Neste trabalho, foram realizados estudos sobre a modelagem e simulação do núcleo morto em partículas catalíticas contendo enzimas imobilizadas. Tais estudos envolveram a resolução de problemas de valor de contorno gerados pela modelagem dos fenômenos de difusão-reação no interior da partícula. Os principais parâmetros que determinam a ocorrência do núcleo morto foram investigados e os perfis de concentração de substrato e produto, bem como a posição do núcleo morto para a cinética de Michaelis-Menten e outras, foram calculados para catalisadores com geometrias clássicas de placa plana infinita, cilindro infinito e esfera. Para este fim, os seguintes métodos numéricos foram utilizados: shooting, colocação ortogonal global e colocação ortogonal em elementos finitos. Entre os métodos avaliados, o método da colocação ortogonal em elementos finitos foi o único capaz de representar os perfis de concentração de substrato e de produto, e os valores do fator de efetividade obtidos com as soluções analíticas para cinéticas de ordem zero e de primeira ordem, as quais foram usadas como referência. Assim, este método foi empregado para resolver os problemas de valor de contorno envolvendo as cinéticas de Michaelis-Menten e aquelas com inibição competitiva, não competitiva e acompetitiva por produto, e com inibição acompetitiva por substrato, sendo os resultados obtidos consistentes para todas as cinéticas analisadas. A metodologia proposta foi então usada para estudos de projeto e operação de reatores enzimáticos contínuos de mistura perfeita e de fluxo pistonado, sendo que os resultados obtidos foram coerentes. Assim, a metodologia apresentada neste trabalho pode ser avaliada em condições reais de projeto e operação de reatores enzimáticos heterogêneos contínuos. / This work dealt with studies on the modeling and simulation of the dead core in porous catalytic particles containing immobilized enzymes. Such studies involved the solution of boundaryvalue problems generated by the modeling of the diffusion-reaction phenomena inside the particle. The main parameters that determine the occurrence of dead core were investigated and the concentration profiles of substrate and product, as well as the position of the dead core for Michaelis-Menten\'s and other kinetics in catalysts with classical geometries of infinite slab, infinite cylinder and sphere were calculated. For this purpose, the following numerical methods were used: shooting, global-orthogonal-collocation and orthogonal-collocation in finite elements. Among these methods, only the orthogonal-collocation in finite elements simulated all substrate and product-concentration profiles and the effectiveness-factor values obtained with the analytical solutions for zero and first-order kinetics, which were used as reference. Therefore, this method was employed to solve the problems including the Michaelis-Menten kinetics, the competitive-, non-competitive- and acompetitive-product-inhibition kinetics, and the acompetitive-substrate-inhibition kinetics. The results obtained for all kinetics analyzed were consistent. Thus, the proposed methodology was used for studies on the design and operation of both continuous-stirred-tank and plug-flow reactors, and the results obtained were coherent. Thus, the methodology presented in this work can be evaluated under real conditions of design and operation of continuous heterogeneous enzymatic reactors.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:40:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALAN FERREIRA DA ENCARNACAO.pdf: 2933331 bytes, checksum: c35f4b9fb1427d754df19f35454d444e (MD5) Previous issue date: 2015-08-18 / This paper discusses the application of discrete simulation for the management of queues in the service sector. Some service providers do not correctly dimensioning its service capacity generating queues. The efficient management of queues assists managers in making decisions. The characteristics of services and their important activities are addressed, aiming to demonstrate the Computational Simulation utility to find a balance that satisfies the customer and is economically viable for the service manager. The study object is a self-service restaurant. Through the Software ARENA was developed a model of discrete type and stochastic to play everyday restaurant setting. It concludes that the discrete simulation software has modeling elements that meets the application requirements. The studied restaurant