Made available in DSpace on 2017-07-21T20:31:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Patriciaad.pdf: 658891 bytes, checksum: 470ee20f3b92cc259e6d51a017684204 (MD5) Previous issue date: 2006-12-07 / This term paper proposes to argue and to analyze aspects of the Mathematical Modeling in the scope of the Mathematical Education, the teaching and learning of the Mathematics in the Basic Education s context. It presents as its central objective the analysis of the Mathematical Modeling while a differentiated educative practice for the teaching and as an investigation s leading question it seeks to identify the favored aspects of the Modeling whereas a practice that comes from the group or student s interest? By hypothesis, the disinterest for the taught subject in Mathematics provokes a deficient learning in the student s. The paper presents a general view of Mathematical Education and its perspectives for the teaching in the Basic Education facing the National Guidelines for the Elementary and High School system. It approaches the Modeling since the Pre-history until the Contemporary Age. For the central objective s achievement and other elect objectives of this investigation, it was used the explorative researches to provide a greater familiarity with the subjects that treats the Mathematical Education and Modeling. Furthermore, to become aware about the initial works characteristics of descriptive research. To get the knowledge about these initial works with the Modeling, it was used material produced by the first experiences participators in the specialization courses which were carried through in 1983/1984. It consists in the quantity of Education Laboratory of Education and Mathematical Education research LEPEM . It presents and analyzes the lived experiences with Modeling (in a public and in a private school), trying to identify aspects that constitute it as a differentiated practice developing and following the steps considered by Burak (1998/2004). The results of the experiences point to new teaching perspectives of the Mathematical Education. Word-Keys: Teaching and Learning, Modeling Mathematics, Mathematical Education, Interdisciplinary, Contextualization / This term paper proposes to argue and to analyze aspects of the Mathematical Modeling in the scope of the Mathematical Education, the teaching and learning of the Mathematics in the Basic Education s context. It presents as its central objective the analysis of the Mathematical Modeling while a differentiated educative practice for the teaching and as an investigation s leading question it seeks to identify the favored aspects of the Modeling whereas a practice that comes from the group or student s interest? By hypothesis, the disinterest for the taught subject in Mathematics provokes a deficient learning in the student s. The paper presents a general view of Mathematical Education and its perspectives for the teaching in the Basic Education facing the National Guidelines for the Elementary and High School system. It approaches the Modeling since the Pre-history until the Contemporary Age. For the central objective s achievement and other elect objectives of this investigation, it was used the explorative researches to provide a greater familiarity with the subjects that treats the Mathematical Education and Modeling. Furthermore, to become aware about the initial works characteristics of descriptive research. To get the knowledge about these initial works with the Modeling, it was used material produced by the first experiences participators in the specialization courses which were carried through in 1983/1984. It consists in the quantity of Education Laboratory of Education and Mathematical Education research LEPEM . It presents and analyzes the lived experiences with Modeling (in a public and in a private school), trying to identify aspects that constitute it as a differentiated practice developing and following the steps considered by Burak (1998/2004). The results of the experiences point to new teaching perspectives of the Mathematical Education. Word-Keys: Teaching and Learning, Modeling Mathematics, Mathematical Education, Interdisciplinary, Contextualization / Este trabalho propõe-se a discutir e analisar aspectos da Modelagem Matemática no âmbito da Educação Básica e também o ensino e a aprendizagem da disciplina nesse contexto. Apresenta como objetivo central a análise da Modelagem Matemática enquanto uma prática educativa diferenciada para o ensino de Matemática e como questão norteadora da investigação busca identificar: quais os aspectos favorecidos pela Modelagem enquanto uma prática que parte do interesse do grupo ou do aluno? Por hipótese, o desinteresse pelo assunto a ser ensinado em Matemática provoca um aprendizado deficiente no aluno. O trabalho apresenta uma visão geral da Educação Matemática e suas perspectivas para o ensino na Educação Básica frente às Diretrizes Nacionais para o Ensino Fundamental e Médio. Faz uma abordagem da Modelagem desde a Pré-história até a Idade Contemporânea. Para a consecução do objetivo central e de outros objetivos eleitos para a investigação valeu-se das pesquisas exploratórias para proporcionar maior familiaridade com os temas tratados sobre a Educação Matemática e a Modelagem Matemática e para conhecer as características dos trabalhos iniciais com a Modelagem valeu-se de algumas características das pesquisas descritivas. Para tomar ciência dos trabalhos iniciais com a Modelagem utilizou-se do material produzido pelos participantes das primeiras experiências com a Modelagem nos