O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto de diferentes condições de processo no preço mínimo de venda do etanol produzido via hidrólise enzimática de bagaço da canade- açúcar. Para alcançar este objetivo o trabalho foi separado em três partes, a primeira para a modelagem das reações envolvidas no processo, a segunda para o dimensionamento dos equipamentos principais e a terceira para a avaliação econômica do projeto. Dessa forma, foi realizada a modelagem cinética das reações de pré-tratamento por explosão a vapor do bagaço de cana, da hidrólise enzimática do bagaço pré-tratado e da fermentação de xilose, os modelos obtidos foram utilizados para o dimensionamento de cada sistema reacional. Os dados experimentais para o pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação de xilose foram obtidos da literatura. Todos os modelos propostos ajustaram adequadamente os dados experimentais de tal forma que os parâmetros cinéticos calculados foram estatisticamente significativos. O sistema de pré-tratamento foi projetado para operar em regime contínuo em reatores tubulares (PFR) e a hidrólise enzimática para operar em regime contínuo em reatores tipo tanque agitado (CSTR) e tubular em série. O sistema CSTR-PFR para a hidrólise enzimática é promissor para a realização desta reação, pois permite obter elevadas conversões em tempos de reação menores que aqueles necessários para os reatores CSTR. Neste sistema é possível alcançada a conversão de 74,3 % da celulose operando o CSTR e o PFR com tempo espacial de 24 h e 72 h, respectivamente. Foi possível avaliar o impacto das condições de pré-tratamento no dimensionamento do sistema de hidrólise enzimática. Além disso, o efeito da concentração inicial de bagaço e enzimas no rendimento de hidrólise enzimática foi avaliado frente aos resultados econômicos. A avaliação dos custos de capital foi realizada via curvas de custo de equipamentos. As diferentes condições de processo estudadas foram comparadas pela determinação do preço mínimo de venda do etanol (PMVE) obtido através da metodologia do lucro do empreendimento (LE). A avaliação econômica do processo mostrou que as condições que podem minimizar o PMVE são: realização do pré-tratamento a 200 °C por 5 min; realização da hidrólise enzimática com concentração inicial de celulose igual a 9,1 % (m/m) ou aproximadamente 17 % (m/m) de bagaço de cana, tempo espacial nos reatores CSTR e PFR de 24 h e 48 h, respectivamente; dosagem de enzimas igual a 40 FPU/g para celulase e 15 U/g para -glicosidase; capacidade de processamento da planta maior que 500 t/dia de bagaço (base seca) e necessariamente a utilizar da fração hemicelulósica para a produção de etanol. Operando nestas condições para uma planta com capacidade para 1000 t/dia o PMVE foi estimado em R$ 5,79 por litro. Dessa forma, este trabalho atingiu seus objetivos fornecendo subsídios para a escolha das condições mais favoráveis para a redução do PMVE, no entanto para a viabilização deste processo de produção de etanol outras configurações de processo devem ser estudas visando a redução dos custos de investimento e produção. / The main objective of this study was to evaluate the impact of different process conditions on the minimum selling price of ethanol via enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. To achieve this objective the work was separated into three parts, the first to model the reactions involved in the process, the second for the design of major equipment and the third for the economic evaluation of the project. Thus, we performed kinetic modeling of reactions pretreatment by steam explosion of bagasse, the enzymatic hydrolysis of pretreated bagasse and fermentation of xylose, the obtained models were used for the design of each reaction system. The experimental data for the pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation of xylose were obtained from literature. All the proposed models adequately fitted the experimental data so that the kinetic parameters calculated were statistically significant. The system of pretreatment is designed to operate under a continuous tubular reactor (PFR) and enzymatic hydrolysis to operate in a continuous stirred tank reactor (CSTR) and tubular in series. The CSTR-PFR system for the enzymatic hydrolysis is promising to carry out this reaction, because it offers high conversions in shorter reaction times than those required for CSTR reactors. This system can achieved 74.3% conversion of cellulose operating the CSTR and PFR with space-time 24 h and 72 h, respectively. It was possible to assess the impact of the conditions of pretreatment in the design system of enzymatic hydrolysis. Furthermore, the