has different characteristics from traditional self-service with layout in series, and it was necessary to provide the model a route for the flow of customers. The study concluded that the queues occur in the mass preparation process, special meat preparation and boxes, with average waiting times of up to 5 minutes. In the other processes, which are trim service, salad - dessert, scale and location of a table - chair is available, the queues have a very agile flow. The operating model obtained allowed the evaluation of some scenarios aiming to reduce the queue time. / Este trabalho discute a aplicação da simulação discreta para a gestão de filas no setor de serviços. Alguns prestadores de serviços não dimensionam corretamente sua capacidade de atendimento gerando assim as filas. A gestão eficiente das filas auxilia os gestores na tomada de decisões. São abordadas as características das atividades de serviços e sua importância, tendo como objetivo demonstrar a utilidade da Simulação Computacional para se encontrar um ponto de equilíbrio que satisfaça o cliente e seja viável economicamente para o gestor do serviço. O objeto de estudo é um restaurante selfservice. Através do Software ARENA foi desenvolvido um modelo do tipo discreto e estocástico para reproduzir o ambiente diário do Restaurante. Conclui-se que o software de simulação discreta possui elementos de modelagem que atende as necessidades da aplicação. O restaurante estudado possui características diferentes do tradicional selfservice com layout em série, e foi necessário prever no modelo um roteamento para o fluxo de clientes. O estudo concluiu que as filas ocorrem nos processos de preparo de massas, preparo de carnes especiais e caixas, com tempos médios de espera de até 5min. Nos demais processos, que são serviço de guarnição, salada-sobremesa, balança e localização de uma mesa-com cadeira disponível, as filas possuem um fluxo bem ágil. O modelo operacional obtido permitiu a avaliação de alguns cenários visando diminuição do tempo de fila.

Submitted by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2017-04-10T17:48:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) / Approved for entry into archive by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2017-04-10T17:48:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-10T17:48:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação_Rodrigo_Final_Impressão.pdf: 2591713 bytes, checksum: 3d6be77e2f47aca595d592660db94e02 (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Esta pesquisa estudou o desgaste por erosão atuante nos tubos de troca térmica do economizador de uma caldeira por meio de testes in loco, testes em laboratório seguindo os padrões da norma (ASTM G76-95) e simulações computacionais. Durante as análises, foram avaliados os comportamentos das ligas de aço como: ASTM A213T2, ASTM A213T22, ASTM A213T91, ASTM A210C e ASTM A106B, em função das variáveis velocidades, concentração, composição da cinza volante, temperatura e erosão quando expostos às mesmas condições operacionais. Esta investigação objetivou fornecer subsídios às premissas de projeto e seleção de materiais, bem como aumentar o tempo de vida útil dos componentes quando submetidos a condições adversas na caldeira em função das variáveis observadas. O controle da erosão e desgaste dos tubos tem como propósito a contribuição para a redução dos custos de manutenção, verificando-se falhas nos tubos do economizador prematuras, que causam indisponibilidades forçadas da caldeira o que gera prejuízos de grande vulto. Utilizou-se difração de raio x para análise de composição mineralógica das cinzas volantes. Para auxiliar na escolha da região de estudo, foram realizados cálculos de simulação CFD com o propósito de verificar o local exato onde a ação da velocidade dos gases de exaustão mais prejudicam os dutos no interior do economizador da caldeira. A avaliação da erosão por cinza volante, oriunda da Caldeira 4, do Complexo Termelétrico de Candiota, ocorreu em duas etapas distintas. A primeira foi realizada em condições de processo e, a segunda, em testes de bancada. Os testes em condições de processo foram acompanhados por ensaios para avaliar a evolução do desgaste das ligas de aço, como, pesagem, medição de espessura por ultrassom, digitalização em scanner 3D e dureza. O teste de bancada utilizou, como referência, a norma ASTM G76-95, fornecendo parâmetros para a confecção das amostras, assim como a própria bancada