cursos de especialização realizado em 1983/1984, que consta no acervo da Unicentro no Laboratório de Ensino e Pesquisa em Educação Matemática - LEPEM. Apresenta e analisa as experiências vividas com a Modelagem Matemática buscando identificar aspectos que a constituam como prática diferenciada. A parte prática do trabalho consta de experiências vivenciadas no âmbito de duas escolas, uma pública e outra particular, desenvolvida seguindo os passos propostos por Burak (1998/2004). Os resultados das experiências apontam para novas perspectivas do ensino de Matemática na Educação. / Este trabalho propõe-se a discutir e analisar aspectos da Modelagem Matemática no âmbito da Educação Básica e também o ensino e a aprendizagem da disciplina nesse contexto. Apresenta como objetivo central a análise da Modelagem Matemática enquanto uma prática educativa diferenciada para o ensino de Matemática e como questão norteadora da investigação busca identificar: quais os aspectos favorecidos pela Modelagem enquanto uma prática que parte do interesse do grupo ou do aluno? Por hipótese, o desinteresse pelo assunto a ser ensinado em Matemática provoca um aprendizado deficiente no aluno. O trabalho apresenta uma visão geral da Educação Matemática e suas perspectivas para o ensino na Educação Básica frente às Diretrizes Nacionais para o Ensino Fundamental e Médio. Faz uma abordagem da Modelagem desde a Pré-história até a Idade Contemporânea. Para a consecução do objetivo central e de outros objetivos eleitos para a investigação valeu-se das pesquisas exploratórias para proporcionar maior familiaridade com os temas tratados sobre a Educação Matemática e a Modelagem Matemática e para conhecer as características dos trabalhos iniciais com a Modelagem valeu-se de algumas características das pesquisas descritivas. Para tomar ciência dos trabalhos iniciais com a Modelagem utilizou-se do material produzido pelos participantes das primeiras experiências com a Modelagem nos cursos de especialização realizado em 1983/1984, que consta no acervo da Unicentro no Laboratório de Ensino e Pesquisa em Educação Matemática - LEPEM. Apresenta e analisa as experiências vividas com a Modelagem Matemática buscando identificar aspectos que a constituam como prática diferenciada. A parte prática do trabalho consta de experiências vivenciadas no âmbito de duas escolas, uma pública e outra particular, desenvolvida seguindo os passos propostos por Burak (1998/2004). Os resultados das experiências apontam para novas perspectivas do ensino de Matemática na Educação.

Difusores podem ser empregados para extração de sacarose da cana de açúcar e da beterraba, para a extração de tanino da casca de acácia negra e para extração de óleos vegetais de plantas oleaginosas. Apesar de operarem de forma simples do ponto de vista mecânico e químico, problemas que ocorrem na sua operação comprometem a eficiência de extração. A modelagem, simulação e otimização de difusores de biomassa mostra-se essencial para melhor compreender tais problemas e propor estratégias otimizadas de projeto e operação. Nesse contexto, a tese aqui proposta tem como objetivo principal modelar e simular a operação de um difusor de biomassa de 10 estágios (Biomassa entra pelo estágio 1 e sai do difusor pelo estágio 10. A água de embebição faz o trajeto em contracorrente, i.e. entra pelo estágio 10 e sai pelo estágio 1) para, posteriormente, otimizá-lo mono e multi-objetivamente considerando a possibilidade de conexão entre todos os estágios de extração. No caso da otimização mono-objetivo, no qual uma vazão de embebição de líquido fixa é considerada, o principal objetivo da otimização consiste em maximizar a concentração de soluto no líquido que deixa o difusor a partir de mudanças aleatórias nos coeficientes de conectividade do difusor. Já para a otimização multi-objetivo, a vazão de embebição de líquido que entra no difusor é considerada variável. Sendo assim, a otimização do sistema requer a maximização de dois objetivos simultaneamente (a maximização da concentração de soluto no líquido e minimização da concentração final de soluto na biomassa) a partir de mudanças aleatórias nos coeficientes de conectividade do difusor. Além disso, visto que a minimização de problemas operacionais está relacionada com a monitoração da altura de nível de líquido no leito de fibra, diferentes sinais para detecção de presença de líquido no leito de fibras em um estágio de extração experimental foram testados. Dos resultados de simulação e otimização obtidos, podemos concluir que novas conexões entre os estágios do difusor podem otimizar o processo de extração o que contraria o senso comum segundo o qual as conexões devem ser sequenciais. No caso da otimização mono-objetivo, 82 a 89% do fluido é direcionado para o estágio seguinte ao longo dos estágios de extração (exceto para o estágio 6, no qual esse valor é de 100%). A recirculação do fluido para o mesmo estágio é mais acentuada nos estágios finais (estágios 1 a 4), apresentando o difusor otimizado 14 a 18% de recirculação do fluido para o mesmo estágio nesses estágios enquanto para os demais estágios a recirculação varia entre 0 e 11%. Já para os estágios iniciais (estágios 5, 7, 8 e 9), a recirculação do fluido para o estágio anterior apresenta maior destaque, variando de 6 a 16% enquanto para os demais estágios é de apenas 0 a 2%. O estágio 6, por sua vez, é o único que se conecta exclusivamente com o estágio seguinte. Para a otimização multi-objetivo, resultados similares foram encontrados, sendo que a probabilidade de que 85 a 100% do fluido seja circulada para o