effect of initial concentration of bagasse and enzymes on yield of enzymatic hydrolysis was evaluated in the face of economic results. The evaluation of capital costs was done through cost curves of equipment. The different process conditions studied were compared by determining the minimum ethanol selling price (MESP) obtained through the methodology of the venture profit (VP). The economic evaluation process showed that the conditions that can minimize the MESP are: completion of pre-treatment at 200 ° C for 5 min; completion of the enzymatic hydrolysis with initial concentration of cellulose of 9.1% (w / w) or about 17% (w / w) of bagasse, time in the reactors CSTR and PFR 24 h and 48 h, respectively, enzyme dosage of 40 FPU / g for cellulase and 15 U / g for -glucosidase; capacity processing plant more than 500 tonnes per day of bagasse (dry basis) and necessarily to use the hemicellulose fraction to ethanol production. Operating in these conditions for a plant with a capacity of 1000 t / day, the MESP was estimated at R$ 5.79 per liter. Thus, this work achieved its objectives by providing subsidies to select the most favorable conditions for the reduction of MESP, but for the viability of this process of ethanol production process of other settings should be studied in order to reduce investment costs and production.

Esta dissertação apresenta uma modelagem matemática do escoamento laminar em tubos de paredes permeáveis aplicada à micro-filtração de suspensões. A modelagem utilizou-se da formulação integral das equações de conservação e de funções pré- estabelecidas para o representar os campos de velocidade e de concentração ao longo do tubo permeável. As equações integrais da quantidade de movimento e da conservação das espécies químicas forneceram duas equações diferenciais ordinárias de primeira ordem para as variáveis funcionais \"n (z)\" e \"m (z)\" presentes nas funções pré-estabelecidas. Para a solução destas equações optou-se pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem devido a sua simplicidade e versatilidade conhecida da literatura. No entanto a equação para a conservação da quantidade de movimento apresentou grande instabilidade ao ser submetida à solução numérica, contornada a partir da imposição de diferentes formas de evolução para o campo de velocidade, através do funcional n(z) cujas formas de variação foram impostas segundo uma dependência linear, exponencial e polinomial. Por outro lado, a solução da equação para conservação das espécies foi numericamente convergente. De posse das funções pré-estabelecidas e ajustadas a partir da equação da conservação das espécies na forma integral, obtém-se neste trabalho os valores correspondentes para o adimensional de Sherwood, quantificando o processo de transferência de massa. Com os valores de Sherwood, os resultados desta modelagem foram comparados com os da literatura, Grober et al. (Apud Zeman & Zydney, 1996) e outros, e apresentaram-se de acordo para estudos de casos particulares, no intervalo de Peclet de 104 - 106 . / This dissertation presents a mathematical modeling of the larninar flow in permeable tubes applied to the micro-filtration of suspensions. The modeling uses of integral formulation of the conservation equations and of functions pre-established for to represent the fields of velocity and concentration along the permeable tube. The integral equations of the momentum and of conservation of the chemical species its supplied two differential ordinary equations if first order for the variables functional \"n(z)\" and \"m(z)\" presents in the pre-established functions. For the solution of these equations was opted for the method of Runge-Kutta of fourth order due to its simplicity and well-known versatility of the literature. However the equation for the conservation of the momentum presented great instability to be submitted to the numeric solution, outlined starting from the imposition forms different from evolution for the field of velocity, through the functional \"n(z)\" with lineal, exponential and polynomial dependence. However, the solution of the equation for conservation of the species was convergent numerical. Through of the pre-established functions and adjusted starting from the equation of the conservation of the species in the integral form, it was obtained in this work the corresponding values for the dimensionless of Sherwood, quantifying the process of mass transfer. With the values of Sherwood, the results of this modeling were compared with the one of the literature, Grober et al. (Apud Zeman & Zydney, 1996) and other, and they came of agreement for particular cases in the interval of Peclet of 104 the 106.

