Este trabalho de dissertação objetiva uma proposta metodológica para a análise da relação entre cenários futuros de disponibilidade hídrica superficial e demanda hídrica, levando-se em consideração a evolução dos fatores intervenientes à oferta hídrica superficial e à demanda hídrica, segundo a narrativa de cenários tendenciais de propagação dos padrões históricos de evolução destes fatores e a narrativa de cenários alternativos. Esta análise é feita através de um balanço hídrico entre disponibilidade hídrica e demanda hídrica. Esta proposta metodológica é aplicada sobre a região de abrangência da UGRHI do Tietê-Jacaré, e esta aplicação objetiva contribuir para a elaboração do plano da bacia da UGRHI em questão. Os fatores intervenientes à oferta hídrica superficial dizem respeito às variáveis meteorológicas, que influem diretamente no regime de precipitações, e aos padrões estatísticos históricos de evolução das precipitações. Os fatores intervenientes à demanda hídrica dizem respeito às variáveis sócio-econômicas e parâmetros tecnológicos de eficiência dos usos múltiplos dos recursos hídricos. Ambos os cenários, tendenciais e alternativos, narram a evolução destes fatores intervenientes à disponibilidade hídrica superficial e demanda hídrica nas dimensões climática e sócio-econômica. Na dimensão climática são propostos dois cenários de evolução dos fatores intervenientes à disponibilidade hídrica: o cenário climático tendencial (CCT) e o cenário climático alternativo. O cenário CCT é uma propagação futura dos padrões estatísticos históricos de evolução dos regimes de precipitações. Para este cenário são geradas séries sintéticas de precipitação, sobre a região ora em estudo, a partir da aplicação de um modelo estocástico linear. O cenário CCA leva em consideração os efeitos regionais das projeções de mudanças climáticas do cenário A1F (IPCC, 2000) para a região ora em estudo. Para este cenário são inferidos os efeitos da projeção de aumento da temperatura, sobre as séries geradas, através de relações empíricas regionais e conceituais de algumas variáveis meteorológicas que influem sobre o comportamento do regime de precipitações. Para a estimativa da disponibilidade hídrica superficial, segundo os dois cenários climáticos supracitados, foi usado o modelo HEC-HMS 2.1 (USACE) de modelagem e simulação de processos de chuva-vazão. Na dimensão sócio-econômica são propostos dois cenários de evolução dos fatores intervenientes à demanda hídrica: o cenário sócio-econômico tendencial (CSET) e o cenário sócio-econômico alternativo (CSEA). O cenário CSET é uma propagação futura dos padrões estatísticos históricos de evolução dos fatores sócio-econômicos e parâmetros tecnológicos intervenientes à demanda hídrica. O cenário CSEA leva em consideração os efeitos regionais das projeções de mudanças sócio-econômicas do cenário A1F (IPCC, 2000) para a região ora em estudo. Como ferramenta computacional para a estimativa de evolução dos fatores intervenientes à demanda hídrica foi desenvolvido, pelo autor dessa dissertação, o modelo MDSA ( Modelo de Demanda Setorial por Recursos Hídricos) baseado na metodologia do modelo NoWUM (Nordeste Water Use Model) (GAISER, T. et al., 2003). O resultado principal deste trabalho de dissertação foi obtido quando da comparação entre os cenários de disponibilidade hídrica superficial e demanda hídrica. Para todos os cenários comparativos foi constatada a evolução para uma situação crítica da relação entre disponibilidade hídrica superficial e demanda hídrica, principalmente nos períodos de estiagem de chuvas, ou períodos de recessão dos escoamentos superficiais. A ocorrência futura da situação crítica, ou escassez hídrica, varia de acordo com a maior ou menor pressão sobre os recursos hídricos, de acordo com os cenários sócio-econômicos, e de acordo com uma disponibilidade maior ou menor de chuvas sobre a região ora em estudo, de acordo com os cenários climáticos. Embora se possa esperar e seja evidente, de forma intuitiva, a ocorrência da escassez hídrica, a proposta, deste trabalho de dissertação, é a elaboração de uma metodologia, ou conjunto de métodos, para a estimativa quantitativa das variáveis de oferta e disponibilidade e demanda hídrica em todas as dimensões espacial e temporal. / This work aims a methodological proposal for the analysis of future scenarios of surface water availability and water demand, being taken into consideration the evolution of the intervening factors of surface water availability and water demand, according to the narrative of trend scenarios of propagation of the historical standards, and the narrative of alternative scenarios. This methodological proposal is applied on the region of the UGRHI of Tietê-Jacaré, and this objective application is to contribute for the elaboration of the watershed plan of the UGRHI. The intervening factors to superficial water availability concern to the meteorological variables that influence directly in the precipitation regimen and to the historical statistical standards of evolution of precipitations. The intervening factors to the water demand concern to the socioeconomic variables and technological parameters of efficiency of the multiple uses of the water resources. Both scenarios, trend and alternative, tell the evolution of these intervening factors into the superficial water availability and water demand in the climatic and socioeconomic dimensions. In the climatic dimension two scenarios of evolution of the intervening factors to the water availability are considered: the climatic tendency scenario (CCT) and the climatic alternative scenario (CCA). The scenario CCT is a future propagation of the historical statistical standards of evolution of regimes of precipitations. For this scenario synthetic precipitation series are generated, on the region in study, from the application of a linear stochastic model. The scenario CCA takes in consideration the regional effect of the projections of climatic changes of scenario A1F (IPCC, 2000) for the region in study. For this scenario the effect of the projection of increase of the temperature are inferred, on the generated series, through regional and conceptual empirical relations of some meteorological variables that influence on the behavior of the precipitation behavior. For the estimate of the superficial water availability, according to two above-mentioned climatic scenarios, the model HEC-HMS 2,1 (USACE) of modeling and simulation of hydrological processes was used. In the socioeconomic dimension two scenarios of evolution of the intervening factor to the water demand are considered: the tendency socioeconomic scenario (CSET) and alternative socioeconomic scenario (CSEA). Scenario CSET is a