estágio seguinte está entre 93 e 99%. Em relação a recirculação para o mesmo estágio, a probabilidade de que de 0 a 15% do fluido seja recirculado varia de 58 a 79% para os estágios 1 a 4, de 49 a 55% para os estágios medianos 5, 6 e 7 e de 60 a 90% para os três últimos estágios (estágios 8, 9 e 10). Para a conexão com o estágio imediatamente anterior, a probabilidade de que de 0 a 15% do fluido seja direcionado para o estágio anterior é maior nos estágios 1, 2, 8 e 9, variando entre 31 e 38%. Para a detecção da presença de líquido no leito de fibras em um estágio de extração, dois tipos de sinais diferentes, condutividade elétrica e radiação infravermelha, foram testados. Os testes foram realizados, em um estágio de extração experimental, primeiramente apenas com água e, em seguida, com bagaço de cana. Os medidores de condutividade mostraram-se estáveis e com repetitividade quando testados com água. Já nos testes realizados com bagaço de cana, o sinal de condutividade mostrou-se insuficiente para a detecção de líquido. Para os medidores de infravermelho testados com água, os mesmos apresentaram alguns sintomas de instabilidade e variabilidade. Quando testados com cana, os medidores de infravermelho também apresentam instabilidade e variâncias distintas que dependem da posição do medidor no difusor e, consequentemente, da compactação do leito de fibra. Infere-se então que um aumento da variância do sinal pode ser um indicativo de um aumento da compactação do leito e, consequentemente, de diminuição da sua permeabilidade. / Diffusers can be used to extract sucrose from sugarcane and sugarbeet, to extract tannin from black acacia bark and to extract oil from oleaginous plants. Although they operate simply from a mechanical and chemical point of view, problems that occur in their operation can compromise the extraction efficiency. The modeling, simulation and optimization of biomass diffusers is essential to better understand such problems and propose optimized strategies for their project and operation. In this context, the main objective of the proposed thesis is to model and simulate the operation of a ten- stage biomass diffuser to later optimize it mono and multi-objectively considering the possibility of connection among all extraction stages. In the case of the mono-objective optimization, in which a fixed liquid imbibition flow rate is considered, the main objective of the optimization is to maximize the concentration of solute in the liquid that leaves the diffuser from random changes in the connectivity coefficients of the diffuser. For the multi-objective optimization, the liquid imbibition flow rate entering the diffuser is considered variable. Therefore, the optimization of the system requires the maximization of two objectives simultaneously (the maximization of the solute concentration in the liquid and minimization of the final solute concentration in the biomass) from random changes in the diffuser connectivity coefficients. In addition, since the minimization of operational problems is related to the monitoring of liquid level height in the fiber bed, different types of signals for level measurement were tested on an experimental extraction stage. From the simulation and optimization results, we can conclude that new connections among the stages of the diffuser can optimize the extraction process which runs counter to common sense that connections must be sequential. In the case of the mono-objective optimization, 82 to 89% of the fluid is directed to the next stage along the extraction stages (except for stage 6, in which this value is 100%). The recirculation of the fluid to the same stage is more pronounced in the final stages (stages 1 to 4), with the optimized diffuser having 14 to 18% of fluid recirculation for the same stage in these stages while for the remaining stages the recirculation varies between 0 and 11%. For the initial stages (stages 5, 7, 8 and 9), fluid recirculation to the previous stage is more prominent, varying from 6 to 16% while for the remaining stages it is only 0 to 2%. Stage 6, in turn, is the only one that connects only to the next stage. For the multi-objective optimization, similar results were found, with the probability of 85 to 100% of the fluid being circulated to the next stage being between 93 and 99%. Regarding recirculation to the same stage, the probability of 0 to 15% of the fluid being recirculated varies from 58 to 79% for stages 1 to 4, from 49 to 55% for the medium stages 5, 6 and 7 and from 60 to 90% for the last three stages (stages 8, 9 and 10). For the connection to the immediately preceding stage, the probability that 0 to 15% of the fluid being directed to the previous stage is greater in stages 1, 2, 8 and 9, ranging from 31 to 38%. For liquid level measurement, two different types of signals, electrical conductivity and infrared radiation were tested. The tests were first carried out only with water and then with sugarcane bagasse. Conductivity meters were stable and repeatable when tested with water. In the tests performed with sugarcane bagasse, the conductivity signal was insufficient for level measurement. For water-tested infrared meters, they have shown some instability symptoms and variability. When tested with cane, the infrared meters exhibit instability and distinct variances that depend on the position of the meter in the diffuser and, consequently, bed compactation. It can be then inferred that an increase in the signal variance can be also an indicative of increased bed compactation and, consequently, decreased bed permeability.