Em países com condições ambientais, sócio-culturais e econômicas favoráveis à aplicação de processos anaeróbios para tratamento de esgotos sanitários, o reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) possui muitas vantagens, dentre os reatores anaeróbios, por permitir instalação, operação e manutenção a baixos custos, apresentar baixa geração de lodo, ser capaz de suportar sobrecargas hidráulicas e orgânicas e possuir eficiência de remoção de demanda química de oxigênio entre 70% e 80%. Contudo poucos estudos são reportados na literatura quando o reator é submetido a variações cíclicas diárias, de cargas orgânicas e hidráulicas, em períodos curtos de duração - iguais ou menores que 24 h. Para compreender os prováveis amortecimentos e atrasos nas respostas de reatores UASB quando submetidos a essas variações, desenvolveu-se um modelo matemático simplificado baseado no regime de escoamento contínuo de um tanque de mistura completa, no modelo cinético tipo Monod para remoção de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e equacionamentos empíricos reportados na literatura. Esse modelo indicou que, mesmo apresentando baixa eficiência na remoção de demanda química de oxigênio, o reator possui capacidade de amortecer as variações impostas de vazão e respondeu com grande sensibilidade à variação de velocidade específica máxima de degradação de substrato, indicando que esse parâmetro cinético deve ser o parâmetro de calibração do modelo matemático. / In countries with favorable environmental, social, cultural and economical conditions, the use of anaerobic processes in treatment of domestic sewage. The UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) has many advantages, among the anaerobic reactors, allows the installation, operation and maintenance with low costs; presents low sludge generation; is capable to support organic and hydraulic overloads and has COD removal efficiencies between 70% and 80%. However few studies are reported in the literature about reactors submitted to cyclical daily variations of organic and hydraulic loads in short periods of time - equal to or shorter than 24 hours. Aiming to understand the probable dampening and the delays in the response of the UASB reactors when submitted to these variations, it was developed a simplified mathematical model based on the continuous flow pattern of a completed stirred tank and in the Monod kinetic model for COD (Chemical Oxygen Demand) removal and empirical kinetic equations reported in the literature. The model indicated that, even when presenting low efficiency in the removal of COD, the reactor has a capacity to dampen the forced flow variations, and responded with great sensivity to the variation of qmáx., indicating that this kinetic parameter may be the calibration parameter of the mathematical model.

O coeficiente de reaeração constitui-se no principal parâmetro usado em modelos de qualidade na avaliação preventiva do efeito da descarga de resíduos orgânicos sobre a concentração do oxigênio dissolvido (OD) em cursos de água naturais. Na literatura os valores observados para a concentração de saturação de OD em procedimentos experimentais para a determinação das taxas de reaeração superficial são, geralmente, reportados como inferiores aos valores calculados para as condições de temperatura, salinidade e pressão em que os experimentos foram realizados. Esse fato interfere significativamente na determinação do coeficiente de reaeração superficial, K2. Avalia-se neste trabalho a hipótese de que nessas situações a água é exposta a uma fonte de OD, que é a superfície em contato com a atmosfera, mas também a um sumidouro de OD, criado pelo próprio sistema de movimentação do fluido. O modelo matemático amplamente utilizado para estes fins não considera essa última possibilidade. Neste estudo foi comparada a eficácia deste modelo com um que considera a existência sumidouros do OD, o que justifica a baixa estimativa da concentração de saturação deste gás. Observou-se uma forte correlação entre a pressão na linha de sucção do sistema de recirculação e o valor do coeficiente de desoxigenação K*3 , que quantifica a intensidade do sumidouro. / The reaeration coefficient constitutes the main parameter used in models for the quality assessment of the preventive effect of the discharge of organic wastes on the concentration of dissolved oxygen (DO) in natural waterways. In the literature the values observed for the saturation concentration of DO in experimental procedures for determining the surface reaeration rates are generally reported as lower than the values calculated for the conditions of temperature, salinity and pressure at which the experiments were performed. This interferes significantly in the determination of surface reaeration coefficient, K2. In this work the following hypothesis is evaluated: that in these situations the water is exposed to a source of DO, which is the surface in contact with the atmosphere, as well as an DO sink, created by the pumping system. The mathematical model widely used does not consider this possibility. In this study the two kind of models were compared and the reasons for divergence were looked upon. There was a strong correlation between the pressure drop in the suction line of the recirculation system and a pseudo-coefficient of deoxygenation K*3 , which quantifies the sink intensity.

