Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2261.pdf: 6647837 bytes, checksum: 5f3d49f4f65a3ec465ca7904f635b5f9 (MD5) Previous issue date: 2009-02-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / Using the classical molecular dynamics simulations, Perovskites systems composed by oxides (ABO3), in particular SrTiO3 and CaTiO3, were performed. The titanates are easily prepared as polycrystalline ceramics; chemically and mechanically stable they can be characterized in various temperature and pressure conditions. These provide us reliable experimental results for construction and consolidation of theoretical models. Another important fact is that these materials have wide variety of technological applications and many important properties as well as the phase transitions arising from the effect of temperature and pressure. That can be explored to understand the interactions among its constituents. The effective interatomic potential used has the same functional form of the potential proposed by Vashishta and Rahman and it s composed by the sum of terms Coulomb interaction, van der Waals, esthereometric and dipole-induced. The system was treated in (N, V, E) and (N, P, H) ensembles to verify the influence of temperature and pressure application on structural and dynamics properties of perovskites. The method used allowed us to describe various properties such as thermal expansion coefficient, angles distribution, coordination number, elastic properties, pair distribution function, density of vibrational states, Debye-Waller factor and so on. The phase transitions of systems were explored showing fantastic results. / Utilizando o método da Dinâmica Molecular clássica foram realizadas simulações de sistemas perovskitas formados por óxidos (ABO3), em particular SrTiO3 e CaTiO3. A vantagem em trabalhar com estes materiais é que os titanatos são facilmente preparados como cerâmicas policristalinas, são química e mecanicamente muito estáveis, o que torna possível caracterizálos em várias condições de temperatura e pressão, nos proporcionando resultados experimentais confiáveis para construção e consolidação de modelos teóricos. Outro fato importante é que estes materiais possuem ampla aplicabilidade tecnológica além de propriedades como transições de fase decorrentes do efeito de temperatura e pressão que podem ser exploradas para o melhor entendimento das interações entre seus constituintes. O potencial interatômico efetivo utilizado possui a mesma forma funcional dos potenciais propostos por Vashishta e Rahmann sendo composto pela soma dos termos de interação de Coulomb, de van der Waals, estereométrica e carga-dipolo induzido. Os sistemas foram tratados nos ensembles microcanônico (N,V,E) e isobárico-isoentálpico (N,P,H) para verificação da influência da temperatura e aplicação de pressão em suas propriedades estruturais e dinâmicas. O método empregado nos permitiu descrever de maneira satisfatória várias propriedades como coeficiente de expansão térmica, distribuição de ângulos, número de coordenação, propriedades elásticas, função distribuição de pares, densidade de modos vibracionais, fator de Debye-Waller entre outros. O comportamento dos sistemas na região em que ocorrem as transições de fase também foi explorado apresentando resultados fantásticos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6341.pdf: 7602740 bytes, checksum: fec817279e952ea68e2131f1d4d86d90 (MD5) Previous issue date: 2014-07-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / The objective of this study was to evaluate the microstructure and the mechanical properties of hot extruded bars and cold rotary swaging wires of an AA7050 alloy. The ingot for the mechanical conformation operations was obtained by spray forming using machining chips from an aircraft manufacturer as raw material. The microstructural characterization of the final and intermediaries products (deposit and extruded bar) was performed by optical microscopy and scanning electron microscopy; the mechanical characterization was done by tensile tests. The deposit obtained by spray deposition was submitted to hot compression tests with the aim to obtain the parameters of a constitutive equation for predict the hot deformation behavior in two different conditions homogenized and without any treatment. The process route adopted showed to be effective to eliminate the porosity produced by the spray process, and also to refine the microstructure, resulting in mechanical properties meeting the requirements of the standard of this alloy for aircraft