Brazilian commodities, such as ethanol, are looking for sustainable production to suit the international market demands. An important parameter for assessing sustainability is the carbon (C) footprint calculation of the product. Thus, studies of the variations in soil C stocks on the ethanol production are essential. Studies in relation to land use change are already been developed; however information about parameters of management changes on the sugarcane production is needed. The aim of this research was to evaluate the soil C stock in response to two main management changes in sugarcane production: i) no vinasse to vinasse application (NV-V), ii) burned to unburned harvesting system (B-UB). We also evaluated soil C stock changes in a chronosequence irrigation practices (native vegetation (NV), sugarcane irrigated 4 years (I4) and 6 years (I6), a new management in semi-arid and drought regions in Brazil which also aims high yields. Modelling approaches in order to assess long-term effects were also analysed. The NV-V transition showed higher soil C stock for V regime for topsoil layers 0-40 cm depth mainly due to the addition of organic compounds to the soil. Vinasse can also enhance biomass production and crop yield. The B-UB transition showed higher soil C stock in the UB regime from 20 to 60 cm depth due to higher organic matter accumulation from the maintenance of the straw to the field. The cumulative soil C stock for 1 metre depth had an increase of 1.1 and 0.75 Mg C ha-1 y-1 in the NV-V and B-UB transitions, respectively. From modelling was observed that V and UB sites had an increase of soil C stock by 2150, being a difference of 2.8 and 23 Mg ha-1 in the equilibrium state between NV-V and B-UB regimes, respectively. In the irrigation practices, the I4 showed higher soil C stock than NV in the 20 to 40 cm; while I6 was lower than NV in the 50 to 100 cm depth. Simulated long-term analyses showed increase of topsoil C stock of 12 and 13 Mg ha-1 for I6 and I4 area, respectively, compared to NV on 2100. The results in this study are pioneers in relation to soil C stock studies in the management transitions and irrigation practices. This information may be used as a basis for public policies decision which dealing of the land use and global warming / Commodities brasileiras, como o etanol, estão à procura de uma produção sustentável para atender às exigências do mercado internacional. Um parâmetro importante para avaliar a sustentabilidade é o cálculo da pegada de carbono (C) do produto. Assim, os estudos sobre as variações nos estoques de carbono do solo (ECS) sobre a produção de etanol são essenciais. Estudos em relação à mudança no uso da terra já estão sendo desenvolvidos; no entanto informações sobre parâmetros de mudanças de manejo na produção de cana de açúcar são necessárias. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o ECS em resposta a duas principais mudanças de manejo: i) não vinhaça para aplicação de vinhaça (NV-V), ii) sistema queimado para não queimado (B-UB). Mudanças de ECS também foram avaliadas em sistemas de irrigação em cronoseqüência: vegetação nativa (NV), cana de açúcar irrigada por 4 anos (I4) e por 6 anos (I6). Modelagem matemática para avaliar o efeito a longo prazo também foi analisada. A transição NV-V apresentou maior ECS para o regime V em 40 cm de profundidade, devido principalmente à adição de compostos orgânicos ao solo. A vinhaça também pode aumentar a produção de biomassa e rendimento da cultura. A transição B-UB apresentou maior ECS no regime UB em 20-60 cm de profundidade devido ao acúmulo de matéria orgânica a partir da manutenção da palha no campo. O ECS acumulado para 1 metro de profundidade obteve um aumento de 1,1 e 0,75 Mg C ha-1 y-1 nas transições NV-V e B-UB, respectivamente. A partir de modelagem foi observado que os regimes V e UB obteve um aumento de ECS em 2150, sendo uma diferença de 2,8 e 23 Mg ha-1 no estado de equilíbrio para os regimes NV-V e B-UB, respectivamente. Nas práticas de irrigação, o I4 foi superior ao NV nos 20 a 40 cm; enquanto que I6 foi inferior a NV na profundidade de 50 a 100 cm. As análises de simulação a longo prazo mostraram um aumento de ECS de 12 e 13 Mg ha-1 para as áreas I6 e I4, respectivamente, em comparação com NV em 2100. Os resultados deste estudo são pioneiros em relação aos estudos de ECS nas mudanças de manejo e práticas de irrigação. Esta informação pode ser usada como base para a decisão de políticas públicas que lidam com o uso da terra e do aquecimento global