Poucos estudos são reportados na literatura sobre o comportamento dinâmico do reator UASB submetido a variações cíclicas diárias, de cargas orgânicas e hidráulicas, em períodos curtos de duração - iguais ou menores que 24h, com os quais verifica-se queda na eficiência do reator, causada pela provável flotação dos grânulos, problemas com geração de odor e alta concentração de sólidos suspensos no efluente. Para melhor compreender a resposta dinâmica desses reatores submetidos a essas variações, foi desenvolvido o modelo MMS baseado no modelo hidrodinâmico de mistura completa em reatores em série, modelo cinético de primeira ordem para consumo de substrato e para crescimento da biomassa e equacionamentos empíricos reportados na literatura. Esse modelo indicou a capacidade do reator de amortecer as variações impostas e a influência da cinética na eficiência de remoção da matéria orgânica. Para calibrar e validar o MMS, foi avaliado o desempenho de um reator UASB (160 L) no tratamento de esgoto sanitário municipal da cidade de São Carlos. Durante o período de operação, o reator foi submetido a variações senoidais cíclicas, de cargas orgânica e hidráulica, em valores inferiores e superiores a 40% e 60% da vazão afluente de 16,0 L/h. A produção média de gás metano e a eficiência média de remoção de DQO alcançadas pelo reator foram de aproximadamente: 1,83 L/h e 61% para vazão afluente de 16 L/h, TDH de 10 h e velocidade ascensional de 0,23 m/h; 2,24 L/h e 48% para variação cíclica de 40% e 2,97 L/h e 40% para variação cíclica de 60%. O MMS indicou faixa de valores para a DQO efluente com diferença em relação aos resultados observados experimentalmente - de 37% para vazão afluente constante de 16 L/h e 59% e 56% para variações senoidais cíclicas de 40% e 60% da vazão afluente, respectivamente – devido à limitação do modelo em considerar o arraste de sólidos no efluente que ocorreu ao longo de toda a operação do reator e mais acentuadamente quando foram aplicadas variações da vazão afluente. O modelo ADM1 proposto por Batstone et al.(2002a,b)apresentou menor similaridade com os resultados observados experimentalmente por não contemplar a variação horária e diária de alguns parâmetros de entrada, mas apenas a média aritmética dos valores. / There are no extensive reports on the dynamic behaviour of UASB reactor submitted to cyclical daily variations of organic and hydraulic loads of short periods of time - equal to or shorter than 24 hours - that can damage the reactor efficiency due to probable granule flotation, odor generation and high concentration of suspended solids in the effluent. Aiming to understand the dynamic response of these reactors when submitted to these variations, it was developed the MMS model based on the N-continuous flow stirred tank reactors (CSTR) in series model, first order kinetics model for substrate consumption and biomass growth and empirical equations reported in the literature. The model indicated the reactor capacity on dampening the imposed flow rate variations and the influence of the kinetics in the organic matter removal efficiency. It was evaluated the response of a UASB in bench scale (160 L) treating sanitary sewage of São Carlos city in order to calibrate and validate the MMS. During the operation, the reactor was submitted to cyclical sinusoidal variations of organic and hydraulic loads in lesser and higher values of 40% and 60% of the influent flow rate of 16 L/h. The reactor achieved mean methane production and mean COD removal efficiency of: 1,83 L/h and 61% to influent flow rate of 16 L/h, HRT of 10 h and upflow velocity of 0,23 m/h; 2,24 L/h and 48% to sinusoidal variation of 40%; 2,97 L/h and 40% to sinusoidal variation of 60%. The MMS model results indicated a range of effluent COD values with a difference of 37% to influent flow rate of 16 L/h, 59% and 56% to sinusoidal variations of 40% and 60%, respectively, in comparison with the experimental observed data. This probably occurred due to the model limitation in considering and predicting the solids washout in the effluent that was verified during all the operation, and also more significant when the sinusoidal variations were applied. The ADM1 reported by Batstone et al. (2002a,b) presented lesser similarity with the experimental observed results due to the fact that it does not consider hourly and daily variations of some input parameters, but only the arithmetical mean of the values.