applications. The extruded bar and the rotary swaged wires presented both slant and cup-cone fracture, being this phenomena kept after the age treatment in the extruded products, which was attributed to the occurrence of preferential crystalline orientation of the grains during extrusion. This preferential orientation was not removed during the solution heat treatment before aging; on the other hand, the wires were completely recrystallized during solution heat treatment and this phenomenon has disappeared. Hot compression tests were performed with the aim of describe constitutive equations of the material behavior in both conditions previously to conformation (homogenized and without previously homogenization treatment). The hot compression test reveals distinct behaviors of dynamic recovering/hardening during the tests. / O objetivo deste trabalho foi o de avaliar a microestrutura e as propriedades mecânicas de barras extrudadas a quente e forjadas rotativamente a frio de uma liga AA7050. O lingote para as operações de conformação mecânica foi produzido por conformação por spray a partir de sucata proveniente da usinagem de componentes aeronáuticos. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura, a caracterização mecânica foi realizada por meio de ensaios de tração. O depósito obtido na conformação por spray foi submetido a ensaios de compressão a quente a fim de se obter equações constitutivas do comportamento do material sob deformação a quente, em duas condições iniciais (homogeneizado e como obtido). A rota de processamento adotada mostrou-se efetiva no fechamento dos poros inerentes ao processo de conformação por spray e no refino da microestrutura obtida, o que resultou em propriedades mecânicas atendendo aos requisitos de norma dessa liga para aplicação aeronáutica. O produto extrudado e os fios forjados apresentaram nos ensaios de tração fraturas tanto slant como uma mistura slant e taça cone, tendo este fenômeno continuado presente após envelhecimento nos produtos extrudados, o que foi atribuído à ocorrência de textura cristalográfica oriunda da extrusão, a qual não foi desfeita por recristalização durante tratamento térmico de homogeneização/solubilização; no caso dos arames os mesmos foram completamente recristalizados e o fenômeno desapareceu. Ensaios de compressão a quente foram realizados com o intuito de se descrever equações constitutivas do comportamento do material em ambas as condições prévias à conformação (homogeneizado e sem homogeneização prévia). Os ensaios de compressão revelaram comportamentos de amaciamento/endurecimento dinâmicos distintos durante os mesmos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2138.pdf: 4301493 bytes, checksum: b5c60c6030083935e6ef824229ef53ac (MD5) Previous issue date: 2008-10-17 / Universidade Federal de Minas Gerais / The continuous advances in process computing have provided in recent years several sophisticated tools for process analysis and simulation. The effective use of these tools demands the capability to interface with a pre-existent process system hierarchy. Within this perspective, an important issue is to provide meaningful and useful simulation and optimization applications for complex systems that require integration with data-intensive experimentation. This study proposes an integrated environment, using Internet as development platform, for simulation, monitoring, control and optimization of a cheese whey refinery, employing immobilized and stabilized enzymes as catalysts. The multipurpose process described here, the cheese whey biorefinery, provides, besides lactose, whey protein concentrates and hydrolysates that can be applied in food and pharmaceutical formulae. In these circumstances, it is possible to add value to this significant by-product of the dairy industry, avoiding its disposal in natura (what is mostly done by small cheese manufacturers). In parallel, relevant aspects of the enzymatic reactions within the cheese whey biorefinery were investigated. The lumping of substrate molecules in pseudo-components, using a hybrid phenomenological-neural approach for description of the enzymatic depolymerization kinetics, is the suggestion to follow the complex reaction dynamics in biorefinery. During the estimative of model parameters, global search algorithms and different post-fitting statistical strategies were implemented and evaluated. The work, thus, is concerned with two of the main dilemmas/challenges of the present millennium: reduction of environmental problems related to the disposal of agro-industrial