A liofilização é um método de conservação utilizado para a obtenção de produtos desidratados de alta qualidade. É um processo que requer tempo e energia, podendo levar dias para terminar se o ciclo de liofilização não for otimizado. O objetivo da otimização do processo de liofilização é minimizar o consumo de energia e reduzir o tempo de processo, sem que ocorra a perda na qualidade do produto liofilizado. A utilização de modelos matemáticos que predizem o comportamento do produto durante a liofilização pode reduzir drasticamente o número de experimentos, além de determinar variáveis importantes que não podem ser medidas experimentalmente. Tecidos biológicos são produtos sensíveis que se submetidos à altas temperaturas podem sofrer alterações irreversíveis. O estudo da liofilização do pericárdio bovino tem como objetivo sua conservação, facilitando sua manipulação e armazenamento. O objetivo deste projeto foi o uso da teoria fenomenológica que envolve a liofilização, com a utilização de parâmetros essenciais determinados por experimentos de laboratório, para guiar o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de descrever a dinâmica do processo de liofilização do pericárdio bovino para, através de seu estudo e da análise das características do produto liofilizado, alcançar a validação do processo. O estudo do congelamento na liofilização do pericárdio bovino foi feito, determinando-se os tempos de processo e o conteúdo de umidade residual do produto seco. A modelagem matemática do processo foi apresentada a partir da determinação de taxas de sublimação por microscopia óptica acoplada à liofilização, sob diferentes pressões de câmara e taxas de aquecimento de placa. Os produtos liofilizados foram avaliados quanto à manutenção de suas propriedades físicas. Os resultados mostraram que o congelamento lento com tratamento térmico apresentou curto tempo de liofilização e baixo valor de umidade residual do produto final. O modelo matemático demonstrou a liofilização do pericárdio bovino e o produto não apresentou alterações em suas propriedades físicas após o processo. Sendo assim, validou-se a técnica de microscopia óptica acoplada à liofilização na determinação da taxa de sublimação durante a liofilização do pericárdio bovino e validou-se o processo através da modelagem matemática. / Freeze-drying is a method of preservation that provides high-quality dehydrated products. It is a process that requires time and energy and it may take days to finish. Freeze-drying optimization is used to minimize the process time keeping the high quality of the product. Mathematical models that predict the behavior of products during freeze-drying can drastically reduce the number of experiments and determine variables in a study that could not be experimentally measured. Biological tissues are sensitive to heat and might be irreversibly modified. The study of bovine pericardium freeze-drying improves its handling and storage. The purpose of this project was to determine key parameters which served to guide the development of a mathematical model able to describe the bovine pericardium freeze-drying process and achieve its validation. The study of the freezing step in the bovine pericardium freeze-drying was done by analyzing the time of the process and the residual moisture content of the dried product. Mathematical modeling of the process was shown from the determination of sublimation rates by freeze-drying microscopy under different chamber pressures and heating rates. The freeze-dried products were evaluated for the maintenance of their physical properties. The results revealed that slow freezing with thermal treatment had short process time and low residual moisture of the final product. The mathematical model demonstrated the bovine pericardium freeze-drying and the product indicated no change in their physical properties after the process. Thus, the freeze-drying microscopy analysis was validated in determining the sublimation rate during the bovine pericardium freeze-drying and the process was endorsed through mathematical modeling.

Com o avanço dos computadores pessoais, problemas técnicos complexos, antes restritos aos grandes centros de pesquisas internacionais, passam a ser acessíveis pelas mais diversas áreas do conhecimento, como as engenharias e em particular a Engenharia Química. Fenômenos físicos são representados matematicamente por equações diferenciais, que na maioria das vezes não possuem solução analítica possível. O CFD ( Computer Fluid Dynamics) é uma técnica numérica iterativa, que busca a solução destas equações diferenciais através da discretização do domínio estudado e das equações que governam o fenômeno envolvido. Neste trabalho, através de um software especialista de CFD, o ANSYS CFX 11.0, foi simulado o transporte de massa e momento de um soluto traçador, o Cloreto, presente no sal Cloreto de Sódio, em um meio poroso. Em seguida, os resultados desta simulação foram comparados e validados por um experimento de transporte de massa numa caixa de areia. / With the advance of the personal computers, complex technical problems, before restricted to the huge centers of international researches, have become more accessible by many areas of the knowledge, like the engineering and in particular the Chemical Engineering. Physical phenomena are represented mathematically by differentials equations, which most of the time do not have possible analytical solution. CFD (Computer Fluid Dynamics) is an iterative numeric technique, which search the solution of these differentials equations through both discretization of the studied domain and the equations that govern the involved phenomenon. In this work, through a CFD\'s specialist software, ANSYS CFX 11.0, it was simulated the mass and momentum transport of a solute tracer, Chloride, present in Sodium Chloride, in a porous media. After this, the simulations results were compared and validated in a mass transport experiment in a sand box.