de testes. Os ensaios foram fundamentais para quantificar os resultados, como, pesagem e digitalização em scanner 3D. Os resultados encontrados por meio deste estudo possibilitaram um maior conhecimento dos mecanismos de erosão nas ligas de aço com o uso das cinzas volantes. Dessa forma, foi possível encontrar soluções para melhorar as premissas de projeto, assim como identificar os limites de aplicação dos materiais estudados em um projeto dessa natureza. / This research studied the erosion mechanism active in heat exchange tubes of a boiler by means of in site tests, laboratory tests following the standard (ASTM G76-95) and computer simulations. During the analysis, we evaluated the behavior of alloy steel such as: ASTM A213T2, ASTM A213T22, ASTM A213T91, ASTM A210C and ASTM A106B, in function on the variable speed, concentration, fly ash composition, temperature and erosion when exposed to the same conditions operational. This objective investigation to provide inputs on design assumptions and material selection, and increase the service life of components when subjected to adverse conditions in the boiler depending on the observed variables. Control of erosion and wear of the tubes are intended to contribute to the reduction of maintenance costs, checking for failures in premature economizer tubes, causing forced outages boiler which generates large-scale losses. It was used x ray diffraction for the analysis of mineralogical composition of fly ash. To auxiliary in choose the region the study, were performed CFD simulation studies with the purpose the verify the exact place where the action of the velocity of the exhaust gases more prejudice the ducts inside the boiler economizer. The assessment of erosion by fly ash, coming from the boiler 4, the Thermoelectric Complex Candiota, occurred in two distinct stages. The first was realized in process conditions and, the second in bench tests. The tests in process conditions were followed tests to assess the evolution of wear of alloy steel, as, weighing, measuring thickness by ultrasound, 3D scanner and hardness. The test bench utilize as a reference to ASTM G76-95, providing parameters for confection the samples, as well as own bench tests. The tests were fundamental to quantify the results, as, weighing and scanning 3D. The results found by means of this study allowed a more knowledge of erosion mechanisms in alloy steel with the use of fly ash. In this way, it is possible to find solutions to improve the design assumptions, as identify the application limits of the materials studied in a project of this nature.

O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada. / The purpose of this study was the development of a model using a commercial process simulator software in order to reproduce the extractive distillation step of a butadiene extraction unit from a hydrocarbon stream by the addition of the solvent n- methyl-2-pyrrolidone (NMP). The results obtained from the simulations were compared with process data from an operational butadiene extraction unit. The knowledge of the separation process due the model should predict operating conditions allowing revamps on the actual asset. The internals capacity for the equipment involved in the separation could be evaluated and units bottlenecks points should be identified.

Neste trabalho, foram realizados estudos sobre a modelagem e simulação do núcleo morto em partículas catalíticas contendo enzimas imobilizadas. Tais estudos envolveram a resolução de problemas de valor de contorno gerados pela modelagem dos fenômenos de difusão-reação no interior da partícula. Os principais parâmetros que determinam a ocorrência do núcleo morto foram investigados e os perfis de concentração de substrato e produto, bem como a posição do núcleo morto para a cinética de Michaelis-Menten e outras, foram calculados para catalisadores com geometrias clássicas de placa plana infinita, cilindro infinito e esfera. Para este fim, os seguintes métodos numéricos foram utilizados: shooting, colocação ortogonal global e colocação ortogonal em elementos finitos. Entre os métodos avaliados, o método da colocação ortogonal em elementos finitos foi o único capaz de representar os perfis de concentração de substrato e de produto, e os valores do fator de efetividade obtidos com as soluções analíticas para cinéticas de ordem zero e de primeira ordem, as quais foram usadas como referência. Assim, este método foi empregado para resolver