residues (i.e., cheese whey) and development of processes for food production from alternative sources (whey refinery). The integrated web application here presented may allow small companies to access a remote engineering centre , with know-how on plant design, economic evaluation and advanced control/optimization techniques. The idea can also be extended to large dairy companies, providing the remote control of sites of production geographically sparse. All implemented algorithms for remote process monitoring and control were validated with data from laboratory-scale assays. The validation of the hydrolytic kinetic models followed the same procedure. According to the achieved results, is possible to conclude that the robustness of the integrated computational environment was demonstrated. The prediction capability of the approaches employed for description of the proteolytic enzymatic reactions was verified, as well. / O contínuo avanço no processamento computacional vem proporcionando nos últimos anos o desenvolvimento e aplicação de ferramentas cada vez mais elaboradas de análise e simulação de processos. O uso consistente dessas ferramentas demanda, entre outras competências, a capacidade de interação com uma hierarquia de sistemas pré-definida pela engenharia de processos. Por outro lado, é imprescindível, nesse contexto, validar os cálculos matemáticos com dados reais de processo. Esta tese propõe um ambiente integrado, utilizando a Internet como plataforma de desenvolvimento, para simulação, monitoramento, controle e otimização do processo de refino do soro de queijo, utilizando enzimas imobilizadas em suporte inerte como catalisadores. O processo de refino aqui apresentado, dentro do escopo de uma planta multipropósito denominada biorefinaria de soro de queijo, disponibiliza como produtos, além da lactose, concentrados e hidrolisados protéicos com aplicação vasta em formulações alimentícias e farmacêuticas. Assim, agrega-se valor a um importante resíduo da indústria queijeira, altamente poluente se descartado in natura no meio ambiente. Paralelamente, aspectos relevantes das reações enzimáticas envolvidas na biorefinaria do soro de queijo foram aprofundados. O agrupamento de moléculas de substrato em pseudocomponentes, utilizando-se um enfoque híbrido fenomenológico-neuronal para descrição da complexa cinética de despolimerização enzimática, é a proposta para o acompanhamento dinâmico dos processos ocorrendo na biorefinaria. Durante o procedimento de estimativa paramétrica desses modelos cinéticos, algoritmos globais de busca e diferentes ferramentas de análise estatística pós-ajuste foram implementadas e avaliadas. O trabalho, assim, se insere em dois dos principais dilemas/desafios do presente milênio: redução do impacto ambiental provocado por resíduos agroindustriais (soro de queijo) e desenvolvimento de processos para produção de alimentos a partir de fontes alternativas (refino do soro). Nesse contexto, com o aplicativo aqui desenvolvido, pequenas e médias empresas interessadas em implementar o processo de beneficiamento do soro de queijo têm acesso a dados para dimensionamento dos equipamentos, estimativa do custo de produção e do retorno de investimento, com base em atualizações em tempo real de preços, custos e taxas de juros pela própria Internet. Com rotinas avançadas de monitoramento e controle agregadas, o ambiente integrado também pode se tornar atrativo para grandes indústrias de laticínios que tenham várias unidades fisicamente descentralizadas. Nesse caso, cada unidade poderia ser monitorada à distância, por exemplo, por um núcleo central de engenharia (conceito este que pode ser ampliado até níveis globais, com plantas de produção em diferentes países). Todos os algoritmos de monitoração e controle remotos implementados nesta tese foram validados em ensaios experimentais em escala de laboratório. Da mesma forma, os modelos cinéticos das reações enzimáticas também foram testados, em ensaios independentes de validação. Com base no conjunto de resultados apresentados, pode-se afirmar que ficou demonstrada tanto a robustez do ambiente computacional integrado, como a propriedade dos enfoques utilizados para descrição das reações de proteólise enzimática.