A unidade de coqueamento retardado é um processo térmico de conversão, utilizado pelas refinarias, para converter cargas residuais em produtos de baixo peso molecular e com alto valor agregado (gases, nafta e gasóleo) e coque verde de petróleo. Um pequeno aumento no rendimento líquido da unidade de coqueamento retardado proporciona benefícios económicos consideráveis, especialmente no destilado líquido. A concorrência no mercado, as restrições sobre as especificações do produto e gargalos operacionais exigem um melhor planejamento da produção. Portanto, o desenvolvimento de novas estratégias e modelos matemáticos, focados em melhores condições de operação do processo industrial e formulações de produtos, é essencial para alcançar melhores rendimentos e um acompanhamento mais preciso da qualidade do produto. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de modelo matemático do conjunto forno-reator do processo de coqueamento, a partir de informações obtidas em uma planta industrial. O modelo proposto é baseado na caracterização da carga e dos produtos em pseudocomponentes, modelos cinéticos de grupos e condições de equilíbrio liquido-vapor. Além disso, são discutidos os principais desafios para o desenvolver o modelo matemático do forno e do reator, bem como a caracterização rigorosa do resíduo de vácuo e dos produtos para determinar os parâmetros que afetam a morfologia do coque e a zona de reação no interior do reator de coque. / The delayed coke unit is a thermal conversion process, used by the crude oil refineries, to convert residual feedstocks into products of low molecular weight and high aggregated value (gases, naphtha and gasoil) and green coke. A small increase in the net yield in the delayed coke unit results in considerable economic benefits, particularly in the liquid distillates. The market competition, the restrictions on the product specifications and the operational bottlenecks require a better production planning. Therefore, the development of new strategies and mathematical models, focused in better industrial process operating conditions and product formulations, is essential to achieve better yields and a more precise product quality monitoring. The objective of this work is the development of a furnace-reactor mathematical model of the delayed coke process based on industrial plant information. The proposed model is based on the feed and product characterization as pseudo components, group kinetical models and liquid-vapor equilibrium. Furthermore, the main challenges to develop the furnace and reactor mathematical model are discussed, as well as the vacuum residual and the coke unit products rigorous characterization to determine the parameters that impact the coke morphology and the reaction zone inside the coke reactor.

Desde sua criação por Ferranti, cerca de 50 anos atrás, as tecnologias de projeto e de fabricação das Máquinas de Medir a Três Coordenadas evoluíram muito. Entretanto, ainda é possível fabricar equipamentos livres de erros. Para garantir a acuracidade das medições realizadas é necessário que se conheça tais erros e que rotinas de compensação sejam implementadas. O levantamento dos erros de qualquer equipamento é feito através de procedimentos de calibração. Entretanto, devido à complexidade das MM3Cs, ainda não existem procedimentos internacionalmente aceitos, por usuários e fabricantes, para avaliar o desempenho metrológico desses equipamentos. Técnicas normalizadas existentes, a exemplo, JIS B 7440 de 1987, B89.4.1 de 1997, VDI/VDE 2617 de 1986 entre outras, propõem testes de desempenho que na maioria das vezes superestimam os erros da MM3C. Além disso, dificultam a rastreabilidade para quaisquer condições de medição diferente daquelas em que foi realizado o teste. Assim, diante do exposto, este trabalho tem por objetivo principal apresentar um novo modelo de sintetização de erros para MM3Cs, o Modelo Reduzido de Sintetização de erros. Este modelo possui equações de sintetização, para Ex, Ey e Ez, reduzidas, em comparação à outros modelos conhecidos, necessita de pequeno tempo na calibração o que reduz o custo desta atividade, possibilita o diagnóstico das fontes de erros e garante a rastreabilidade dos erros calculados. / Since the introduction of coordinate measuring machines by Ferranti in late fifties, the CMM design and manufacturing technology have enormously developed. Nevertheless, it is stile impossible to produce mechanical devices that are exempted from errors. In order to ensure measurements accuracy, it becomes necessary to understand such errors and establish compensation routines. The errors survey of any piece of equipment is performed by means of calibration procedures. However, due to the complexity of CMMs, there are not, until the present time, procedures that are internationally accepted by uses and manufactures to evaluate the metrological performance of this sort of equipment. Current standardized techniques, for instance, JIS B 7440 from 1987, B89.4.1. from 1997, VDI/VDE 2617 from 1986, among others, propose performance tests that usually overestimate CMM errors. Furthermore, they obstruct traceability to whatever measurement condition that is different from the ones used to perform the test. This being the case, the aim of this work comprises the presentation of the new error sinthetization model. This model deals with sinthetization equations for Ex, Ey and Ez that are reduced if compared to other known models, requires short calibration periods, reducing its expenses, allow the determination of the sources of errors and ensures traceability of calculated errors.