os problemas de valor de contorno envolvendo as cinéticas de Michaelis-Menten e aquelas com inibição competitiva, não competitiva e acompetitiva por produto, e com inibição acompetitiva por substrato, sendo os resultados obtidos consistentes para todas as cinéticas analisadas. A metodologia proposta foi então usada para estudos de projeto e operação de reatores enzimáticos contínuos de mistura perfeita e de fluxo pistonado, sendo que os resultados obtidos foram coerentes. Assim, a metodologia apresentada neste trabalho pode ser avaliada em condições reais de projeto e operação de reatores enzimáticos heterogêneos contínuos. / This work dealt with studies on the modeling and simulation of the dead core in porous catalytic particles containing immobilized enzymes. Such studies involved the solution of boundaryvalue problems generated by the modeling of the diffusion-reaction phenomena inside the particle. The main parameters that determine the occurrence of dead core were investigated and the concentration profiles of substrate and product, as well as the position of the dead core for Michaelis-Menten\'s and other kinetics in catalysts with classical geometries of infinite slab, infinite cylinder and sphere were calculated. For this purpose, the following numerical methods were used: shooting, global-orthogonal-collocation and orthogonal-collocation in finite elements. Among these methods, only the orthogonal-collocation in finite elements simulated all substrate and product-concentration profiles and the effectiveness-factor values obtained with the analytical solutions for zero and first-order kinetics, which were used as reference. Therefore, this method was employed to solve the problems including the Michaelis-Menten kinetics, the competitive-, non-competitive- and acompetitive-product-inhibition kinetics, and the acompetitive-substrate-inhibition kinetics. The results obtained for all kinetics analyzed were consistent. Thus, the proposed methodology was used for studies on the design and operation of both continuous-stirred-tank and plug-flow reactors, and the results obtained were coherent. Thus, the methodology presented in this work can be evaluated under real conditions of design and operation of continuous heterogeneous enzymatic reactors.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The process modeling and simulation is a greatly important procedure for many chemical and biotechnological processes. The process simulation allows to predict elementary behavior of the state variables of the process, leading to many economical and process advantages, such as the avoidance of losses of time and materials for not knowing the process particularities, the safety guarantee, the product quality, and, mostly the process optimization, permitting to study and to reach the best conditions of a process, which shall yield in more products with quality produced with less effort and expenditures. In this work, the modeling and simulation of two biological processes enzymatic hydrolysis and solid state fermentation were performed in order to develop models and estimate parameters that enable an engineer to predict the process behavior and to make decisions about the process. The modeling procedure also involves the computing of differential equations, and algebraic-differential equations; in this manner, the engineer must be able to use different numerical integration methods. Mainly two parameters estimation procedures were used Particle-Swarm Optimization and Levenberg-Marquardt -, and two numerical integration methods were also resorted Runge-Kutta and Dormand-Prince. Experimental data from previous works were used to perform several tests in order to assure that the models were predicting correctly the state variables of the process and, in this manner, were reliable and useful. In the first paper, several mechanistic and empirical models are tested to fit the enzymatic hydrolysis experimental data; statistical tests were performed to verify which of those models would best describe the process, which was found to be and entirely empirical non-autonomous model. The following papers are about the modeling of the solid-state fermentation process. The model was found to be very accurate and adequate to be used for predictions, mainly for the bed temperature of the packed-bed bioreactor, since it could predict the temperature gradients along the time and height of the bed. Also, some numerical procedures such