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2461.pdf: 1735666 bytes, checksum: bb7a86c850bb86575ee7b600215d3172 (MD5) Previous issue date: 2009-04-22 / (sem resumo)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5473.pdf: 3094891 bytes, checksum: 057207774d6a2325d5d17dd8ddc1fa38 (MD5) Previous issue date: 2013-07-26 / The ethanol (fuel grade and anhydrous) is, fundamentally, the most relevant global biofuel nowadays, in energy, environmental, economic and technological terms. This scenario brings up the Brazilian ethanol, made from sugarcane, a very studied topic. Thus, knowing the process of ethanol production from sugarcane in technical terms shows itself as a relevant fact, since it can contribute to the increase of production plants profits. Notoriously, the acquaintance and analysis of some project s economic viability can greatly optimize the intended returns, while it can be taken as tool for decision making. Therefore, the present work aimed, in the technical side, the improvement of the computational model (developed with EMSO software) capable of simulating ethanol plants (first and second generations 1G and 2G, respectively) by the input of realistic data, obtained from actual operating ethanol plants. In the economic aspect, the simulations production data were used to feed the economic viability analysis, using the IRR (internal return rate) and NPV (net present value) concepts. Thereby, three cases were considered: 1) plant producing 1G ethanol and electric energy surplus (plant A); 2) plant producing 1G and 2G ethanol, no electric energy surplus (plant B) and 3) plant producing 1G ethanol and: either 2G ethanol or electric energy surplus (plant C). One obtained the following: IRRA = 7.6% and NPVA = - USD 34,5M; IRRB = 8,3% and NPVB = - USD 30,0M; IRRC = 8,0% and NPVC = - USD 41,8M. So, from that, one concludes that the methodology, the software and the biorefinery model were useful and adequate for the projected analysis. In comparison with the minimum acceptable rate of return (MARR, 11% in this case), none of the scenarios were acceptable (IRRs < MARR), which is ratified by the negative NPVs (all). None of the simulated plants were considered economic viable, being plant B the most attractive among the three cases, under the given conditions and assumptions. / O etanol (carburante e anidro) é, fundamentalmente, o biocombustível de maior relevância global na atualidade, tanto em termos energéticos, ambientais, econômicos, como em termos tecnológicos. Neste panorama encontra-se o etanol brasileiro, oriundo da cana-deaçúcar, muito estudado na atualidade. Dessa maneira, conhecer o processo de sua obtenção, em termos técnicos, a partir da cana, mostra-se relevante, pois pode contribuir para a geração de expressivos ganhos econômicos para as unidades produtoras. Notoriamente, o conhecimento e análise da viabilidade econômica de um dado projeto pode otimizar sobremaneira os retornos pretendidos, ao passo que serve como ferramenta de aceitação ou rejeição do mesmo. Assim, o trabalho objetivou, no quesito técnico, o aperfeiçoamento da aderência de um modelo computacional, criado com software EMSO, simulador de plantas de etanol (primeira e segunda gerações 1G e 2G, respectivamente), através da inserção de dados realísticos advindos de plantas reais em operação. No lado econômico, utilizaram-se os dados de produção gerados pela simulação para alimentar uma análise de viabilidade econômica, através dos conceitos de TIR (taxa interna de retorno) e VPL (valor presente líquido). Portanto, três casos foram estudados: 1) planta produtora de etanol 1G e cogeradora de energia elétrica excedente (planta A); 2) planta produtora de etanol 1G e 2G, sem cogeração excedente (planta B) e 3) planta produtora de etanol 1G e: ou etanol 2G ou energia elétrica cogerada (planta C). Obtiveram-se: TIRA = 7,6% e VPLA = - USD 34,5M; TIRB = 8,3% e VPLB = - USD 30,0M; TIRC = 8,0% e VPLC = - USD 41,8M. Concluiu-se que metodologia, o software e o modelo de biorrefinaria adotados foram úteis e adequados para a análise pretendida. Comparando-se com a TMA (taxa mínima de atratividade) (11%) utilizada, todos os projetos são inviáveis (TIRs < TMA), o que é corroborado pelos VPLs serem, todos, negativos. Nenhuma das plantas simuladas mostrou-se economicamente viável, sendo a planta B a mais atrativa entre as três, sob as premissas e condições adotadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5893.pdf: 957671 bytes, checksum: e4262a8881b2b32139eed237de0471ba (MD5) Previous issue date: 2014-03-24 / Financiadora de Estudos e Projetos / Most of the operations in an autonomous distillery for production of ethanol are carried on in a continuous fashion. The fermentation stage, however, may be projected to work either continously or semicontinuously. The steady-sate continuous operation (after the start-up) may be easily coupled