future propagation of the historical statistical standards of evolution of the socioeconomic factors and intervening technological parameters to the water demand. Scenario CSEA takes in consideration the regional affect of the projections of socioeconomic changes of scenario A1F (IPCC, 2000) for the region in study. As a computational tool for the estimate of the evolution of the intervening factors to the water demand it was developed the MDSA model (Model of Sectorial Demand for Water Resources) based in the methodology of the NoWUM model (Northeast Water Use Model) (GAISER, T. et al.). The main result of this work was gotten when of the comparison between the scenarios of superficial water availability and water demand. For all the comparative scenarios were evidenced the evolution for a critical situation of the relation between superficial water availability and water demand, mainly in the periods of no rains, or periods of contraction of the superficial drainings. The future occurrence of the critical situation, or water scarcity, varies in accordance to the greater or minor pressure on the water resources, in accordance with the socioeconomic scenarios, and in accordance with a bigger or lesser availability of rains on the region in study, in accordance with the climatic scenarios. Although if it can wait and either evident the occurrence of the water scarcity, the proposal, of this work, is the elaboration of a methodology, or set of methods, for the quantitative estimate of the variable of availability and water demand in all the space and temporal dimensions.

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_DayanadeGusmao_D.pdf: 2154026 bytes, checksum: e32b975351a41b8db49a6edaf30ad20d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Para a evolução da ciência e melhoramento na qualidade de vida, o uso da tecnologia é imprescindível para solucionar os problemas relacionados com o uso desenfreado dos recursos naturais e poluição ambiental. A substituição de recursos não renováveis tem se apresentado como uma solução alternativa, na qual uma nova rota para a produção de ácido propanóico está inserida nesses preceitos. Atualmente a larga escala de produção do ácido propanóico advém da rota petroquímica, e a utilização da glicerina para a produção de ácidos orgânicos se tornou uma alternativa para amenizar os danos sensíveis ao meio ambiente. No entanto, a tese apresentada retrata de uma alternativa de síntese do ácido propanóico por rota fermentativa, neste são apresentadas as etapas do processo, desde a matéria-prima ao produto final. Neste âmbito surgem os estudos de análise e seleção do meio de cultura apresentando o direcionamento na escolha de alguns sais, do extrato de levedura e da concentração de glicerina em relação ao rendimento, eficiência e conversão em ácido propanóico, nesse estudo foi possível obter um rendimento de 80% na produção do ácido propanóico, uma eficiência de 99 % e conversão de 67 % para as concentrações de 20 g/L para a glicerina, 15 g/L para o extrato de levedura, 3 g/L para o NH4H2PO4 (g/L) e 1 g/L de KH2PO4 (g/L); o desenvolvimento de um processo inovador e de alto potencial industrial que foi realizado através de um processo de fermentação anaeróbica parcial na qual houve um consumo total do reagente alimentado e 100% de rendimento, obtendo como produto final da fermentação o ácido propanóico e o ácido succínico, quando comparada com a fermentação convencional no qual foi obtido apenas o ácido propanóico e apresentado resíduo no final do processo, o substrato; o estudo da influência do efeito combinado da concentração de ácido propanóico e da temperatura no processo fermentativo em que foi possível obter de 83 a 97 % de rendimento e uma conversão de 100% utilizando a temperatura de 30 ºC; a escolha do modelo e estimativa dos parâmetros cinéticos em função da temperatura, onde os parâmetros cinéticos foram calculados para o modelo não estruturado e não segregado através do método de otimização por algoritmo genético obtendo uma maior reprodutibilidade para as faixas de estudo; e a separação do ácido propanóico do meio fermentado utilizando um sistema evaporativo através do destilador molecular, neste o meio fermentado obtido foi facilmente separado através do pré-tratamento por separação sólido-líquido e obtida a separação do ácido propanóico dos demais componentes do meio fermentado no condensador externo na pressão de 100 mbar e temperatura de 130 °C / Abstract: For the evolution of science and improvement in quality of life, the use of technology is essential to solve the problems related to the rampant use of natural resources and environmental pollution. The substitution of non-renewable resources has emerged as an alternative solution, in which a new route for the production of propionic acid is inserted in these precepts. Today the large scale production propionic acid comes from petrochemical route, and the use of glycerin to produce organic acids has become an alternative to mitigate the environmentally sensitive damages that are a priori, a requirement for actually possible remain competitive in the market. However, the thesis presented portrays an alternative synthesis of propionic acid by fermentative route, this are the steps of the process, from raw material to finished product. In this context the study of analysis and selection of culture media presenting the guidance in the choice of some salts, yeast extract and glycerin concentration in relation to the performance, efficiency and conversion in propionic acid, this study arise was possible to obtain a yield 80% propionic acid in the production of an efficiency of 99% and 67% conversion for the concentration of 20 g / L glycerin, 15 g / L of yeast extract, 3 g/L NH4H2PO4 to (g/L) and 1 g / L of KH2PO4 (g/L); the development of a novel and high potential industry process was carried out through a process of anaerobic fermentation part in which there was complete consumption of the supplied reagent and 100% yield, obtained as an end product of fermentation propionic acid and succinic acid compared with conventional fermentation in which was only obtained propionic acid and the residue submitted at the end of the process the substrate; the study of the influence of the combined effect of concentration and temperature propionic acid in the fermentation process it was possible to obtain 83-97% conversion and a yield of 100% using a temperature of 30 °C; the choice of the model and estimation of kinetic parameters depending on the temperature, where the kinetic parameters were calculated for the model unstructured and not segregation by the method of optimization by a genetic algorithm for obtaining greater reproducibility