Esta pesquisa tem como principal objetivo apresentar uma análise do comportamento dos elementos passivos mais utilizados para compensação reativa e na composição dos filtros passivos sintonizados: os capacitores de potência. Tal análise foi focada na comparação de resultados obtidos via simulação computacional com os resultados oriundos de ensaios laboratoriais em ambiente controlado, servindo de base para estabelecer os limites de validade do modelo computacional hoje implementado em softwares comerciais de simulação de fluxo de carga e fluxo de harmônicos de uso bastante difundido no ambiente industrial. Os resultados alcançados demonstram que o modelo clássico de capacitores apresenta uma excelente precisão quando operando em condições ideais. Porém, quando operando na presença de situações adversas às ideais, o modelo demonstrou possuir limitações que serão devidamente reportadas neste documento. / This research has as aim to present a behaviors analysis of the electrical power capacitors which are used for reactive compensation and in the tuned harmonic passive filters. Such analysis was focused on the results comparison obtained via computer simulation with the results obtained in laboratory tests done in a controlled environment, providing the basis to establish the validity limits of the computational model implemented in today\'s commercial load flow and harmonic flow software simulation widespread use in industrial environments. Results show that the classical model capacitor has excellent accuracy when operating under ideal conditions. However, when operating in presence of adverse situations the classical model has demonstrated limitations that will be duly and reported in this work.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos fenomenológicos capazes de descrever a cinética de oxidação química e enzimática de ligninas de palha e bagaço de cana, obtidas por diferentes processos. A oxidação química foi realizada utilizando-se lignina de bagaço de cana obtida por explosão a vapor e por polpação Acetosolv. As reações se processaram em 4 temperaturas (50, 70, 90 e 115 °C) e o fluxo de oxigênio foi mantido constante a 60 mL/min. O meio reacional foi composto por 0,5 g de lignina, 100 mL de ácido acético glacial, 1,6 mL de HBr (47% p/v), 0,05 g de acetato de manganês (II), 0,42 g de acetato de cobalto (II) e 10 mL de anidrido acético. A cinética da reação foi acompanhada por medida de absorbância a 280nm. O modelo foi proposto considerando a cinética de ordem n e incorporando a equação de Arrhenius, que relaciona a constante de velocidade com a energia de ativação e a temperatura do sistema. A integração dos modelos foi feita utilizando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem e o ajuste dos parâmetros foi realizado segundo o método de Levenberg-Marquardt. A validade estatística do ajuste dos modelos foi avaliada pelo método de análise de variância. Os valores de energia de ativação obtidos foram 9099 ± 947 J/mol para a lignina de explosão a vapor e 785 ± 55 J/mol para a lignina acetosolv. A constante cinética K apresentou valor 6,62 ± 1,3 para a lignina de explosão a vapor e 0,0184 ± 0,0035 para a lignina acetosolv. A ordem de reação encontrada foi 1,22 ± 0,12 para a lignina de explosão a vapor e 1,19 ± 0,06 para a lignina acetosolv. A oxidação enzimática foi realizada utilizando lignina de palha e bagaço de cana e 4 extratos enzimáticos: extrato de maçã, extrato de maçã reutilizado, extrato de batata e enzima comercial NOVOZYM 51003. As reações se processaram em solução tampão fosfato 50 mmol/L (pH 7,6) e 1,4-dioxano, 3:1(v/v), no volume total de 30 mL. Foram utilizados 300 mg de lignina, 15 mL de extrato enzimático, 0,1% de glicerol e 30 mL/min de O2. A cinética da reação foi acompanhada pela medida de absorbância a 265, 280 e 320nm. O modelo foi proposto com base na cinética de Michaelis-Menten e foi capaz de reproduzir os dados experimentais. A consideração da cinética enzimática forneceu valores de correlação melhores que os obtidos em outros trabalhos, que não consideraram a cinética enzimática na modelagem. A formação dos grupos -carbonílicos, monitorada a 280nm, foi, em geral, a reação que apresentou maior constante de velocidade. Foi observado que o binômio C-ks é importante para a cinética da reação e a reação enzimática que apresentou maior afinidade enzima-substrato foi a de formação de grupos carboxílicos, monitorada a 320nm, para a oxidação com extrato de maçã. A oxidação enzimática da lignina de bagaço apresentou comportamento cinético diferente da lignina de palha, evidenciando que há diferenças estruturais entre essas ligninas não elucidadas ainda. / This work proposed phenomenological mathematical models capable of describing chemical and enzymatic oxidation kinetics of sugarcane straw and bagasse from different processes. Chemical oxidation was realized using sugarcane bagasse lignin obtained by steam explosion and acetosolv pulping. The reactions were carried out under 4 different temperatures (50, 70, 90 and 115 °C) and the oxygen flux was maintained constant at 60 mL/min. The reaction medium was formulated using 0.5 g lignin, 100 mL glacial acetic acid, 1.6 mL HBr (47% w/v), 0.05 g manganese acetate (II), 0.42 g cobalt acetate (II) and 10 mL acetic anhydride. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 280 nm. It was proposed a model considering n-order kinetics and incorporating Arrhenius equation, which relates rate constant to activation energy and system temperature. Models integration was made using fourth-order Runge-Kutta method and parameters adjustment was realized according to Levenberg-Marquardt method. The statistical validity of model adjustments was assessed using analysis of variance method. For activation energy, the values obtained were 9099 ± 947 J mol-1 for steam explosion lignin and 785 ± 55 J mol-1 for acetosolv lignin. The kinetic constant K obtained was 6.62 ± 1.3 for steam explosion lignin and 0.0184 ± 0.0035 for acetosolv lignin. The reaction order found was 1.22 ± 0.12 for steam explosion lignin and 1.19 ± 0.06 for acetosolv lignin. Enzymatic oxidation was realized using sugarcane straw and bagasse and 4 enzyme extracts: apple extract, recovered apple extract, potato extract and commercial enzyme NOVOZYM 51003. The reactions were carried out in phosphate buffer solution 50 mmol L-1 (pH 7.6) and 1,4-dioxane, 3:1 (v/v), in a 30 mL total volume. The medium composition was 300 mg lignin, 15 mL enzyme extract, 0.1% glycerol and 30 mL/min O2. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 265, 280 and 320 nm. The model proposed was based on Michaelis-Menten kinetics and it was able to reproduce the experimental data. The consideration of the enzyme kinetics in modeling provided better correlation values than those from other works, which do not consider enzyme kinetics. Formation of -carbonyl groups, monitored at 280 nm, was generally the reaction that presented the higher rate constant. It was observed that the binom C-ks is important for reaction kinetics; the enzyme reaction that showed the greatest enzyme-substrate affinity was that one responsible for carboxyl groups formation, monitored at 320 nm, for recovered apple extract. Enzymatic oxidation of bagasse lignin presented a different kinetic behavior from straw lignin, providing evidences that there are differences between these two lignins that still remain unclear.

Nas indústrias de celulose, o processo dominante é a polpação Kraft. A polpação ou o cozimento de madeira em digestores constitui a operação central da produção de celulose, onde se processam as reações de deslignificação dos cavacos de madeira. Em geral, aí os modelos são empíricos e baseados em experimentos em escala de laboratório, e o \"scale-up\" para nível de digestores industriais torna-se tedioso e às vezes impraticável, pelo número de experimentos necessários e pela dificuldade de reprodução de todas as condições operacionais. Propõe-se neste trabalho um modelo matemático de polpação Kraft de eucalipto. O modelo consiste num sistema de equações diferenciais parciais que descrevem os efeitos combinados da cinética de polpação e da difusão de reagentes, como um reator de mistura perfeita com fases heterogêneas. Apresentam-se as previsões das simulações, comparam-se seus valores com dados experimentais. Este modelo é heterogêneo e difere dos modelos homogêneos usualmente propostos para a polpação. O primeiros permite uma abordagem das influências da espessura, massa específica e porosidade de cavacos, e também da difusão de reagentes nos cavacos durante a polpação. O presente trabalho dá ainda alguns exemplos de aplicação e tece comentários quanto ao modelo. / Kraft pulping is the dominant process f the pulp industry. The pulping of wood in digesters is the central operation of the pulp production, which consists of the delignification of the wood chips. Usually, the models of the delignification are empiricals and derived from laboratory scale experiments . The scale-up for industrial applications is tedious and sometimes impracticable, requiring a large number of experiments and presenting difficulty in reproducing all the operational condictions. The present work suggests a mathematical model for the Kraft pulping of the eucalyptus. This model consists of a system of partial differential equations describing the combined effects of the pulping kinetics and the diffusion of reactants, in form of continuous stirred tank reactor with heterogeneous phases. The prediction of the values given by simulation and their comparison with experimental data are presented. Differing from the homogeneous model, the heterogeneous allows an approach to estimate the influence of the chip thickness, density, porosity and that of the diffusion of the reactants in the chips, during pulping. The present work gives further some examples of application and comments on the model.