Esta dissertação apresenta uma modelagem matemática do escoamento laminar em tubos de paredes permeáveis aplicada à micro-filtração de suspensões. A modelagem utilizou-se da formulação integral das equações de conservação e de funções pré- estabelecidas para o representar os campos de velocidade e de concentração ao longo do tubo permeável. As equações integrais da quantidade de movimento e da conservação das espécies químicas forneceram duas equações diferenciais ordinárias de primeira ordem para as variáveis funcionais \"n (z)\" e \"m (z)\" presentes nas funções pré-estabelecidas. Para a solução destas equações optou-se pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem devido a sua simplicidade e versatilidade conhecida da literatura. No entanto a equação para a conservação da quantidade de movimento apresentou grande instabilidade ao ser submetida à solução numérica, contornada a partir da imposição de diferentes formas de evolução para o campo de velocidade, através do funcional n(z) cujas formas de variação foram impostas segundo uma dependência linear, exponencial e polinomial. Por outro lado, a solução da equação para conservação das espécies foi numericamente convergente. De posse das funções pré-estabelecidas e ajustadas a partir da equação da conservação das espécies na forma integral, obtém-se neste trabalho os valores correspondentes para o adimensional de Sherwood, quantificando o processo de transferência de massa. Com os valores de Sherwood, os resultados desta modelagem foram comparados com os da literatura, Grober et al. (Apud Zeman & Zydney, 1996) e outros, e apresentaram-se de acordo para estudos de casos particulares, no intervalo de Peclet de 104 - 106 . / This dissertation presents a mathematical modeling of the larninar flow in permeable tubes applied to the micro-filtration of suspensions. The modeling uses of integral formulation of the conservation equations and of functions pre-established for to represent the fields of velocity and concentration along the permeable tube. The integral equations of the momentum and of conservation of the chemical species its supplied two differential ordinary equations if first order for the variables functional \"n(z)\" and \"m(z)\" presents in the pre-established functions. For the solution of these equations was opted for the method of Runge-Kutta of fourth order due to its simplicity and well-known versatility of the literature. However the equation for the conservation of the momentum presented great instability to be submitted to the numeric solution, outlined starting from the imposition forms different from evolution for the field of velocity, through the functional \"n(z)\" with lineal, exponential and polynomial dependence. However, the solution of the equation for conservation of the species was convergent numerical. Through of the pre-established functions and adjusted starting from the equation of the conservation of the species in the integral form, it was obtained in this work the corresponding values for the dimensionless of Sherwood, quantifying the process of mass transfer. With the values of Sherwood, the results of this modeling were compared with the one of the literature, Grober et al. (Apud Zeman & Zydney, 1996) and other, and they came of agreement for particular cases in the interval of Peclet of 104 the 106.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:23:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Charles Max Suderio Cavalcanti dos Santos.pdf: 8517476 bytes, checksum: b4b3d687c70730f2a9fdaa47a3c16a05 (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This master's degree research had as objective to elaborate and implement a didactic approach by means of Mathematical Modeling, investigating its application as learning environment in the construction of new meanings of algebraic content, with students from the rural area of brejo paraibano. For this reason, it was necessary to devise and implement an intervention didactics with Secondary Level students, using problem situations, basing on Barbosa (learning environment), Lesh (experimental design at multiple levels), Vygotsky (construction of meanings). The implementation of the course was held in the the Year 9 of Secondary Level for a public school, located in the town of Alagoa Nova-PB, in a class with twenty and six students in the age