study tracks; and separating propionic acid fermentation broth using an evaporative system through the molecular still, in the fermentation medium was readily obtained by separate treatment by solid-liquid separation and separation of the obtained propionic acid from the other components of the fermentation broth external condenser at a pressure of 100 mbar and temperature of 130 °C / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Orientadores: Francisco Maugeri Filho, Daniel Ibraim Pires Atala / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T00:40:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Farias_Daniele_D.pdf: 6531706 bytes, checksum: 72d6eac9b0705d092d687f0e643efe07 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A produção biotecnológica de etanol de segunda geração (2G) mediante o cultivo de Scheffersomyces stipitis a partir de pentoses de hidrolisados hemicelulósicos de resíduos agroindustriais é de grande interesse econômico. Isso porque esse processo pode agregar valor a estes resíduos, possibilitando substituir os combustíveis fósseis, além de promover um aproveitamento mais completo dos materiais. Somando-se a isso, a utilização de meios fermentativos com alta concentração de substrato é de grande interesse para a indústria, pois diminui de forma significativa o volume das dornas e da vinhaça. As grandes quantidades de etanol no meio consomem menos energia no processo de extração. Porém, esta alta concentração de etanol inibe o processo, surgindo necessidade do mesmo ser retirado do meio enquanto é produzido. A utilização de técnicas de extração melhora o desempenho do processo. O uso do evaporador flash possibilita usar altas concentrações de açúcares, o que tem como consequência maior produção de etanol, reduzindo o custo da destilação. Diante disto, o objetivo dest trabalho foi o de desenvolver uma tecnologia alternativa para transpor os gargalos hoje existentes na produção de etanol 2G a partir de pentoses através de um processo fermentativo com retenção de células, acoplado a um evaporador a vácuo tipo flash. O protótipo proposto possibilitou investigar a produção de etanol a partir de xiloses, em processo utilizando alta concentração celular de S. stipitis. A razão do emprego desta tecnologia se deve à baixa tolerância do micro-organismo ao etanol e à baixa produtividade. Inicialmente foram realizados estudos visando investigar os efeitos inibitórios da concentração de etanol e de substrato no comportamento cinético da linhagem S. stipitis. Para tal, foram realizados experimentos no modo batelada e contínuo, com concentração de substrato variando na faixa de 7,5 a 145 g.L-1. Os resultados comprovaram o forte efeito inibitório sobre a velocidade específica de crescimento celular, de consumo de substrato e de etanol produzido quando administradas elevadas concentrações de substrato, bem como quando acumulados altas concentrações de etanol. Com base nestes dados foi desenvolvido um modelo matemático misto, o qual combina os modelos de Andrews e Levenspiel para descrever os efeitos inibitórios da concentração de substrato e etanol, respectivamente. O modelo cinético foi capaz de descrever satisfatoriamente o perfil cinético dos dados experimentais.. Fez-se uma análise de sensibilidade paramétrica através do auxílio de um planejamento Plackett-Burman usando o software Statistica, variando os parâmetros cinéticos e avaliando o efeito desta variação nos perfis de concentração celular, substrato e etanol. Os parâmetros idenficados como mais relevantes do modelo foram ?max, Pmax, Yx, n e Yp/x, os quais foram escolhidos para serem re-estimados sempre que houverem mudanças nas condições operacionais. Com intuito de aprimorar a produção de etanol pela linhagem S. stipitis, realizaram-se experimentos no modo batelada alimentada. Esta estratégia é utilizada para evitar a repressão catabólica do micro-organismo, bem como para assegurar uma alimentação ótima de substrato no reator. Operar o sistema com esta estratégia resultou em elevados rendimentos e produtividades para este tipo de processo. A máxima concentração de etanol obtida foi de 46 g.L-1, obtidas para concentração de xilose no meio de alimentação de 200 g.L-1. O rendimento e a produtividade foram 1.1 e 2.3 vezes superiores do que quando operados experimentos no modo batelada simples. Por fim, para testar a operacionalidade da tecnologia desenvolvida foram realizados experimentos com o intuito de avaliar a eficiência do `retentostato extrativo a vácuo¿. O efeito tóxico promovido pelo etanol em altas concentrações foi minimizado pela extração intermitente em tanque flash operado a vácuo. Esta estratégia permitiu manter uma baixa concentração de etanol no meio fermentativo (~25-35 g.L-1) e uma concentração alcóolica no condensador de 40 °GL. A máxima produtividade em etanol obtida o sistema desenvolvido foi de 1 g.L-1.h-1, obtido com 100 g.L-1 de xilose no meio de alimentação, valor este 4.35 vezes maior quando comparado aos cultivos no modo batelada simples. A tecnologia proposta aqui pode contribuir para aprimorar futuras pesquisas na produção de etanol 2G por meio do desenvolvimento de processos de baixo custo em escala industrial / Abstract: The biotechnological production of second generation ethanol (2G) through the cultivation of Scheffesomyces stipitis on pentoses obtained from hemicellulose hydrolyzates of agro-industrial wastes is of great economic interest. This is because, this process can add value to these wastes, replace fossil fuels, and promote a complete recovery of materials. Adding to this, the use of fermentation media with high concentration of substrate is of great interest to industry because it reduces significantly the volume of reactors and vinasse. Large amounts of ethanol in the culture medium consume less energy in the extraction process. However, this high concentration of ethanol inhibits the process, so its remotion during fermentation is advisable. The use of extraction techniques improves the performance of the process. The use of flash evaporator allows the use of high concentrations sugars, which results in increased production of ethanol, reducing the cost of distillation. Facing this, the objective of this study is to develop an alternative technology to bridge the currently existing bottlenecks in the production of 2G ethanol from pentoses through a fermentatiton process with cell retention, coupled to a vaccum evaporator type flash. With the proposed prototype, ethanol production from xyloses was studied in a process utilizing high cell concentration of S. stipitis. The reason for the use of this technology is due to the low tolerance of this strain to ethanol as well as the low productivity. Initial studies