as parameters identifiability, to realize which were the most important parameters to be estimated, and model reparametrization, to reduce the total number of parameters to be estimated and avoid magnitude problems of the model, were successfully performed. This work has shown that the modeling and simulation of processes holds an enormous importance for industry, and different techniques can be applied with more or less effort and success. Further, hopefully, this work has contributed to the state of the art of modeling, in a general way, for biological processes. / A modelagem e a simulação de processos consistem em um recurso de grande importância para diversos processos químicos e biotecnológicos. A simulação de processos nos permite predizer o comportamento das variáveis de estado do processo, levando-nos a vantagens técnicas e econômicas, como, por exemplo, a prevenção de perdas de tempo e insumos por não conhecer particularidades do processo, a garantia de segurança, a qualidade do produto e, principalmente, a otimização do processo, permitindo estudar e alcançar as melhores condições para o referido processo, o que deve culminar em mais produto produzido com melhor qualidade e com menos esforços e custos. Neste trabalho, a modelagem e a simulação de dois processos biotecnológicos hidrólise enzimática e fermentação em estado sólido foram feitas com a validação dos modelos propostos com dados experimentais através da técnica de estimação de parâmetros para permitir ao engenheiro prever o comportamento do processo e tomar decisões. O procedimento de modelagem também envolve a avaliação de equações diferenciais e de equações algébricas, dessa forma, o engenheiro deve estar apto a usar diferentes métodos de integração numérica. Dois procedimentos principais de estimação de parâmetros foram utilizados Otimização por Enxame de Partículas e Levenberg-Marquardt -, e se lançou mão de dois métodos de integração numérica, Runge-Kutta e Dormand-Prince. Dados experimentais de trabalhos anteriores foram utilizados para realizar diversos testes para assegurar a precisão dos modelos em predizer as variáveis de estado do processo e, portanto, serem modelos confiáveis e úteis. No primeiro artigo apresentado, diversos modelos mecanicísticos e empíricos foram testados para se ajustarem aos dados experimentais da hidrólise enzimática; testes estatísticos foram realizados para verificar qual dos modelos melhor descreveria o processo, de forma que o melhor modelo se mostrou ser um modelo totalmente empírico não-autônomo. Os demais artigos tratam da modelagem de um processo de fermentação em estado sólido. Verificou-se que o modelo é bastante preciso e adequado para o uso em predições, principalmente para o perfil de temperatura no leito do biorreator, uma vez que o modelo prevê os gradientes de temperatura ao longo do tempo e da altura do leito. Também, procedimentos numéricos, tais como a análise de identifiabilidade dos parâmetros, para a percepção de quais são os parâmetros mais importantes para a estimação, e a reparametrização do modelo, para reduzir o número total de parâmetros a serem estimados e evitar problemas de magnitude no modelo, foram empregadas com sucesso. Este trabalho mostrou que a modelagem e a simulação de processos possuem enorme importância para a indústria, e diferentes técnicas podem ser aplicadas com maior ou menor esforço e sucesso. Além disso, espera-se que o trabalho tenha contribuído para o estado da arte em modelagem, de uma maneira geral, na área de bioprocessos.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-16T11:56:28Z No. of bitstreams: 1 ROBSON ARAÚJO DE QUEIROZ - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 4819287 bytes, checksum: 89f45f14aa287200cece77886f0bc95d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-16T11:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROBSON ARAÚJO DE QUEIROZ - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 4819287 bytes, checksum: 89f45f14aa287200cece77886f0bc95d (MD5) Previous issue date: 2016-09-29 / CNPq / A fruticultura é uma atividade importante em todo mundo, pois movimenta um grande número de mercados, além de promover o desenvolvimento de muitos países. A laranja é a fruta mais produzida no mundo e a segunda mais consumida onde, o Brasil é o maior produtor mundial. Entre as várias formas de conservação desta fruta, para seu consumo in natura, o método de refrigeração por ar forçado é o mais indicado. O objetivo desta