range of 16 to 23 years old, residing or having contact with the rural area. To check the allocation of new meanings, we used the direct observation by means of annotations in a book of field, the application of questionnaires and analysing the use of algebraic concepts and procedures in the realization of the activities implemented. These activities were based on a didactic module developed by a group of master's students of this institution, aiming to initial and continuing training of teachers in Mathematical Modeling. As a result, we have seen advances in the attribution of meaning to the concept of function and of its representations, relating this concept to situations involving revenue, expenses and profits within the model developed. We conclude that the didactic approach in addition to enabling a greater involvement of students, enables develop skills for group work in an integrated manner and attitudes to see mathematics as a tool for understanding reality. / Esta pesquisa de mestrado teve como objetivo elaborar e aplicar uma abordagem didática por meio da Modelagem Matemática, investigando sua aplicação como ambiente de aprendizagem na construção de novos significados de conteúdos algébricos, com alunos da zona rural do brejo paraibano. Para isso, foi necessária a elaboração e aplicação de uma intervenção didática com alunos do ensino fundamental, utilizando situações-problema, fundamentando-se em Barbosa (ambiente de aprendizagem), Lesh (design experimental em múltiplos níveis), Vygotsky (construção de significados). A aplicação do curso foi realizada no 9º ano do Ensino Fundamental de uma escola pública, localizada na cidade de Alagoa Nova-PB, em uma turma com vinte e seis alunos na faixa etária de 16 a 23 anos, residentes ou tendo contato com a zona rural. Para verificar a atribuição de novos significados, utilizamos a observação direta por meio de anotações em um caderno de campo, aplicação de questionários e análise do uso de conceitos e procedimentos algébricos na realização das atividades aplicadas. Estas atividades foram baseadas em um módulo didático elaborado por um grupo de mestrandos desta instituição, visando à formação inicial e continuada de professores em Modelagem Matemática. Como resultados, observamos avanços na atribuição de significado ao conceito de função e de suas representações, relacionando este conceito a situações envolvendo receitas, despesas e lucros dentro do modelo desenvolvido. Concluímos que a abordagem didática além de possibilitar um maior envolvimento dos alunos, possibilita desenvolver habilidades de trabalho em grupo de maneira integrada e atitudes de ver a matemática como uma ferramenta para conhecer a realidade.

O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto de diferentes condições de processo no preço mínimo de venda do etanol produzido via hidrólise enzimática de bagaço da canade- açúcar. Para alcançar este objetivo o trabalho foi separado em três partes, a primeira para a modelagem das reações envolvidas no processo, a segunda para o dimensionamento dos equipamentos principais e a terceira para a avaliação econômica do projeto. Dessa forma, foi realizada a modelagem cinética das reações de pré-tratamento por explosão a vapor do bagaço de cana, da hidrólise enzimática do bagaço pré-tratado e da fermentação de xilose, os modelos obtidos foram utilizados para o dimensionamento de cada sistema reacional. Os dados experimentais para o pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação de xilose foram obtidos da literatura. Todos os modelos propostos ajustaram adequadamente os dados experimentais de tal forma que os parâmetros cinéticos calculados foram estatisticamente significativos. O sistema de pré-tratamento foi projetado para operar em regime contínuo em reatores tubulares (PFR) e a hidrólise enzimática para operar em regime contínuo em reatores tipo tanque agitado (CSTR) e tubular em série. O sistema CSTR-PFR para a hidrólise enzimática é promissor para a realização desta reação, pois permite obter elevadas conversões em tempos de reação menores que aqueles necessários para os reatores CSTR. Neste sistema é possível alcançada a conversão de 74,3 % da celulose operando o CSTR e o PFR com tempo espacial de 24 h e 72 h, respectivamente. Foi possível avaliar o impacto das condições de pré-tratamento no dimensionamento do sistema de