were conducted in order to investigate the inhibitory effects of ethanol and substrate concentrations in the kinetic behavior of the strain S. stipitis. To promote this, experiments were performed in batch and continuous mode, with substrate concentration ranging from 7.5 to 145 g.L-1. The results showed a strong inhibitory effect promoted on the specific growth rate, substrate consumption and ethanol production when high initial substrate concentrations were administered, leading to high concentrations of ethanol. Based on these experimental data, a mixed mathematical model that combines models of Andrews and Levenspiel to describe the inhibitory effect prmoted by substrate and ethanol concentrations, respectively, has been proposed. The kinetic model was able to satisfactorily describe the kinetic profile of the experimental data. However, mathematical modeling of kinetic parameters is a difficult task and it consumes a considerable period of time. A parametric sensitivity analysis was performed with the aid of a Plackett-Burman design using the Statistic software. The kinetic parameters were varied and the effect of this variation was evaluated in the cell, substrate and ethanol concentration profiles. The most relevant model parameters were ?max, Pmax, Yx, n and Yp/x, which were chosen to be re-estimated whenever there are changes in the operation conditions. In order to enhance the 2G ethanol production by strain S. stipitis, experiments were performed in fed-batch mode. This strategy was used to avoid the catabolic repression of this strain as well as to ensure optimal substrate feeding to the reactor. The operate of the system whit this strategy resulted in high concentrations of ethanol with high yields and productivities. The maximum ethanol concentration achivied was 46 g.L-1 obtained for xylose concentration in the feed medium of 200 g.L-1. The yield and productivity were 1.1 and 2.3 times higher than when operated in the batch mode. Finally, experiments were conducted to test the effectiveness of the technology developed in order to evaluate the efficiency of `extractive retentostato vacuum¿. The toxic effect caused by high ethanol concentrations was minimized by intermittent extraction in the flash tank operated on vacuum. This strategy allowed maintaining a low concentration of ethanol in the fermentation medium (~25 ¿ 35 g.L-1) and an alcohol concentration in the condenser at 40°GL. The maximum ethanol productivity obtained was 1 g.L 1.h-1, obtained with 100 g.L-1 of xylose in the feed medium, and this value was 4.35 times higher compared with experiments performed in bacth mode. The technology proposed here may contribute to enhance future research in 2G ethanol production through the development of processes for low cost industrial scale / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Edson Antonio da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:27:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_WilsonJuniordos_M.pdf: 2752404 bytes, checksum: 248dc6b0dc41a48205f35d33ca05b0f7 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A folha da mangueira (Mangifera indica L.) é uma fonte potencial de antioxidantes naturais, os quais possuem efeitos benéficos na saúde humana e evitam a deterioração de alimentos. No entanto, os métodos tradicionais para extração desses compostos bioativos têm com principal desvantagem o uso de solventes tóxicos, como o metanol e a acetona. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a extração de antioxidantes da folha da mangueira utilizando técnicas de extrações em uma e duas etapas com solventes GRAS (Generally Recognized As Safe). A extração em uma etapa foi realizada com dióxido de carbono supercrítico, água e etanol. As temperaturas e pressões do dióxido de carbono supercrítico variaram entre 40 e 60 °C e 150 e 250 bar, respectivamente. As extrações com água e etanol foram feitas a 40 °C por 24 horas. A extração em duas etapas foi empregada através da combinação da extração supercrítica com a extração convencional. Neste caso, os resíduos das extrações supercríticas a 40 °C foram submetidos a uma nova extração com água ou etanol. Todos os extratos foram caracterizados quanto ao rendimento de fenólicos totais e a quantidade de mangiferina. A atividade antioxidante de todos os extratos foi determinada pelos métodos ORAC e DPPH. O solvente mais eficiente na extração dos compostos antioxidantes foi o etanol. Os resultados obtidos com o CO2 supercrítico foram superiores aos reportados na literatura, no entanto, foram baixos quando comparados às demais técnicas utilizadas neste trabalho. Na extração aquosa, o pré-tratamento da matriz vegetal com CO2 supercrítico a 40 °C e 150 bar aumentou em 65% o rendimento de fenólicos totais e 25% o rendimento de mangiferina, enquanto que o pré-tratamento a 40 °C e 250 bar propiciou um aumento de 30 e 75% (método ORAC e DPPH, respectivamente) na atividade antioxidante. No entanto, na extração etanólica, o pré-tratamento com CO2 não apresentou nenhuma influência significativa nos resultados. Finalmente, em todos os extratos, a atividade antioxidante apresentou correlação positiva com o rendimento de fenólicos totais, indicando que os fenóis são os principais antioxidantes da folha da mangueira / Abstract: The mango (Mangifera indica L.) leaf is a potential source of natural antioxidants, which have beneficial effects on human health and prevent food deterioration. However, the traditional methods to extract these bioactive compounds have as main drawback the use of toxic solvents, such as methanol or acetone. In this context, this work aimed at the antioxidants extraction of mango leaves using extraction techniques in one and two steps with GRAS (Generally Recognized As Safe) solvents. Single step extractions were performed with supercritical carbon dioxide, water and ethanol. Temperatures and pressures of supercritical carbon dioxide were between 40 and 60 °C and 150 and 250 bar, respectively. The extractions with water and ethanol were carried out in batches at 40 °C for 24 hours. Two-step extraction was applied combining supercritical extraction with conventional extraction. In this case, residues of supercritical extraction at 40 °C were submitted to an another extraction with water or ethanol. All extracts were analyzed for phenolic compounds content and the amount of mangiferin. The antioxidant activity was determined by ORAC and DPPH methods. The most efficient solvent in the antioxidant extraction was ethanol. The results obtained with supercritical CO2 were higher than those reported in literature, however, were low when compared to other techniques used in this study. In aqueous extraction, the pre-treatment of the