base was a trial of genetic and environmental interaction, testing 48 hybrids eucalipt clones, of with 15 with bether silvicultural performance were selected for basic density and kraft pulping yeld analysis. Results obtained demonstrated significant differences in forest annual growth increments and the correlation between forest productivity and wood basic density, showed itself low, concerning genetic aspect and negatively high, considering environmental aspect. It was also detected lower pulping yields for eucalypts clones planted in lower productivity regions and having higher wood density. Differently from other studies published by technical literatures, the alkali charge for pulping did not show significant correlation with pulping yield. / Este estudo teve como objetivo avaliar a influência da produtividade de 15 clones híbridos de eucalipto, plantados em quatro regiões de precipitações pluviométricas distintas, na densidade básica da madeira e na polpação kraft. A base do estudo foi um experimento de interação genótipo x ambiente, em que 48 clones híbridos de eucalipto foram plantados em quatro regiões distintas em termos de precipitação, na região extremo sul da Bahia. Os melhores 15 clones em termos de desempenho silvicultural foram selecionados para análise de densidade básica e polpação Kraft. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, com três repetições por local e seis plantas por parcela. Aos 7 anos de idade, os clones foram mensurados e avaliados do ponto de vista silvicultural, ou seja, forma do tronco e da copa, além da incidência de doenças. Os 15 melhores clones tiveram suas madeiras amostradas e transformadas em cavacos, para posterior determinação de suas densidades básicas, também foram submetidos a cozimentos Kraft em digestor Batch, contendo células para 250 gramas de cavacos. Os resultados indicaram diferença significativa de incremento médioanual entre as quatro regiões estudadas, mostrando efeito positivo da precipitação sobre a produtividade e a correlação entre o IMA e a densidade básica da madeira, baixa no aspecto genético e negativamente alta, no aspecto ambiental. Também foi observado menor rendimento de celulose dos clones na região onde ocorreu a menor produtividade e maior densidade da madeira, provavelmente pela maior dificuldade de impregnação dos cavacos pelo álcali. Contrariando outros estudos descritos em literatura, a demanda de álcali para polpação não apresentou correlação com o rendimento decelulose.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 281669 bytes, checksum: adf965188180a1e5e199a4f2184132cd (MD5) Previous issue date: 2010-07-02 / A eucaliptus kraft pulp of a Brazilian mill, extracted from the first washing stage before oxygen delignification, was bleached at more than 50 different bleaching conditions with the target to reach the optimum cost. Considering the O/OD*(EP)DP sequence, the best result was reached carrying out D* stage with soft conditions, preserving hexenuronic acids in the pulp and minimizing the chlorine dioxide consumption by products from its hydrolysis (furan carboxylic acids). Twenty one percent cost savings, in relation to current mill conditions, were achieved using pH 4,5, kappa factor 0,16 and 70 ºC temperature at D*stage, pH 10,3 and 5,5 at (EP) and D1 stages, respectively. Strength properties of this pulp were not significantly affected if compared with reference pulp produced under current mill conditions. The OX and AOX contents of this pulp were significantly reduced in relation to the reference. When applied at the mill, these optimum conditions were responsible for reducing 5 kg/adt active chlorine consumption. / Uma polpa kraft de eucalipto de uma fábrica do Brasil, coletada antes do pré branqueamento, foi submetida a mais de 50 diferentes condições de branqueamento em laboratório com o objetivo de otimizar os custos operacionais. Considerando a sequência O/OD*(EP)DP, o arranjo ótimo encontrado foi realizar o estágio D* em condições brandas, no intuito de preservar os ácidos hexenourônicos na polpa e minimizar o consumo de dióxido de cloro pelos subprodutos de sua hidrólise (ácidos furacarboxílicos). Com o pH de 4,5, fator kappa de 0,16 e temperatura de 70 ºC no estágio D*, associado a um pH de 10,3 e 5,5 nos estágios (EP) e D1, respectivamente, houve uma redução de 21% no custo de reagentes. Não foram observados impactos significativos nas propriedades físicas da polpa e, em função do menor consumo de dióxido de cloro, houve redução do teor de OX e AOX. Estas condições, quando praticadas na fábrica, reduziram o consumo específico de cloro ativo em cerca de 5 kg/tSA.