to other unit operations of the process. On the other hand, in the semicountinuous operation, each fermentation vat operates in unsteady state, thus it is necessary to design a set of vats that enables the coupling between the fermentation and the process, which may be challenging. This study intended to implement mathematical models in EMSO process simulator of both industrial configurations of the fermentation process: a system of six parallel fed-batch bioreactors and a system of four continuous steady-state bioreactors in series. The process was modeled at macroscopic level based on the material balances for cells, substrate and product. Kinectic models accounting for product and substrate inhibition were used. Both configurations were added to a previously built model of a complete autonomous distillery in which the fermentation stage was represented by a stoichiometric conversion model. In the fed-batch process, due to the solution of mass and energy balances in the fermenters, it was possible to observe the temporal evolution of variables such as the concentrations of yeast, sugar and ethanol in their interiors, the volume of solution in each fermenter and the rate of heat removal needed in order to keep the fermenters temperatures constant. The simulated autonomous distillery processes 500 t/h of cane with varying levels of sucrose. For a content of 13% sucrose, 338.0 t/h of centrifugated wine were obtained in the continuous operation, containing 8.3% by weight of ethanol, which resulted in the production of 30.1 t/h of hydrate ethanol containing 93.5% ethyl alcohol in weight. In fed-batch operation, 417.5 t/h of centrifugated wine (6.3% ethanol by weight), which resulted in 27.9 t/h of hydrous ethanol (93.5% by mass). In both configurations, simulations were performed to evaluate the influence of the sucrose content in the process input (11 to 15% by weight of sucrose) over the process response. The results of these simulations were compared to those obtained for the model of stoichiometric conversion under the same conditions. Regarding the three evaluated configurations for the fermentation stage, it was observed that the model of stoichiometric conversion can be properly employed in the simulations, being mostly suitable for optimization studies of the autonomous distillery with semicontinuous operation due to its fast convergence. However, it is worth mentioning that the inhibitory effects are not reproduced in the fermentation step for this model, thus preliminary studies should be performed using the mathematical model implemented in continuous or discontinuous configuration. / Na produção de etanol a maioria das operações realizadas em uma destilaria autônoma e conduzida de forma continua. A etapa de fermentação, contudo, pode ser projetada para operar de forma continua ou semi-contínua. A operação continua em estado estacionário (após a partida do processo) pode ser facilmente acoplada as outras operações unitarias do processo. Por outro lado, na operação semi-contínua, cada dorna de fermentação opera em estado não estacionário, havendo a necessidade de se projetar um conjunto de dornas para que a etapa de fermentação seja acoplada ao processo, o que pode ser complicado. Este trabalho teve como objetivo implementar no simulador de processos EMSO modelos matemáticos das duas configurações industriais da etapa de fermentação: um sistema de fermentação composto por seis biorreatores em que cada dorna opera no modo batelada alimentada e um sistema composto por quatro biorreatores em serie operados em regime permanente. O processo foi modelado em nível macroscópico com base nas equações de balanço material para células, substrato e produto. Modelos cinéticos que levam em consideração inibição pelo substrato e pelo produto foram utilizados. As duas configurações foram adicionadas a um modelo de destilaria autônoma desenvolvido previamente no simulador EMSO, no qual a etapa de fermentação era representada por modelo baseado na conversão estequiométrica. No processo descontinuo, a solução dos balanços de massa e energia nos fermentadores tornaram possível observar a evolução temporal dos valores de variáveis como as concentrações de levedura, açúcar e etanol em seus interiores, o volume de solução nos fermentadores e a taxa de remoção de calor necessária para manter suas temperaturas constantes. A destilaria autônoma simulada processa 500 t/h de cana-de-açúcar com teores de sacarose variáveis. Para um teor de 13% de sacarose, foram obtidos 338,0 t/h de vinho delevedurado na operação continua