vegetable matrix with supercritical CO2 at 40 °C and 150 bar increased approximately 65% the yield of the total phenolics and 25% the yield of mangiferin, whereas pre-treatment at 40 °C and 250 bar resulted in an increased of 30 and 75% (method ORAC and DPPH, respectively) in antioxidant activity. However, in ethanolic extraction, pre-treatment with CO2 showed no significant influence on the results. Finally, in all extracts, the antioxidant activity was positively correlated with the yield of total phenolics, indicating that phenols are the main antioxidants of the mango leaves / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Luiz Carlos de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-18T20:01:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zabeu_LeandroJoseLopes_M.pdf: 17571606 bytes, checksum: 1534dc736c9956b69842ff908bb80bcc (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As edificações em geral estão sujeitas ao efeito do fogo, que impõe ações térmicas para as suas estruturas, modificando o seu comportamento, degradando os materiais constituintes, resultando na redução da capacidade portante. No caso das indústrias, é normal a existência de compartimentações que permitem a independência entre as diversas instalações e processos. Estas divisões são garantidas por elementos corta-fogo, sejam estes horizontais, representados pelas lajes, ou verticais, garantidos através de paredes. As características mínimas funcionais das edificações são determinadas pelas legislações estaduais, que orientam e determinam a necessidade de compartimentações, quanto às necessidades estruturais, e são complementadas pela NBR15.200:2004. Essas orientações visam apenas a remoção dos ocupantes das edificações, sem se preocupar com a resposta das estruturas e na maneira que reagem ao efeito da energia térmica. Em algumas instalações industriais compartimentadas, apesar de uma unidade ser paralisada devido a um incêndio, as unidades contíguas devem continuar sua operação normal. Entretanto as normas em vigor não contemplam esta utilização da estrutura durante e após o tempo de resistência ao fogo - TRRF. Neste trabalho foi realizado através da modelagem numérica de uma edificação industrial, executada em concreto armado, de uma subestação abrigada composta de três células contíguas onde são instalados equipamentos utilizados na distribuição de energia elétrica. Tais equipamentos são resfriados a óleo e sujeitos ao incêndio, e em caso de sinistro em alguma unidade as demais devem permanecer em serviço. Através da variação das diversas metodologias executivas em concreto armado (estrutura pré-moldada isostática, pré-moldado hiperestático e moldado in-loco), foi observado o comportamento global da estrutura. Esta variação da metodologia executiva reflete diretamente na rigidez das ligações e da estrutura. A análise do comportamento estrutural foi realizada através da comparação entre os resultados de dimensionamento, desempenho, bem como a influência no custo unitário. Finalmente foi sugerida uma opção de concepção estrutural para uma edificação que apesar de sujeita a um sinistro, deve permanecer em condições de atender a sua utilização / Abstract: The buildings in general are subject to the effects of fire, which imposes thermal actions for their structures, by modifying their behavior, degrading the constituent materials, resulting in a lower load bearing capacity. In industries, it is normal the existence of compartmentalization that enable independence among different facilities and processes. These divisions are guaranteed by the stop fire elements, whether horizontal, represented by the slabs, or vertical, secured through firewalls. The minimum functional characteristics of the buildings are determined by state laws that guide and determine the need for partitioning, and structural needs are complemented by NBR15.200: 2004. These guidelines are intended only to remove the occupants of buildings, without worrying about the response of structures and the way they react to the effect of thermal energy. In some Compartmentalized industrial facilities, even if one unit is paralyzed due to a fire, contiguous units should continue its normal operation. However the current rules do not contemplate this use of the structure during and after the time of fire resistance - TRRF determined by the rules. This research was conducted through numerical modeling of an industrial building, executed in concrete, housed in a substation consisted of three contiguous cells where are installed the equipment used in electricity distribution. Such devices are oil-cooled and subjected to fire, in case of accident in some unit, the others must remain in service. By varying the different executive methodologies in reinforced concrete structure (pre-shaped isostatic, hyperstatic precast and cast in-place) was observed the overall behavior of the structure. This change in executive methodology directly reflects the stiffness of the structure and connections. The analysis of the structural behavior was conducted by the comparison of the results of scalability, performance, and the influence on unit cost. Finally an option was suggested for the structural design of a building which, although subject to a claim, must remain able to meet its use / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T15:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LopesFilho_ClaudioHartkopf_M.pdf: 1796245 bytes, checksum: 6df0518799ef2b63443cdacb8d02837f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho desenvolve um modelo computacional para simulação do comportamento de uma célula a combustível do tipo PEM. O modelo foi desenvolvido usando equações físico-químicas e ajuste de parâmetros baseados em resultados experimentais - os quais foram tirados da literatura, pois não foram conduzidos testes práticos em laboratório - sendo capaz de determinar o valor de variáveis de saída importantes como potencia elétrica, tensão de saída e rendimento energético, assim com outros parâmetros de desempenho, como a razão de excesso de oxigênio, a partir de variáveis de entrada. O sistema completo foi dividido em diversos subsistemas, permitindo a análise dinâmica dos principais estados internos. O sistema de controle proposto e desenvolvido via inversão do modelo matemático. da célula. Dada a complexidade do modelo completo, sua divisão em diversos sub-sistemas permite a inversão de cada bloco isoladamente, de acordo com princípios da representação energética macroscópica (energetic macroscopic representation, EMR) e a construção de um controlador completo. No caso de subsistemas que possuem equacionamento não linear, o processo de inversão e obtido iterativamente via um algoritmo