hidrólise enzimática. Além disso, o efeito da concentração inicial de bagaço e enzimas no rendimento de hidrólise enzimática foi avaliado frente aos resultados econômicos. A avaliação dos custos de capital foi realizada via curvas de custo de equipamentos. As diferentes condições de processo estudadas foram comparadas pela determinação do preço mínimo de venda do etanol (PMVE) obtido através da metodologia do lucro do empreendimento (LE). A avaliação econômica do processo mostrou que as condições que podem minimizar o PMVE são: realização do pré-tratamento a 200 °C por 5 min; realização da hidrólise enzimática com concentração inicial de celulose igual a 9,1 % (m/m) ou aproximadamente 17 % (m/m) de bagaço de cana, tempo espacial nos reatores CSTR e PFR de 24 h e 48 h, respectivamente; dosagem de enzimas igual a 40 FPU/g para celulase e 15 U/g para -glicosidase; capacidade de processamento da planta maior que 500 t/dia de bagaço (base seca) e necessariamente a utilizar da fração hemicelulósica para a produção de etanol. Operando nestas condições para uma planta com capacidade para 1000 t/dia o PMVE foi estimado em R$ 5,79 por litro. Dessa forma, este trabalho atingiu seus objetivos fornecendo subsídios para a escolha das condições mais favoráveis para a redução do PMVE, no entanto para a viabilização deste processo de produção de etanol outras configurações de processo devem ser estudas visando a redução dos custos de investimento e produção. / The main objective of this study was to evaluate the impact of different process conditions on the minimum selling price of ethanol via enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. To achieve this objective the work was separated into three parts, the first to model the reactions involved in the process, the second for the design of major equipment and the third for the economic evaluation of the project. Thus, we performed kinetic modeling of reactions pretreatment by steam explosion of bagasse, the enzymatic hydrolysis of pretreated bagasse and fermentation of xylose, the obtained models were used for the design of each reaction system. The experimental data for the pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation of xylose were obtained from literature. All the proposed models adequately fitted the experimental data so that the kinetic parameters calculated were statistically significant. The system of pretreatment is designed to operate under a continuous tubular reactor (PFR) and enzymatic hydrolysis to operate in a continuous stirred tank reactor (CSTR) and tubular in series. The CSTR-PFR system for the enzymatic hydrolysis is promising to carry out this reaction, because it offers high conversions in shorter reaction times than those required for CSTR reactors. This system can achieved 74.3% conversion of cellulose operating the CSTR and PFR with space-time 24 h and 72 h, respectively. It was possible to assess the impact of the conditions of pretreatment in the design system of enzymatic hydrolysis. Furthermore, the effect of initial concentration of bagasse and enzymes on yield of enzymatic hydrolysis was evaluated in the face of economic results. The evaluation of capital costs was done through cost curves of equipment. The different process conditions studied were compared by determining the minimum ethanol selling price (MESP) obtained through the methodology of the venture profit (VP). The economic evaluation process showed that the conditions that can minimize the MESP are: completion of pre-treatment at 200 ° C for 5 min; completion of the enzymatic hydrolysis with initial concentration of cellulose of 9.1% (w / w) or about 17% (w / w) of bagasse, time in the reactors CSTR and PFR 24 h and 48 h, respectively, enzyme dosage of 40 FPU / g for cellulase and 15 U / g for -glucosidase; capacity processing plant more than 500 tonnes per day of bagasse (dry basis) and necessarily to use the hemicellulose fraction to ethanol production. Operating in these conditions for a plant with a capacity of 1000 t / day, the MESP was estimated at R$ 5.79 per liter. Thus, this work achieved its objectives by providing subsidies to select the most favorable conditions for the reduction of MESP, but for the viability of this process of ethanol production process of other settings should be studied in order to reduce investment costs and production.