com 8,3% em massa de etanol, que resultaram na produção de 30,1 t/h de etanol hidratado com 93,5% de álcool etílico em massa. Na operação descontinua foram obtidos 417,5 t/h de vinho delevedurado (6,3% de etanol em massa), que resultaram em 27,9 t/h de etanol hidratado (93,5% em massa). Nas duas configurações implementadas foram realizadas simulações para avaliar a influencia do teor de sacarose (11 a 15% em massa de sacarose) na entrada do processo na resposta do processo. Os resultados dessas simulações foram comparados vi com os obtidos para o modelo de conversão estequiométrica nas mesmas condições. Em relação as três configurações avaliadas na etapa de fermentação concluiu-se que o modelo de conversão estequiométrica pode ser empregado nas simulações, sendo principalmente indicado para estudos de otimização da destilaria autônoma com operação semi-contínua, pois tem convergência mais rápida. Contudo, vale lembrar que os efeitos de inibição não são reproduzidos na etapa de fermentação por este modelo, devendo estudos preliminares serem realizados empregando o modelo matemático implementado na configuração continua ou descontinua.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5189.pdf: 10234508 bytes, checksum: b1ae9d8e78886d10e3f19be65697c9ca (MD5) Previous issue date: 2013-04-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / Noise pollution in urban environment is a constant in several Brazilian cities and it is pointed out by the World Health Organization as one of the most common environmental problems in cities, influencing the quality of life and degrading the environment. Nowadays, ways of mitigating the acoustical environment of houses, buildings, industries and other constructions are studied to insulate them from the external surroundings, but the costs of this insulation is still very high. As a consequence, the external environment is usually neglected and the sound is intensified, being too difficult to control and directly affecting the internal environments. In this context, aiming the prevention of sound impacts and the diagnosis of noise conflict areas to adopt corrective actions, a noise mapping is an important tool to help urban planning. The noise mapping by data collection in locus or by mathematical models are though time consuming. An alternative to this are the computational programs, which simulate the urban acoustical environment based on calculation models. Many countries adopt their own model and, in the European case, the Directive 2002/49/EC of the European Parliament and Council recommend the application of the French model NMPB Routes-2008. Verifying the applicability of this model in the Brazilian case, this research aims to validate the behavior of the French model (NMPB Routes- 2008). In order to do so, the computational program Cadna-A was applied, and the following methodological process was adopted: data collection, application of the calculation model, comparison between collected data and modeling data; model validation and calibration; and, development of a noise mapping to a preliminary area of the studied city. The final results indicate that among the simulations developed, the one presenting the most precise outputs corresponded to the one for which the equivalent sound pressure level was applied as the input of sound source. / A poluição sonora no meio urbano tem sido uma constante em muitas cidades brasileiras e é apontada pela Organização Mundial da Saúde como um dos problemas ambientais mais comuns nas cidades, afetando a qualidade de vida e degradando o meio ambiente. Nesse contexto, com intuito de prevenir impactos sonoros e diagnosticar áreas com conflitos acústicos já existentes para poder tomar medidas corretivas, o mapeamento sonoro é uma ferramenta de grande auxílio para o planejamento urbano. No entanto, os mapeamentos através de medições in loco ou através dos cálculos de modelos matemáticos manuais, além de demorados, são também dispendiosos. Uma alternativa para isso são os programas computacionais que simulam o ambiente acústico urbano com base em modelos de cálculos. Muitos países adotam seu próprio modelo e, no caso europeu, a Directiva 2002/49/EC pelo Parlamento Europeu e o Conselho recomenda a aplicação do modelo francês NMPB Routes-2008. Verificando a aplicabilidade desse mesmo modelo ao caso brasileiro, essa pesquisa tem por objetivo validar o comportamento do modelo de cálculo francês (NMPB Routes-2008) de previsão acústica para o caso específico da cidade de São Carlos, SP. Para isso foi aplicado o programa computacional Cadna-A e adotaram-se os seguintes procedimentos metodológicos: levantamento de dados; aplicação do modelo de cálculo estudado; análise de sensibilidade de cada parâmetro do modelo, comparação entre dados simulados e dados levantados com objetivo de validar o modelo; e desenvolvimento de um mapeamento sonoro preliminar para uma fração urbana da cidade de estudo. Os resultados finais indicaram que entre as simulações realizadas, aquela que apresentou mais precisão nos resultados correspondeu àquela para a qual o nível de pressão sonora equivalente foi utilizado como dado de entrada para a fonte sonora.