de busca repetitiva usando uma função Lyapunovcandidata construída a partir da equação que descreve o subsistema. Este controlador mostra excelentes resultados em simulação frente as não linearidades inerentes do sistema / Abstract: In this work we develop a computational model for the dynamical behavior simulation of a PEM fuel cell. The model was developed using physical and chemical equations and parameter fitting based on experimental data - which were obtained from literature. - being capable of predicting the value of important output variables as power, output tension and system efficiency, as well as other parameters like the oxygen excess ratio. The complete system was divided in several sub-systems, allowing dynamical analysis of the most important internal states. The proposed control system is obtained by the inversion of the fuel cell mathematical model. Given the model's complexity, each internal sub-system is inverted according the principles of energetic macroscopic representation (EMR) and all inverted controllers are integrated into the full system controller. In order to invert the mathematical model of non-linear sub-systems a interactive repetitive search algorithm is proposed, using Lyapunov-candidate functions based on the dynamic equations created for each sub-system. This control system shows good results in simulation when facing the fuel cell system non-linearity / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meza_ElisangeladosSantos_D.pdf: 7739913 bytes, checksum: 108f0e9d65aebb5c6a368f2a3379c054 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Em um estudo completo da solidificação, a transferência de calor e a transferência de massa são duas componentes que devem ser analisadas. Este trabalho inicia-se com o levantamento de fatores que podem influenciar a modelagem matemática da transferência de calor em sistemas de solidificação unidirecional. Dados experimentais, obtidos através da solidificação unidirecional vertical de ligas binárias hipoeutéticas dos sistemas Al-Cu, Al-Fe, Al-Ni e Al-Si, foram utilizados para analisar os fatores de influência: coeficiente de redistribuição de soluto (k'), intervalo de solidificação, coeficiente global de transferência de calor (hg), temperatura inicial do líquido (Tv) e leis de liberação de calor latente. Primeiramente, a análise de k' envolveu duas abordagens: a tradicional encontrada na literatura em que se assume um valor constante para todas as ligas dentro da faixa hipoeutética de composições; e uma outra em que se usa um software de termodinâmica computacional (Thermo-Calc) para se obter o valor de k' para cada liga. Cada abordagem foi utilizada para se calcular as propriedades termofísicas (calor específico, densidade e condutividade térmica) decorrentes de funções dependentes de k'. Ainda dentro das propriedades termofísicas, o calor latente foi analisado utilizando-se valores da literatura e valores obtidos pelo Thermo-Calc. Ligas com intervalos de solidificação estreitos foram analisadas em modelos matemáticos da literatura para verificação de consistência de resultados simulados. O hg é um parâmetro de entrada nos modelos de simulação que pode ter um perfil constante ou variável com relação ao tempo. De forma semelhante, a temperatura inicial do líquido ao longo do comprimento do lingote também foi analisada com perfil constante e variável. Leis de liberação de calor latente propostas na literatura como a de Scheil e de Clyne-Kurz tiveram seus reflexos térmicos comparados. Adicionalmente, amostras de ligas de diferentes composições dos sistemas Al-Cu e Al-Fe foram utilizadas para o levantamento de perfis de microssegregação e as previsões teóricas de distribuição de solutos obtidas por equações de Scheil e Clyne-Kurz foram avaliadas. Como as duas formulações tiveram suas previsões aquém dos dados experimentais, foi proposta uma nova equação experimental neste trabalho que incorpora a influência da cinética de solidificação nos perfis de microssegregação. A última etapa do trabalho consistiu em analisar os limites de validade de dois modelos matemáticos da literatura, um com abordagem analítica e outro com abordagem numérica. Para se combinar as qualidades de cada modelo, foi desenvolvida no presente trabalho uma versão mista (híbrida), e seu desempenho avaliado frente às soluções analítica e numérica e resultados experimentais / Abstract: A deeper understanding of solidification phenomena requires both heat and mass transfer phenomena analyses. The first step of this work was to determine the factors affecting the heat transfer modeling during one dimensional solidification. Experimental data from Al-Cu, Al-Fe, Al-Ni and Al-Si binary hypoeutectic alloys, upwardly solidified, have been used to investigate the following influence factors: partition coefficient (k'), solidification range, global heat transfer coefficient (hg), initial melt temperature profile and forms of latent heat release. The first one, k', involved two approaches: the standard form reported by published works in which k' is assumed invariable within the hypoeutectic range of alloys compositions; and another form which used computational thermodynamics software (Thermo-Calc) to determine k' for any specific alloy composition. Each approach was applied to ascertain thermophysical properties (specific heat, density and thermal conductivity) as dependent functions in k'. In addition, latent heat values obtained both from the literature and determined by the Thermo-Calc software were analyzed. Solidification simulations of alloys with narrow solidification ranges were performed by mathematical models from the literature in order to verify the results consistency. hg is an input parameter of numerical models which can assume constant or variable profiles along time. Similarly, the melt temperature profile was also analyzed considering constant and variable profiles along the ingot length. Thermal responses influenced by different latent heat release formulas reported in the literature, such as the Scheil and Clyne-Kurz approaches, were put on comparison. In addition, several samples were taken from Al-Cu and Al-Fe alloys ingots, cast with different compositions, in order to determine experimental microsegregation profiles. Theoretical solute distribution predictions furnished by Scheil and Clyne-Kurz equations were compared with the experimental data. Since the predictions of both equations did not match the experimental microsegregation profiles, a new experimental equation has been proposed in this work taking into account the influence of solidification kinetics. The last part of this work consisted on analyzing the scope of applicability of analytical and numerical mathematical