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 684853 bytes, checksum: 5aab9bbea25fa23492af8fc69a587a05 (MD5) Previous issue date: 2010-06-10 / Efforts to develop new sources of energy from renewable resources has greatly increased. Great efforts have been made in pulp mills to incorporate in foreseeable future biorefineries operations to simultaneously achieve production of pulp and biofuels aiming total or partial substitution of fossil fuels. The objective of this study was to evaluate the feasibility of using LignoBoost technology in a modern eucalyptus pulp mill and its impact in the mill energy matrix and greenhouse gases emissions. / Tem aumentado grandemente os esforços para desenvolvimento de novas fontes de energia proveniente de recursos renováveis. Grandes esforços têm sido realizados, em fábricas de celulose, para que, num futuro próximo, possam ser incorporadas nestas empresas operações de biorefinarias, visando produção simultânea de celulose e biocombustíveis para substituição total ou parcial de combustíveis fósseis. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade do uso da tecnologia LignoBoost em uma moderna fábrica de celulose kraft de eucalipto e seus impactos na matriz energética e na emissão de gases de efeito estufa.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2018234 bytes, checksum: 43a78e55f7947551d68ec57851bddcc5 (MD5) Previous issue date: 2010-07-08 / In this study, data collected on an industrial scale for some years, underwent modeling using generalized additive models (GAM) and artificial neural networks (ANN) as tools to evaluate the influence of some variables, timber and process on production and digester alkali charge. Generalized additive models were fitted using the software R (R Development Core Team, 2010), through the library "mgcv" (Wood, 2006), specific settings for generalized additive models. Significance tests were applied for each model set. In order to supplement the data were analyzed using artificial neural networks.One hundred RNA were adjusted to relate to production and the digester alkali charge, and variables such as wood density, age, precipitation, dry content of wood chips, bulk density of chips, the wood basic density, pulp viscosity and kappa. In this step we employed the software Statistica (Statsoft, Inc., 2007). The results show that the Generalized Additive Model (GAM) is a good choice to represent the phenomena of the pulp industry, where the variables are highly variable and there is strict control, unlike what happens on data from experimental designs. Should the use of RNA to estimate the output from the digester alkali charge and also proved a useful tool, since the correlations between actual and estimated data were above 88% and 60% respectively. Several variables associated with the raw material and the pulping process that were studied showed similar behavior and / or equal to what the majority of experimental studies have found. / No presente trabalho, dados observados em escala industrial, durante alguns anos, foram submetidos à modelagem empregando modelos aditivos generalizados (GAM) e redes neurais artificiais (RNA), como ferramentas para avaliar a influência de algumas variáveis, da madeira e do processo, sobre a produção do digestor e carga alcalina. Os modelos aditivos generalizados foram ajustados utilizando o software R (R DEVELOPMENT CORE TEAM, 2010), através da biblioteca “mgcv” (WOOD, 2006), específica para ajustes de modelos aditivos generalizados. Foram aplicados testes de significância para cada modelo ajustado. De forma complementar os dados foram analisados por meio de redes neurais artificiais. Foram ajustadas 100 RNA para relacionar a produção do digestor e a carga alcalina, com as variáveis: densidade da madeira, idade, precipitação, teor seco dos cavacos, densidade aparente dos cavacos, densidade básica dos cavacos, viscosidade da polpa e kappa. Nesta etapa do trabalho foi empregado o software Statistica (Statsoft, INC, 2007). Os resultados mostram que o Modelo Aditivo Generalizado (MAG) constitui uma boa opção para representar os fenômenos da indústria de celulose, em que as variáveis apresentam alta variabilidade e não há um rigoroso controle, diferentemente do que ocorre em dados provenientes de delineamentos experimentais. No caso do uso de RNA para estimar a produção do digestor e para carga alcalina também mostrou ser uma boa ferramenta, visto que as correlações entre os dados reais e estimados ficaram acima de 88% e 60%, respectivamente. Várias variáveis associadas com a matéria-prima e com o processo de polpação que foram estudadas apresentaram comportamento semelhante e/ou iguais o que a maioria dos estudos experimentais encontraram.

O desafio para a área de monitoramento de processos, em indústrias químicas, ainda é a etapa de detecção, com a necessidade de desenvolvimento de sistemas confiáveis. Pode-se resumir que um sistema é confiável, ao ser capaz de detectar as situações anormais, de modo precoce, e, ao mesmo tempo, de minimizar a geração de alarmes falsos. Ao se ter um sistema confiável, pode-se empregá-lo para auxiliar o operador, de fábricas, no processo de tomada de decisões. O objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia, baseada na técnica, modelo oculto de Markov (HMM, acrônimo de ?Hidden Markov Model?), para se detectar situações anormais em caldeiras de recuperação química. As aplicações de maior sucesso de HMM são na área de reconhecimento de fala. Pode-se citar como aspectos positivos: o raciocínio probabilístico, a modelagem explícita, e a identificação a partir de dados históricos. Fez-se duas aplicações. O primeiro estudo de caso é no ?benchmark? de um sistema de evaporação múltiplo efeito de uma fábrica de produção de açúcar. Identificou-se um HMM, característico de operação normal, para se detectar cinco situações anormais no atuador responsável por regular o fluxo de xarope de açúcar para o primeiro evaporador. A detecção, para as três situações abruptas, é imediata, uma vez que o HMM foi capaz de detectar alterações, abruptas, no sinal da variável monitorada. Em relação às duas situações incipientes, foi possível detectá-las ainda em estágio inicial; ao ser o valor de f (vetor responsável por representar a intensidade de um evento anormal, com o tempo), no instante da detecção, próximo a zero, igual a 2,8% e 2,1%, respectivamente. O segundo estudo de caso é em uma caldeira de recuperação química, de uma fábrica de produção de celulose, no Brasil. O objetivo é monitorar o acúmulo de depósitos de cinzas sobre os equipamentos da sessão de transferência de calor convectivo, através de medições de perda de carga. Este é um dos principais desafios para se aumentar a eficiência operacional deste equipamento. Após a identificação de um HMM característico de perda de carga alta, pôde-se verificar a sua capacidade de informar o estado atual e, por consequência, a tendência do sistema, de modo similar à um preditor. Pôde-se demonstrar também a utilidade de se definir limites de controle, com o objetivo de se ter a informação sobre a distância entre o estado atual e os níveis de alarme de perda de carga. / The greatest challenge faced by the area of process monitoring in chemical industries still resides in the fault detection task, which aims at developing reliable systems. One may say that a system is reliable if it is able to perform early fault detection and, at the same time, to reduce the generation of false alarms. Once there is a reliable system available, it can be employed to help operators, in factories, in the decisionmaking process. The aim of this study is presenting a methodology, based on the Hidden Markov Model (HMM) technique, suggesting its use in the detection of abnormal situations in chemical recovery boilers. The most successful applications of HMM are in the area of speech recognition. Some of its advantages are: probabilistic reasoning, explicit modeling and the identification based on process history data. This study discusses two applications. The first one is on a benchmark of a multiple evaporation system in a sugar factory. A HMM representative of the normal operation was identified, in order to detect five abnormal situations at the actuator responsible for controlling the syrup flow to the first evaporator. The detection result for the three abrupt situations was immediate, since the HMM was capable of detecting the statistical changes on the signal of the monitored variable as soon as they occurred. Regarding to the two incipient situations, the detection was done at an early stage. For both events, the value of vector f (responsible for representing the strength of an abnormal event over time), at the time it occurred, was near zero, equal to 2.8 and 2.1%, respectively. The second case study deals with the application of HMM in a chemical recovery boiler, belonging to a cellulose mill, in Brazil. The aim is monitoring the accumulation of ash deposits over the equipments of the convective heat transfer section, through pressure drop measures. This is one of the main challenges to be overcome nowadays, bearing in mind the interest that exists in increasing the operational efficiency of this equipment. Initially, a HMM for high values of pressure drop was identified. With this model, it was possible to check its capacity to inform the current state, and consequently, the tendency of the system (similarly as a predictor). It was also possible to show the utility of defining control limits, in order to inform the operator the relative distance between the current state of the system and the alarm levels of pressure drop.