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2017-05-19T12:03:19Z No. of bitstreams: 1 2016 - Pablo Amauri Carvalho de Ara?jo e Souza.pdf: 3429164 bytes, checksum: c1da6eb8bb41fc96de0b7e5ca2a9570f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-19T12:03:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Pablo Amauri Carvalho de Ara?jo e Souza.pdf: 3429164 bytes, checksum: c1da6eb8bb41fc96de0b7e5ca2a9570f (MD5) Previous issue date: 2016-06-13 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / This work highlights the importance of well administrated vaccination as prophylactic activity, making it a key element of mathematical modeling about the spreading of an infection by Influenza H1N1 virus in a human population. The model counts with Optimal Control theory to achieve a vaccination strategy that balance infection?s prevention and your own cost in a hypothetical population exposed to a virus. The numerical solutions of ordinary differential equations systems generated by model is given via Finite Difference Method, that reveals the populational dynamics during the time while the vaccine is distributed, in various different situations of virus exposition and vaccination cost. / Este trabalho ressalta a import?ncia da vacina??o bem administrada como atividade profil?tica, tornando-a elemento chave da modelagem matem?tica do espalhamento da infec??o pelo v?rus Influenza H1N1 em uma popula??o humana. O modelo conta com a teoria de Controle ?timo para alcan?ar uma estrat?gia de vacina??o, que equilibre a preven??o da infec??o e seu pr?prio custo em uma popula??o hipot?tica exposta ao v?rus. As solu??es num?ricas dos sistemas de equa??es diferenciais ordin?rias gerados pelo modelo ficam a cargo do M?todo das Diferen?as Finitas, revelando a din?mica populacional no per?odo de tempo em que a vacina ? distribu?da, em distintas situa??es de exposi??o ao v?rus e custo da vacina??o.

Esta dissertação apresenta modelagem matemática e um método de solução numérica para problemas de conformação eletromagnética de chapas metálicas finas circulares utilizando uma bobina em espiral plana. O método foca especificamente o cálculo do campo eletromagnético gerado pela bobina e análise do circuito que modela o sistema de estampagem eletromagnética. A bobina plana é aproximada por círculos concêntricos carregando a corrente de descarga dos capacitores. Os cálculos das correntes induzidas e perfil da força eletromagnética na chapa e acoplamentos magnéticos entre a bobina e chapa metálica são realizados para o instante inicial, antes da deformação plástica da chapa. O método utiliza a lei de Biot-Savart, sendo que a solução das integrais obtidas para indução magnética é realizada através de métodos numéricos, considerando as simetrias do problema. Para verificação da modelagem matemática, da solução numérica e comprovação da viabilidade técnica deste processo, um dispositivo de estampagem eletromagnética foi desenvolvido e diversos experimentos foram realizados com chapas de alumínio. Os parâmetros investigados foram a espessura da chapa a ser deformada e a influência da presença de vácuo na cavidade da ferramenta. Os resultados experimentais demonstram concordância com os resultados da modelagem proposta. A presença de vácuo também demonstrou um incremento na deformação da chapa. A rotina desenvolvida no software Matlab fornece informações importantes para o processo e permite que se faça ajustes no dispositivo. / This dissertation presents a mathematical model and numerical method to solve the problems of electromagnetic forming of thin circular metal sheets by using a flat spiral coil. The method focuses specifically on the calculation of the electromagnetic field generated by the coil flat and circuit analysis modeling system electromagnetic forming. The flat coil is approximated by concentric circles carrying a discharge current of capacitors. The calculations of induced currents and profile of the electromagnetic force on the plate and magnetic coupling between the coil and sheet metal are made to the initial time, before the plastic deformation of the plate. The method uses the law of Biot-Savart, and the solution of the integral obtained for magnetic induction is performed by numerical methods, considering the symmetries of the problem. To verify the mathematical model, the numerical solution and proving the technical feasibility of this process, a electromagnetic forming device was developed and several experiments were made with aluminum plates. The parameters investigated were the thickness of the plate to be deformed and the influence of the vacuum in the cavity of the tool. The experimental results show agreement with the results of the proposed model. The presence of vacuum also showed an increase in the deformation of the plate. A routine developed in software Matlab provide important information for the process and allow to make adjustments on the device.