models from the literature. In order to combine the qualities of each model, a hybrid version has been developed and its performance was evaluated by comparing its predictions with those provided by the analytical and numerical solutions, and with experimental results / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Rubens Maciel Filho, Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:59:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RafaelRamosde_D.pdf: 13239438 bytes, checksum: 3878b0150588cf72948be14b3f7dec47 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho é modelar um processo de produção de etanol a partir da fermentação de hidrolisado enzimático de bagaço concentrado com melaço de cana-de-açúcar. Para este propósito, foram realizadas 23 fermentações em batelada com e sem reciclo de células em várias temperaturas: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. O reciclo visa avaliar a influência da exposição da levedura S. cerevisiae ao hidrolisado contendo inibidores (especialmente ácido acético) por longos períodos de tempo, e com altas concentrações celulares. Para cada temperatura a primeira fermentação foi realizada com inóculo fresco e realizaram-se no mínimo 4 reciclos. Inicialmente avaliou-se um modelo desenvolvido em trabalho anterior (ANDRADE, 2007) para fermentação de melaço de cana. Este modelo não foi capaz de descrever novas fermentações na presença de alterações da matéria-prima, nem mesmo quando o substrato era melaço de uma safra diferente. Devido ao grande número de parâmetros (11) no modelo, desenvolveu-se uma metodologia de re-estimação, na qual os parâmetros mais sensíveis eram reajustados, e os menos sensíveis mantidos fixos, tornando a re-estimação mais simples. Para isso fez-se uma análise de sensibilidade paramétrica através de planejamentos de Plackett-Burman usando o software STATISTICA, variando os parâmetros cinéticos e calculando seus efeitos nos perfis de concentração de células, substrato e etanol. Os parâmetros mais relevantes nos perfis foram ?máx, Pmáx, Yx e Yp/x, os quais foram escolhidos para serem reajustados quando se alterava o substrato. Com o reajuste desses 4 parâmetros, foi possível descrever os dados experimentais da fermentação de melaço de nova safra com precisão. O mesmo algoritmo de re-estimação foi utilizado para ajuste dos parâmetros do modelo de fermentações de caldo hidrolisado concentrado com melaço. Além dos 4 parâmetros definidos como mais importantes (?máx, Pmáx, Yx ,Yp/x), re-estimou-se também o parâmetro Xmáx, já que no desenvolvimento do modelo original não foi considerado reciclo de células, havendo baixa concentração de biomassa. Acrescentou-se, ainda, ao modelo original, um termo para levar em conta a inibição por ácido acético, logo estimaram-se também os parâmetros relacionados. Após re-estimação dos parâmetros usando um algoritmo de otimização quasi-Newton desenvolvido em COMPAQ VISUAL FORTRAN, realizou-se nova análise de sensibilidade para verificar se os parâmetros mais sensíveis continuavam sendo os mesmos. Neste caso, o ?máx deixou de ser xviii relevante se a análise fosse feita no tempo final de fermentação, porém realizando análise de sensibilidade em diferentes tempos, mostra-se que ?máx tem efeito nos perfis do modelo no início da fermentação. Foi possível desenvolver um modelo preciso que descreveu as fermentações em batelada com e sem reciclo de células em função da temperatura mantendo 11 dos 13 parâmetros (ajustados a partir de dados de fermentação de hidrolisado concentrado com melaço) fixos. Apenas os parâmetros Yx e Yp/x tiveram valores diferentes para as fermentações com reciclo / Abstract: The objective of this paper is to model a process of ethanol production from sugarcane bagasse hydrolysate concentrated with molasses. For this purpose, experimental data were obtained from 23 batch fermentations with and without cells recycle in different temperatures: 30, 32, 34, 36 e 38 °C. The recycle aims to evaluate the influence of exposing the yeast S. cerevisiae to the hydrolysate inhibitors (specifically acetic acid) for long time periods, and under high cell concentrations. For each temperature the first fermentation was performed with fresh inoculum and at least 4 recycles were carried out. Initially a model developed in a previous work (ANDRADE, 2007) for sugarcane molasses fermentation was evaluated. This model was not able to describe new fermentations in the presence of changes of raw material, not even when the substrate was molasses from a different harvest. Due to the large number of parameters (11) in the model, a re-estimation methodology was proposed, in which the most sensitive parameters were adjusted and the less sensitive were kept fixed, making the re-estimation easier. A parametric sensitivity analysis through Plackett-Burman designs was performed, using the software STATISTICA, by varying the kinetic parameters and calculating their influence on the profiles of cell, substrate and ethanol concentrations. The most relevant parameters in the profiles were ?max, Pmax, Yx and Yp/x, which were chosen to be re-estimated when there was change in the substrate. With the re-estimation of these four parameters, it was possible to describe the experimental data from fermentation of molasses from a new harvest accurately. The same re-estimation algorithm was used to adjust the parameters of the fermentation of hydrolysate concentrated with sugarcane molasses. In addition to the 4 parameters defined as most important (?max, Pmax, Yx, Yp/x), Xmax was also re-estimated, since the development of the original model did not consider recycling of cells, which resulted in a low biomass concentration. A term to account for the inhibition by acetic acid was added to the original model, so the related parameters were also estimated. After the parameters re-estimation using a quasi-Newton optimization algorithm developed in COMPAQ VISUAL FORTRAN, a new sensitivity analysis was carried out to verify if the most sensitive parameters remained the same. In this case, ?max had no influence if xx the analysis was performed at the end of the fermentation, but by performing the sensitivity analysis at different times, ?max was shown to influence the model profiles at the beginning of fermentation. It was possible to develop an accurate model that described the batch fermentations with and without cells recycle as a function of temperature keeping 11 of the 13 parameters (adjusted from data of fermentation of hydrolyzate concentrated with molasses) fixed. Only the parameters Yx and Yp/x had different values for the fermentation with recycle / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Wilson Castro Ferreira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bonin_MarcelaReinecke_M.pdf: 5073504 bytes, checksum: 92897b9bed642cb21cafa8ec4126888b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo central desta Dissertação de Mestrado é propor um Modelo Matemático Minimalista para explicar a Dinâmica Forrageadora das Formigas que possa ser desenvolvido em outros modelos, dependendo dos comportamentos analisados. No primeiro capítulo foi feito um levantamento bibliográfico de Modelos Matemáticos Básicos de Dinâmica de Populações que descrevem comportamentos e que podem ser interpretados de diferentes maneiras e, consequentemente, aplicados a uma ampla variedade de situações biológicas. Os modelos abordados neste capítulo são: Modelo de Decaimento Poisson-Malthus (Reação Unimolecular de Decaimento); Modelo de Ação de Massas (Holling I); Modelo de Reações Enzimáticas (Michaelis-Menten); Modelo Presa Predador de Holling II e Holling III. No Capítulo 2 foram abordadas a etologia e a sociobiologia das formigas que serviram como fundamentos para a construção dos modelos propostos no Capítulo 3. Simulações numéricas foram realizadas para confirmar a coerência dos modelos com dados biológicos. As três primeiras, e mais simples, simulações foram realizadas levando-se em consideração somente as interações entre os grupos de formigas (internas, escoteiras, exploradoras e recrutadoras), comparando a importância do recrutamento para o forrageamento. Uma quarta simulação levou em consideração a degradação e volatização dos feromônios nas trilhas, e as duas últimas simulações mostram como a variação na quantidade de alimento (seja ela linear ou cíclica) influenciam na dinâmica populacional das formigas. Observou-se, contudo, que é possível fazer pequenas adequações no modelo proposto para que ele se adapte a diferentes situações, sejam elas provenientes de variações comportamentais das formigas ou variações ambientais. Além disso, é importante destacar que modelos similares, com as devidas interpretações e alterações, podem ser aplicados à dinâmica de outras populações sociais, bactérias, insetos sociais e além deles / Abstract: The main goal of this Dissertation is to propose and analyze minimalistic Mathematical Model to explain the social phenomema arising during Ant Colony Foraging. In the first chapter we review some of the basic mathematical models of Population Dinamics that describe fundamental interactive social processes which can be interpreted in many diferent ways and thus, are applied to construct a wide variety of biological situations. The models covered in this chapter are: Poisson-Malthus Model (Unimolecular Reaction); Law of Mass Action (Holling I); Enzimatic Reaction Model (Michaelis-Menten); Predator-Prey Models (Holling II and Holling III). In Chapter 2 we discuss the ethology and sociobiology of ants that serve as foundations for the construction of the proposed models in Chapter 3. Numerical simulations were performed to confirm the consistency between the mathematical models and the social organization of foraging ants, comparing the importance of recruiting in foraging. Simulations also took into account volatilization and degradation of pheromones from the trails. The last two simulations showed how the change of the food resources (either linearly or cyclic) influence the population dynamics of the ants. It was observed, also, that it is possible to make small adjustments to the proposed model so that it can be adjusted to different situations, whether from ants behaviour changes or environmental variations. Furthermore, it is important to highlight that similar models, with appropriate interpretation and modification, can be applied to other social populations dynamics, bacteria, social insects and beyond / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Made available in DSpace on 2014-06-12T22:57:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo1319_1.pdf: 9508440 bytes, checksum: 2d130e75c074b1bdb7ad5408b98dabd3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / O sistema de modelos SisBaHiA foi utilizado para analisar a circulação hidrodinâmica e o potencial de transporte de partículas da região costeira dos municípios de Recife e Jaboatão dos Guararapes durante o verão austral. Na primeira parte do trabalho, os resultados do modelo hidrodinâmico foram comparados com os dados experimentais obtidos em campo com o perfilador de correntes Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Para isso foram traçados, perpendicularmente à linha de costa, 13 perfis de correntes, eqüidistantes a 1 km e limitados por isóbatas de 15 m com o uso da carta náutica n° 930. Os vetores resultantes de velocidade da corrente marítima foram calculados a partir das componentes vetoriais horizontais de corrente (U e V) para cada estágio de maré (baixa-mar e preamar) e escala de profundidade (superfície, meio e fundo da coluna d água) de cada perfil. A análise comparativa mostra que o modelo representou melhor a situação real na superfície da coluna d água nas áreas sul e central do domínio modelado durante a baixa-mar e a preamar, respectivamente. Estes resultados se devem à batimetria mais detalhada nestas áreas e à profundidade da coluna d água para os respectivos estágios de maré. Posteriormente, foram analisados os resultados numéricos. Tais resultados evidenciaram que as correntes foram mais intensas nos estágios de maré mais energéticos (vazante e enchente) e na parte sul da área de estudo, devido à forte influência da foz do rio Jaboatão. As intensidades mais baixas ocorreram durante os estágios de maré preamar e baixa-mar, como também próximo à costa, sobre os bancos de recifes submersos (regiões com pouca profundidade), e nas áreas de transição de sentido de corrente. As direções das correntes superficiais durante a enchente foram preponderantemente para SO. Os demais estágios de maré (preamar, vazante e baixa-mar) apresentaram correntes para NO em quase toda a área de estudo, apresentando próximo à área estuarina vetores de corrente para O (preamar e vazante) e SO (baixamar). No meio e no fundo da coluna d água, as direções das correntes durante a preamar e enchente foram para NO, SO e NE ao norte, sul e extremo leste da área de estudo respectivamente. Já durante a baixa-mar e a vazante, as direções preponderantes das correntes foram NE (em quase toda a área de estudo) e SO (na área estuarina). Na segunda parte do trabalho, duas simulações de transporte Lagrangeano foram realizadas em Barra de Jangadas (aporte continental e litorâneo) para retratar o transporte de sedimentos na área de estudo. A pluma de sedimentos permaneceu no domínio modelado durante dois dias, sendo conduzida principalmente pelo movimento oscilatório da maré