pesquisa é estudar teoricamente o resfriamento de leito de frutas não climatéricas com ar forçado, com particular referência a laranja valência (Citrus sinensis O.). Foi realizado uma modelagem matemática para descrever as trocas de massa e energia entre o ar e o produto durante o processo. Para a solução numérica das equações governantes utilizou-se o método dos volumes finitos e função de interpolação upwind. A obtenção dos resultados foi através do desenvolvido de um código computacional no software Mathematica®, onde foram simulados alguns casos distribuídos entre grupos denominados A, B e C. As simulações do grupo A serviram para validar a metodologia e apresentou um erro relativo de 0,061±0,03°C em uma malha de 20 pontos nodais e área específica A*= 180 m²/m³. No segundo grupo, variou-se a altura do leito de laranja (H). Neste grupo, verificou-se que quanto menor o valor deste parâmetro, maior será a eficiência na troca térmica da temperatura do ar de refrigeração com a temperatura das frutas no interior do leito. O terceiro grupo, o grupo C, variou-se o coeficiente de transferência de calor convectivo (hc). Os grupos analisados permitiram avaliar a influência de alguns parâmetros sobre a cinética de resfriamento do leito de laranja valência, tais como: temperatura do produto e do ar de refrigeração, pressão de vapor de saturação do ar e umidade relativa do mesmo. Os resultados foram mostrados e analisado, onde observou-se uma grande influência do hc na cinética de resfriamento do leito da laranja. Quanto maior o valor deste parâmetro, maiores são os gradientes de temperatura do leito e mais rápido ocorre o resfriamento do leito das laranjas. Demonstrando sua importância no processo. / Fruit growing is an important activity worldwide, because it moves a large number of markets, in addition to promoting the development of many countries. Orange is the most widely produced fruit in the world and the second most consumed where, Brazil is the world's largest producer. Among the various forms of conservation of this fruit, for their in natura consumption, the forced air cooling method is most suitable. The objective of this research is to theoretically study the non-climatic fruit bed cooling with forced air, with particular reference to orange valence (Citrus sinensis O.). A mathematical modeling was performed to describe the mass and energy changes between the air and the product during the process. For the numerical solution of the governing equations the finite volume method and the upwind interpolation function were used. The results were obtained through the development of a computer code in Mathematica® software, where some cases distributed among groups denominated A, B and C were simulated. The simulations of group A served to validate the methodology and presented a relative error of 0.061 ± 0.03°C in a mesh of 20 nodal points and specific area A* = 180 m²/m³. In the second group, the height of the orange bed (H) was varied. In this group, it was verified that the lower the value of this parameter, the greater the efficiency in the thermal exchange cooling air temperature with the temperature of the fruit within the bed. The third group, the group C, was varied convective heat transfer coefficients (hc). The groups analyzed to assess the influence of some parameters on the cooling kinetics of valencia orange bed, such as: product temperature and cooling air, air saturation vapor pressure and relative humidity of it. The results were shown and analyzed, where there has been a great influence hc the cooling kinetics of Orange bed. The higher the value of this parameter, the higher the bed temperature gradients and faster cooling of oranges occurs. Showing its importance in the process.

O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada. / The purpose of this study was the development of a model using a commercial process simulator software in order to reproduce the extractive distillation step of a butadiene extraction unit from a hydrocarbon stream by the addition of the solvent n- methyl-2-pyrrolidone (NMP). The results obtained from the simulations were compared with process data from an operational butadiene extraction unit. The knowledge of the separation process due the model should predict operating conditions allowing revamps on the actual asset. The internals capacity for the equipment involved in the separation could be evaluated and units bottlenecks points should be identified.