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4773.pdf: 2663058 bytes, checksum: bffabf5b19b85ded64c108c783beee0e (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / The increasing demand for alternative energy sources for replacing fossil fuels has attracted investments for Brazilian sugarcane industry, which has been widely reconized as a model of renewable energy producer. To ensure financial security is necessary that production of sugarcane provide the socioeconomic and agri-enviromental needs, with emphasis on the relationship between the production of electricity from the burning of biomass and ethanol by new ways of obtaining such as cellulose hydrolysis and the maintenance of sugarcane trash under the soil. Process based crop models based, such as APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), are useful tools for planing the production system and to identify the bottlenecks influencing the profitability of the sector. The objective was to model the growth and productivity of green and burnt sugarcane harvesting systems, under several nitrogen fertilizer levels (60, 120 and 180 kg ha-1). The study was based on two experiments located in Piracicaba-SP and Salinas-MG caried on with cultivar SP80-1842. The evaluation of the model showed that the APSIM-Sugarcane is able to drescribe adequately the growth and productivity of cane sugar production in these environments, once the modeling eficiency (E) was greater than 0.9 for stlak dry mass (MS). Simulations also showed that the amount of trash on the soil would affect the crop yield and the remotion of trash for using in the mills would ultimately decrease the sugarcane yield along the time. However, in these simulations, the crop did not respond to nitrogen fertilization. / A demanda crescente por fontes energéticas alternativas, em detrimento dos combustiveis fósseis, tem dado destaque ao Brasil no cenário inernacional como modelo de produção de energia renovável e atraído investimentos massivos ao setor sucroenergético brasileiro nacional. Para garantir a segurança financeira do negócio, é necessário que a produção de cana-de-açúcar supra as necessidades socioeconômicas e agroambientais, com ênfase na relação entre a produção de energia elétrica, a partir da queima dos resíduos vegetais e do etanol por novas vias de obtenção, como a hidrólise de celulose, e a manutenção da palha sob o solo. Modelos de simulação de culturas baseados em processos biofísicos, como o APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), são ferramentas úteis para o planejamento da produção e na determinação dos pontos de estrangulamento que influenciam a lucratividade do setor. O objetivo do trabalho foi modelar o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em sistemas de colheita mecanizada, avaliando o efeito da remoção da palhada remanescente em combinação com doses de adubação nitrogenada de 60, 120 e 180 kg.ha-1. Os estudos foram realizados com base em dois experimentos localizados em Piracicaba-SP e Salinas-MG, conduzidos com a variedade SP80-1842. A avaliação do modelo revelou que o APSIM-Sugarcane é capaz de descrever adequadamente o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em diferentes ambientes produtivos com eficiência da modelagem (E) maior que 0,9 para massa seca de colmos (MS). As simulações também mostraram que a quantidade de palha no solo pode afetar a produtividade da cultura, que a remoção da palha, para utilização na indústria, acarretaria em redução da produtividade no longo prazo. Entretanto, nas simulações feitas a cultura não respondeu significativamente à adubação nitrogenada.

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No. of bitstreams: 1 DissEP.pdf: 2850814 bytes, checksum: 13c476dc7f26d54826c6932c0fa4fcd2 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Currently there is a growing increase in fuel consumption, but also an increased concern about the end of fossil fuels and their environmental damage. In this scenario, secondgeneration ethanol (E2G), produced from sugarcane bagasse, appears as an option to increase the production of first generation ethanol (E1G), produced from sugarcane. The aim of this study was to evaluate the production of ethanol, the generation of electricity, CO2 emissions and vinasse into an E1G and E2G autonomous distillery through multiobjective optimization. This assessment has been formulated in terms of multi-objective optimization problems in virtual biorefinery modeled in EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). The modeling of closed water circuits, CO2 production in the boiler and in the fermenter, and the process of concentrating the juice and vinasse streams through multiple-effect evaporators, and the multiobjective optimization involving the production of E2G, electric energy and production of CO2 and vinasse were performed. The modeled biorefinery processes 500,000 kg/h of sugarcane and burns, in addition to bagasse, 35,000 kg/h of sugarcane straw. The multiple effect evaporators for the broth concentration generated savings of around 18% in turbine backpressure exhaust steam when compared to a process with a single effect. The concentration of the vinasse through multiple-effect evaporators can cause a reduction in flow rate of more than 70%. The obtained non-dominated solutions in multiobjective optimization studies have shown a relationship among the production of ethanol, vinasse, energy and CO2 as a function of the decision variables: bagasse fraction diverted to produce E2G, and fraction of vinasse concentrated in multiple effect evaporators. Nondominated solutions are in the bagasse fraction range from 0.01% to 50.09%, and vinasse fraction comprises values greater than 14.09%. Among the solutions, ethanol flow was between 35,730 kg/h and 41,633 kg/h. CO2 production can reach values above 187,000 kg/h considering the CO2 released in the fermenters and in the boiler. On the issue of electricity generation, values above 83,000 kW can be reached. The results showed that the methodology used was efficient and the proposed objectives have been met. / Com o crescente aumento do consumo de combustíveis e o aumento da preocupação com o fim dos combustíveis fósseis e com seus danos ambientais, o etanol de segunda geração (E2G), produzido a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, surge como uma opção para aumentar a produção de etanol de primeira geração (E1G), produzido a partir da cana-de-açúcar. O objetivo desse trabalho foi avaliar a produção de etanol, a geração de energia elétrica, a emissão de CO2 e de vinhaça em uma destilaria autônoma de E1G e E2G empregando a otimização multiobjetivo. Essa avaliação foi formulada em termos de problemas de otimização multiobjetivo na biorrefinaria virtual modelada em EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). A modelagem de circuitos fechados de água, da produção de CO2 na caldeira e no fermentador, e do processo de concentração das correntes de caldo e de vinhaça por meio de evaporadores múltiplo efeito, bem como a otimização multiobjetivo envolvendo a produção de E1G e E2G, geração de energia e produção de vinhaça, foram realizados. A biorrefinaria modelada processa 500.000 kg/h de cana-de-açúcar e queima, além de bagaço, 35.000 kg/h de palha de cana-de-açúcar. Com os evaporadores múltiplo efeito para a concentração do caldo, foi possível uma economia na ordem de 18% no vapor de escape da turbina de contrapressão em comparação a um processo de simples efeito. A concentração da vinhaça, por meio de evaporadores múltiplo efeito, pode provocar uma redução da vazão de mais de 70%. As soluções não-dominadas obtidas nos estudos de otimização multiobjetivo mostraram uma relação entre a produção de etanol, de vinhaça, de energia e de CO2 em função das variáveis de decisão: fração de bagaço destinado para a produção de E2G, e fração de vinhaça destinada para a concentração nos evaporadores de múltiplo efeito. As soluções não-dominadas se encontram no intervalo de fração de bagaço entre 0,01% e 50,09%, enquanto a fração de vinhaça compreende valores acima de 14,09%. Entre as soluções, a vazão de etanol ficou entre 35.730 kg/h e 41.633 kg/h. A produção de CO2 pode chegar a valores acima dos 187.000 kg/h, considerando o CO2 liberado nos fermentadores e na caldeira. No quesito geração de energia elétrica, consegue-se chegar a valores acima de 83.000 kW. Os resultados mostraram que a metodologia utilizada foi eficiente e os objetivos propostos foram atendidos.