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CastanedaJimenez_GermanEfrain_M.pdf: 6173136 bytes, checksum: 10447f1e90575f51111560bad8f24df0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Na indústria do petróleo é comum à utilização de bombas centrífugas submersas (BCS) operando em escoamento multifásico líquido-gás. A presença de elevadas vazões de gás causam uma degradação severa no desempenho da bomba, gerando instabilidades nas curvas de pressão-vazão, como o `surging¿ e o `gas locking¿. Portanto o conhecimento destas instabilidades é fundamental para a adequada operação da bomba e assim evitar falhas prematuras no equipamento. Na atualidade não existem modelos matemáticos que representem de forma adequada o comportamento da BCS na região de `surging¿ e no `gas locking¿, gerando a necessidade de empregar circuitos de testes para fazer o levantamento das curvas de desempenho das bombas. A maioria dos circuitos de testes é operada de forma manual para obter às condições de operação da bomba, tornando os ensaios repetitivos, cansativos e trabalhosos. Por isto nasce a necessidade de automatizar estas bancadas com a finalidade de facilitar o processo do levantamento das curvas de desempenho das bombas. Este trabalho apresenta o projeto e simulação de um controle robusto tipo H_? que permita manter o escoamento multifásico na entrada de uma BCS em diferentes condições de operação da bomba. Este controlador é projetado a partir de um circuito de testes para BCS virtual que é modelado empregando formulações físicas e modelos ajustados mediante dados experimentais usando algoritmos de aprendizagem de máquinas baseados em máquinas de suporte vetorial para regressão (SVMr). Após o projeto de controle, o controlador projetado é testado no circuito de testes virtual mediante simulações em tempo real `software in the loop¿ (SIL) / Abstract: In the oil industry, it is common to use electrical submersible pumps (ESP) operating with gas -liquid multiphase flow. The presence of high gas flows cause severe degradation in performance of the pump, generating instabilities in the flow-pressure curves, as "surging" and "gas locking". Therefore knowledge of these instabilities is essential for the proper functioning of the pump and thereby prevents premature failure of the equipment. Currently there are no mathematical models that adequately represent the behavior of the EPS in the region of "surging" and "gas locking", creating the need to use test circuits to make a study of the performance curves of the pumps. Most test circuits are operated manually to reach the operating conditions of the pump, making repetitive, tedious and laborious trials. Therefore there is a need to automate these circuits in order to facilitate the process of obtaining the performance curve of the pump. In this paper the project and simulation of a robust control type H_? for keeping the multiphase flow in the entrance of a EPS operating at different conditions is performed. This controller is designed based on a test circuit virtual for EPS which is modeled using physical formulations and adjusted models obtained by experimental data using machine learning algorithms based on support vector machines for regression (SVMR). After the controller design, the control is tested in the virtual test circuits using simulations in real time "software in the loop" (SIL) / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T08:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_AthosPovoa_M.pdf: 9594597 bytes, checksum: c99eaf2e0c3c48d6e04df60e99d62937 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para a obtenção dos parâmetros sustentados do arco elétrico, especificamente a corrente de condução e a corrente de deslocamento. Os resultados apresentados são provenientes da análise de 410 ensaios realizados em ambiente não confinado de um trecho experimental de linha de transmissão aérea de 500 kV , composta por três torres e dois vãos. Foram analisados diversos níveis de corrente entre 15 Aef e 10 kAef. O método apresentado é baseado na obtenção de um novo elemento para a caracterização do arco elétrico, a capacitância. Verifica-se que existe um atraso da forma de onda da tensão entre os terminais do arco em relação à forma de onda da corrente do arco elétrico próximo ao cruzamento das curvas pelo zero. Este comportamento indica uma resposta a um circuito que não pode ser considerado puramente resistivo, mas sim composto por uma resistência e uma capacitância. Desta forma a contribuição da presente pesquisa consiste na identificação da capacitância do arco elétrico. Os resultados obtidos mostram que a utilização da metodologia desenvolvida é eficaz para a obtenção dos parâmetros sustentados do arco elétrico e que tais parâmetros possuem uma relação de proporcionalidade em relação aos níveis de corrente do arco elétrico / Abstract: This work presents a methodology to obtain the stationary parameters of the electric arc, specifically the conductive current and the displacement current. The results presented are from analysis by 410 assays performed at field tests of a test section of 500 kV transmission line. The section is formed by three transmission towers, one anchor tower positioned between two suspension towers. This work presents the analysis of tests with current levels between 15 Arms and 10 kArms. The presented method is based on obtaining a new element to characterize the arc, the capacitance. It is verified that there is a delay of the waveform of the voltage across the arc terminals relative to the waveform of the current arc near zero crossing. This behavior indicates that the arc can not be considered purely resistive, but instead it has a behavior of a parallel resistance and a capacitance impedance. Therefore the contribution of this research is to identify the capacitance of the electric arc. The results show that the use of the developed methodology is effective for obtaining the stationary parameters of the electric arc and that these parameters have a relationship of proportionality in relation to the arc current range.winz / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica