Orientadores: Maria Angela de Almeida Meireles, Lucio Cardozo Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:36:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moura_LucinewtonSilvade_D.pdf: 2436786 bytes, checksum: 67fc0392148be25f5586fe7073ca00cf (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T04:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarvajalRojas_JaimeHumberto_D.pdf: 18722503 bytes, checksum: cf7052f5959f02f6c052c5b501ca7f6b (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O principal objetivo de esta pesquisa consiste no desenvolvimento de uma metodologia geral para a integração, simulação e programação of-line de robôs e mecanismos mecatrônicos em células de manufatura flexíveis FMC. O desenvolvimento da metodologia implica a modelagem da FMC usando Redes de Petri PN, a modelagem geométrica com sistemas CAD do ambiente de atuação do robô incluindo equipamento e mecanismos associados, modelagem da cinemática direta e inversa do robô baseada na metodologia de Denavit -Hartenberg, modelagem do Jacobiano direto e inverso do robô, modelagem da cinemática com Quaterniones, simulação gráfica das trajetórias do robô, simulação gráfica da movimentação dos mecanismos, e coordenação e integração da movimentação dos robôs e dos mecanismos. A programação off-line do robô é o principio de integração dos componentes dentro da FMC. Estudos de casos encaminhados à implementação, validação e probas da metodologia desenvolvida, são apresentados, incluindo programação off-line independente, programação off-line simultânea, programação off-line seqüencial e programação of line integrada / Abstract: The main objective of this research consists on the development of a general methodology for the integration, simulation and ofl-line programming of robots and mechatronic mechanisms into Flexible Manufacturing Cells FMC. The development ofthe methodology embraces the modeling of FMC using Petri Nets PN, the geometric modeling with system CAD of the environrnent of the robot's performance inc1udingequipment and associate mechanisms, mathematica1modeling of the direct kinematics and inverse kinematics of the robot based on Denavit - Hartenberg metodology, mathematical modeling of kinematics with Quaternions, mathematical modeling of the direct Jacobian and inverse Jacobian of the robot, the graphic simulation ofthe robot's trajectories, graphic simulation of the movement of the mechanisms and the coordination and integration of the robot's movements and of mechanisms. The off line programming of the robots is the principIe for the integration of the components. Studies of cases allows the implementation, validation and it proves of the developed methodology, are presented, including off line programming independent, of-line programming simultaneous, off-line programming sequential, and off-line programming integrated. / Doutorado / Mecatronica, Robotica e Sistemas Mecanicos Atuados / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Jose Wilson Magalhães Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-22T20:14:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Puglisi_JoseLuis_D.pdf: 3693274 bytes, checksum: 1e7135b48bbbbd7f376a818cb7f7b0d1 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Foram avaliados os fluxos de cálcio que ocorrem durante o acoplamento excitação - contração no miócito isolado de coelho. O influxo de cálcio através dos canais de cálcio durante o potencial de ação foi medido usando a técnica de fixação de voltagem. A contribuição da troca Na/Ca para a entrada de cálcio foi calculada usando um modelo matemático. A participação relativa dos mecanismos de extrusão de cálcio (ATPase de cálcio do retÍculo sarcoplasmático, troca Na/Ca da membrana plasmática, bomba de cálcio do sarcolema e uniporter mitocondrial de cálcio) foram quantificadas usando contraturas de cafeína. Finalmente o efeito da temperatura sobre os mecanismos de transporte de cálcio foi analisado repetindo as medições a 25 e 35°C. Os resultados mostram que, no miócito ventricular de coelho, a maior parte do influxo de cálcio provem dos canais de cálcio, enquanto que a troca Na/Ca fornece aproximadamente25% do fluxo total de entrada. Durante o relaxamento o retículo sarcoplasmático recapta cerca de 70% do cálcio, a troca Na/Ca extrui aproximadamente 25% e o restante é transportado pela bomba de cálcio do sarcolema e a mitocôndria. A temperatura acelera todos estes processos de transporte porém não afeta as suas contribuições relativas / Abstract: Ca fluxes during Excitation-Contraction Coupling were analyzed in rabbit ventricular myocytes. Ca influx through Ca channels during an action potential was measured using the voltage-clamp technique. The contribution ofNa/Ca exchange to Ca influx was calculated using a mathematical mode!. The relative participation of the mechanisms by which Ca is extruded (Sarcoplasmic Reticulum Ca-ATPase, Na/Ca exchange, SarcolemmalCa-ATPase and mitochondrial Ca uptake) were quantified using caffeine contractures. Finally the effect of temperature on these transport mechanisms was determined by repeating the measurements at 25 and 35°C. The results show that, in rabbit ventricular myocytes, most of the Ca influx occurs via the Ca channels, whilst influx via Na/Ca exchange supplies approximately 25%. During relaxation SR reuptake accounts for about 70% and Na/Ca exchange for approximately25% of the total amount of Ca removed, with the remainder transported via the Sarcolemmal Ca pump and the mitochondria. Although temperature accelerates all of these processes, their relative contributions to cellular Ca flux are not greatly altered. / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T09:38:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GordilloCarrillo_CamiloAndres_M.pdf: 5104981 bytes, checksum: cd95669708a4fb537590b77509d111b9 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O conceito de Hardware In the Loop (HIL) é bastante útil em indústrias automotivas e em indústrias espaciais, já que sistemas complexos são difíceis de se modelar. Este conceito proporciona uma grande confiabilidade aos resultados, diminui o risco de avaria dos equipamentos e dos usuários em seu funcionamento, como também uma diminuição do tempo no desenvolvimento de projetos. Tudo isto sem precisar de um orçamento elevado ou protótipos elaborados para realização de testes. Neste trabalho propõem-se duas estratégias para solucionar o problema do atraso (delay) apresentado pelo sinal de resposta nos sistemas HIL em tempo real, levando-se em conta a sequência de execução real dos processos, bem como também outros aspectos como dos sistemas de aquisição e atuação (inercia, limitações de hardware e software, tempo de amostragem). Os resultados obtidos através das estratégias propostas foram analisados e comparados com resultados numéricos em uma bancada experimental obtendo uma boa concordância eliminando o atraso na resposta / Abstract: The Hardware In the Loop (HIL) concept is useful in automotive and spaceship industries, because of the difficulty of modeling complex systems. This concept provides great reliability at the results, decrease the risk of damage to the equipment and to the user operation, as well as decreasing the time of projects development. All of this without requiring a high budget or developing prototypes for testing. This study propose a strategy to solve the delay problem presented by the response signal in real time HIL systems, considering a real execution sequence of the process, as well as other aspects such as in the acquisition and the actuation systems (inertia, hardware and software limitations, sample time). The results obtained through the proposed strategies was analyzed and compared with numerical results in a testing platform with excellent concordance eliminating the delay in the response / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:14:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_EduardoThomazInglezde_D.pdf: 8130248 bytes, checksum: a68c3d77428869ae4d5d04c15a99a4c6 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta Tese de Doutorado está comprometida com a aplicação de técnicas computacionais que permitam auxiliar a integração de processos químicos contínuos em tempo real. Para tal faz-se necessário um estudo de caso, que para este trabalho foi adotado um fomo rotativo para incineradores de resíduos sólidos, cujas características são simuladas por meio de um modelo matemático. O objetivo principal é estudar o comportamento do processo em camadas, uma de controle avançado e outra para otimização. Sendo que a de otimização dividi-se em duas: processo e produção. Os controladores utilizados foram os tradicionais DMC (dynamic matrix control) e GPC (generalized predictive control), mais duas versões não lineares baseadas nestes. O primeiro destes controladores não lineares usa a estrutura do DMC, entretanto o modelo preditivo da dinâmica do processo dá-se por uma rede neural, a qual incorporou o comportamento não linear do modelo matemático do processo. O outro controlador não linear usa uma rede neural para predizer os parâmetros de um modelo de primeira ordem com tempo morto. Uma vez que estes parâmetros são atualizados tem-se um modelo dinâmico preditivo não linear. Com a finalidade de comparar a performance destes controladores avançados, um controlador PID é usado como referência, já que é o padrão para este tipo de processo. As leis de controle, que são problemas de otimização linear e não linear, são resolvidas com um algoritmo S.Q.P. A otimização da produção refere-se ao planejamento e controle, sendo que a modelagem obtida resulta em um problema linear com restrições também deste tipo. Sua resolução dá-se por meio de um algoritmo SIMPLEX. Quanto ao processo tem-se um problema de otimização não linear, cuja meta é calcular as vazões de combustível e ar secundário a partir de variações na vazão de alimentação do resíduo sólido, e seu respectivo poder calorífico. O otimizador visa minimizar o consumo do combustível auxiliar, respeitando restrições ambientais e operacionais, explicitadas na temperatura da câmara de combustão. Esta camada hierárquica faz uso do mesmo algoritmo S.Q.P mencionado acima e uma alternativa baseada em programação genética, para se obter os resultados desejados. O otimizador tem duas possibilidades para simular o processo: um modelo determinístico e uma rede neural baseada neste modelo. Os resultados mostraram que os controladores lineares (DMC e GPC) são robustos, estáveis e com tempo de processamento numérico mais que suficientes para integra-los em tempo real. Os controladores não lineares ficam restritos a processos cujas dinâmicas não sejam muito rápidas, na ordem de 30 segundos, após perturbação. Estas afirmações estão baseadas em controladores monovariados. A otimização da produção por ser linear, não apresentou problemas de convergência, tão pouco no tempo de processamento computacional. A otimização do processo também não foi problemática, excesso quando se usava o algoritmo genético com o modelo determinístico para a otimização. A integração das partes envolvidas funcionou com muita robustez, fornecendo uma ferramenta valiosa para o desenvolvimento de processos químicos contínuos em tempo real / Abstract: This Ph.D. Thesis has been committed in applying computational techniques that allow helping continuous chemical processes integration on-line. Thus, a case study has been necessary and for this work rotary kiln incineration process was selected, which characteristics are simulated by a mathematical model. The main goal is to understand the behavior of the process in layers, one for advanced control strategies and other for optimization. Being the optimization layer divided in two: process and production planning. The applied controllers have been the traditional DMC (dynamic matrix control) and GPC (generalized predictive control), plus two extra nonlinear versions based on those. The former nonlinear controller uses the DMC framework, however the predictive model has been obtained by means of neural network, which has incorporated the nonlinear behavior of the numerical model. The latter nonlinear controller uses a neural network to predict the parameters of a first order mo de! with time delay. Since these parameters are updated online one has a nonlinear dynamic predictive model. In order to compare the performance of these advanced controllers, a PID is used as a reference, because it has been the industrial standard for this kind of process. The control laws, that can be linear and nonlinear optimization problems, have been solved with a S.Q.P (sequential quadratic programming) algorithm. The production optimization is referred to the production planning of the unit, being the resulting model a linear problem, as well as its constraints. Its resolution has been carried out by a SIMPLEX algorithm. Concerning the process one has a nonlinear optimization problem, which goal is to compute fuel and air flow rates starting from solid residue inlet flow rate and its calorific power. The optimizer seeks to minimize the fuel consumption, respecting environmental and operational constraints, expressed by the combustion chamber temperature. This layer makes use of the same aforementioned S.Q.P, and a second strategy based on genetic algorithms. The optimizer has two possibilities to simulate the process: a deterministic and a neural network model. The results have shown that the linear controllers (DMC and GPC) are robust, stables and with processing time fast enough to be used online. The nonlinear controllers are restricted to process with dynamics not to quick, because a few seconds are sometimes necessary to complete then numerical computations. Such statements have been based on monovariate controllers. Since the production optimization has a linear framework, it has not presented convergence difficulties, as well as long numerical processing time. The process optimization has not shown problems, except when the genetic algorithm was applied with the deterministic model to optimize the process. The integration has worked robust1y, supplying a precious tool to continuos chemical process development online and in real time / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Camilla Gandine Gonçalves null (camilla.gandine@yahoo.com.br) on 2016-08-23T02:19:17Z No. of bitstreams: 1 TESE_CAMILLA GANDINE GONCALVES_22082016.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-24T17:36:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_cg_dr_guara.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-24T17:36:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_cg_dr_guara.pdf: 2592904 bytes, checksum: 8d046da87d339892a84ca5bd145a19ec (MD5) Previous issue date: 2016-08-02 / O objetivo deste trabalho é estudar a oscilação do molde na produção de tarugos por lingotamento contínuo e a sua consequência na qualidade do produto final, através de modelamento matemático. A oscilação do molde origina um defeito superficial conhecido como marca de oscilação. O modelo da formação das marcas considera três partes: térmica, mecânica dos fluidos e mecânicos dos sólidos. São consideradas as fases sólida e pastosa, até certa fração sólida, como resistentes aos esforços advindos da oscilação, e que o raio do menisco é não estacionário. Verifica-se que o aumento do curso de oscilação do molde aumenta a profundidade das marcas de oscilação, o aumento da frequência de oscilação tem comportamento ascendente até um ponto máximo, seguido de descendente, enquanto o aumento da velocidade de lingotamento aumenta a profundidade das marcas, desde que a frequência e curso sejam mantidos constantes. O estripamento negativo aparenta ser função de todas as demais variáveis de processo. / This work aims to study the mold oscillation in continuous casted billets and its consequence on the final product quality throw mathematical modeling. The mold oscillation causes a surface defect known as oscillation marks. The model of oscillation marks formation is divided in three parts: thermal, fluid mechanics and mechanics of solids. Two phases, solid and mushy steel above to a certain solid fraction are considered as having mechanical strength, and the meniscus radius is non stationary. It appears that the increasing in stroke increases the depth of the oscillation marks, increasing the oscillation frequency is upward behavior up to a maximum point, followed by descending, while increasing the casting speed increases the depth of oscillation marks, if frequency and stroke is kept constant. The negative strip time appears to be a function of all other process variables.

Orientador: Laercio Luis Vendite / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-08T14:27:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_GracieleParaguaia_M.pdf: 1619969 bytes, checksum: 570ad2c7d6e368e955ded50b3177ab52 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O aumento da incidência de casos de câncer de próstata, nos últimos anos, é um importante problema de saúde pública e um desafio para a ciência médica. Nesta dissertação estudamos a construção de um modelo matemático, que foi desenvolvido para predizer o estadiamento patológico do câncer de próstata. A intenção é auxiliar o especialista no processo de tomada de decisão, com relação ao estágio da doença. O modelo consiste num sistema baseado em regras fuzzy, que combina os dados pré-cirúrgicos - estado clínico, nível de PSA e grau de Gleason - valendo-se de um conjunto de regras, de natureza lingüística, elaborado a partir das informações presentes nos nomogramas já existentes. Com isso esperava-se obter, na saída do sistema, a chance de o indivíduo, com determinado quadro clínico, estar em cada estágio de extensão do tumor: localizado, localmente avançado e metastático. Foram feitas simulações, com dados de pacientes do Hospital das Clínicas/UNICAMP. Os resultados obtidos foram comparados com as probabilidades de Kattan et al, que embora sejam utilizadas nas decisões médicas, são consideradas pessimistas, em relação ao estágio da doença. Com o objetivo de aproximar os resultados, da realidade vivida pelos pacientes, efetuamos algumas modificações na modelagem. Tais mudanças foram suficientes para deixar os resultados mais otimistas e, portanto, mais realísticos / Abstract: The increase of the incidence of prostate cancer is a important problem of public health and a challenge to medical science. In this dissertation, we studied the construction of a mathematical model wich it was developed to predict the pathologic stage of prostate cancer. The intention is to help specialist on the decision process about stage of the disease. The model consists on a system founded in fuzzy laws that it combine the pre-surgicals dates - clinic state, PSA levels and Gleason score - availing of a linguistic laws set made with base on informations of the existents nomograms. Herewith we were hoping to ger person's chance, with clinics characteristics determinates, is in each stage of tumor extension: localized, advanced locally and metastatic. Simulations were made with patient's dates of the Clinics Hospital / UNICAMP. The results were compared with Kattan's probabilities that are used on the medicals decisions. However this probabilities to the disease are considered pessimists. With the aim of approach the results and the reality lived by patients, we did some modifications on the model. This changes were enough to became the results more otimists and therefore more realistics / Mestrado / Biomatematica / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Silvio Roberto Andrietta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T13:51:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_Erica_M.pdf: 2525603 bytes, checksum: f97ccddcfb17fb8f1171b0c8fafecb97 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho teve por objetivo estudar o processo de fermentação alcoólica operando em batelada-alimentada, analisando o efeito da forma de alimentação do reator, da temperatura e da concentração de inóculo sobre o rendimento fermentativo, a produtividade e a cinética do sistema, encontrando a forma mais adequada de operação das unidades que trabalham com esse tipo de processo. Os ensaios foram realizados em reator de bancada utilizando meio sintético a base de sacarose e extrato de levedura. O microrganismo utilizado foi a cepa de levedura Y904 (Saccharomyces cerevisae). As concentrações de substrato e etanol foram determinadas pelo método colorimétrico em espectrofotômetro, e as concentrações de células foram determinadas pelo método gravimétrico. Para avaliação cinética, utilizou-se um modelo proposto por LEE et. al. 1983 modificado e os parâmentros cinéticos foram ajustados por um programa computacional desenvolvido em Delphi. Através de uma análise estatística realizada no Software Statistica 5.0 foi possível determinar quais parâmetros cinéticos apresentaram variação significativa em relação às variáveis estudadas. Como resultado, observou-se que nas condições estudadas, o rendimento em etanol obteve significância com a temperatura e a concentração de inoculo, sendo que valores elevados foram obtidos em temperaturas extremas e altas concentrações de inoculo. O rendimento em células foi afetado pela temperatura, obtendo valores elevados a baixa temperatura... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Many fermentative processes industrial are realized in the fed-batch way, where the feeding containing substract and/or nutrients are fed the bioreactor. This work has as objective to study the process of alcoholic fermentation operating in fed-batch, analyzing the effect of feeding way the bioreactor, temperature and concentration of yeast about the fermentative yield, the productivity and the kinetic of the system, finding the more appropriate way of operating the units that work with this kind of process. The essays were realized in the bench bioreactor using synthetic substract with sucrose and yeast extract. The microorganism used is the strain of yeast Y904 (Saccharomyces cerevisae). The concentration of substract and ethanol were determined by metric color method in espectrofotometer, and the concentrations of biomass were determined by gravity methody. For the kinetic evaluation was used the proposed model by LEE et. al. 1983 modified and kinetics parameters were adjusted by a software developed in Delphi. Through a statistica analyse in the Software Statistica 5.0 it was possible to determine the kinetic parameters that presented significant variation regarding the variables studied. As a result, it was notice that in the conditions studied, the yield of ethanol obtained significant with the temperature and concentration of yeast, considering that high values were obtained in extreme temperature and high concentration of yeast... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T00:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CcopaRivera_ElmerAlberto_D.pdf: 3934194 bytes, checksum: 1c6032aefcc3c385ecff9996d19bfe11 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese aborda aplicações de modelagem, metodologias sistemáticas e confiáveis de otimização, além de ferramentas computacionais. Estas áreas podem capturar características quantitativas essenciais dos bioprocessos e possuem grande impacto nas práticas modernas da melhoria de desempenho dos processos petroquímicos e mecânicos. É evidente que o mesmo deve ocorrer com os bioprocessos, uma área em que ainda poucos estudos e desenvolvimentos foram feitos. Porém, espera-se que os bioprocessos construídos em cima dos métodos que consideram a análise do problema, codificados como uma ferramenta matemática apropriada para o uso das ferramentas da engenharia de processos assistida por computador, convertam resultados numéricos em soluções de engenharia úteis para produzir, finalmente, uma melhor compreensão de tais sistemas. Diferentes tipos de metodologias, apropriadas para aplicações em computador, foram estudadas com esta finalidade. Os métodos propostos foram aplicados ao desenvolvimento e otimização da produção de bioetanol. A parte central desta tese consiste de artigos científicos (Capítulos 3 - 8). O Capítulo 3 concentra-se nas técnicas de otimização para estimar os parâmetros do modelo cinético do processo de fermentação alcoólica em batelada para a produção de etanol usando Saccharomyces cerevisiae. O Algoritmo Quasi-Newton (QN) e o Algoritmo Genético de código real (RGA) foram usados para resolver o problema de estimação e encontrar uma solução ótima. O Capítulo 4 fornece um modelo híbrido adaptativo que considera o efeito da temperatura na cinética da fermentação alcoólica, representada por redes neurais. O potencial de um RGA e de um algoritmo genético de código binário (BGA), para re-estimar os parâmetros da rede neural, foram avaliados. O desempenho destes algoritmos foi comparado com o algoritmo Quasi-Newton (QN). No Capítulo 5 foi avaliado um procedimento para o desenvolvimento de um modelo matemático robusto para um processo de fermentação alcoólica industrial. O modelo proposto é um modelo híbrido neural, que combina equações de balanço de massa e energia com redes do tipo Functional Link Network para descrever a cinética. Estas redes apresentaram uma boa capacidade de aproximação não-linear, embora a estimação dos seus pesos seja linear. O Capítulo 6 propõe uma nova metodologia para estimação de parâmetros cinéticos. A primeira etapa consiste na obtenção de valores iniciais para todos os parâmetros do modelo. Conseqüentemente, um RGA foi usado para a estimação simultânea dos parâmetros. Na terceira etapa, os parâmetros mais significativos foram identificados usando o planejamento Placket-Burman (PB). Finalmente, os parâmetros mais significativos foram otimizados usando o algoritmo QN, que converge para o ótimo muito mais rápido que o RGA. No Capítulo 7 a modelagem de processos biotecnológicos foi estudada com foco no desenvolvimento das metodologias que podem ser usadas sempre que uma reestimação dos parâmetros seja necessária. O desempenho de um modelo híbrido neural e de um modelo fenomenológico, ambos considerando o efeito da temperatura na cinética, foi avaliado não somente em termos de sua exatidão em descrever os dados experimentais, mas principalmente pelas dificuldades envolvidas na adaptação de seus parâmetros. No Capítulo 8, o modelo não-linear de um processo de fermentação alcoólica extrativa, representado por Redes Neurais Multilayer Perceptron foi otimizado, usando RGA e BGA, para encontrar condições ótimas de operação. A fim de verificar a validade do modelo neural, os resultados foram comparados à otimização de um modelo determinístico, onde os parâmetros cinéticos foram determinados experimentalmente como funções da temperatura. Adicionalmente, o Apêndice A apresenta informações suplementares a respeito da verificação do comportamento não-linear das variáveis do processo extrativo de fermentação alcoólica. Com a finalidade de comparar os resultados de otimização deste processo empregando algoritmos genéticos, o Apêndice B apresenta os resultados de otimização usando Programação Quadrática Sucessiva / Abstract: This thesis addresses the issues of modeling, systematic and reliable optimization methodologies, analysis and computational tools. These fields can capture essential quantitative features of the processes and have a great impact on the modern practices of petrochemical and mechanical process performance improvement. It is evident that the same should occur with bioprocesses, a field in which very little studies and developments has been made. However, it is expected that the bioprocesses built upon methods that consider the problem analysis, codified into a mathematical tool appropriate for the use of computer aided process engineering tools, will transform numerical results into useful engineering solution to finally produce a better understanding of the bioprocess. Different types of models, suitable for computer-aided applications, have been studied for this purpose. The proposed methods are applied to the development and optimization of bioethanol production. The main part of the thesis consists of journal papers (Chapters 3 - 8). Chapter 3 focuses on the optimization techniques to estimate the kinetic model parameters of batch fermentation process for ethanol production using Saccharomyces cerevisiae. The potential of Quasi-Newton (QN) and Real-Coded Genetic Algorithm (RGA) to solve the estimation problem is considered to find out the optimal solution. Chapter 4 provides an adaptive hybrid model that considers the effect of temperature on the kinetics of alcoholic fermentation, represented by neural networks. The potential of a RGA and a binary-coded genetic algorithm (BGA) to re-estimate the parameters of the neural network is evaluated. These algorithms were compared to the quasi-newton algorithm (QN) in terms of performance of the hybrid model. In the Chapter 5 a procedure for the development of a robust mathematical model for an industrial alcoholic fermentation process was evaluated. The proposed model is a hybrid neural model, which combines mass and energy balance equations with Functional Link Networks to describe the kinetics. These networks have been shown to have a good non linear approximation capability, although the estimation of its weights is linear. Chapter 6 proposes a new methodology to estimation of kinetic parameters. The first step is to obtain initial values for all parameters in the model and then a RGA is used to calculate the parameters in the model. The third step is to identify the most significant of the parameters using Plackett and Burman design (PB) and finally the most significant are optimized using a QN algorithm, which converges much more quickly than RGA to the optimal. In the Chapter 7 the modeling of biotechnological processes is studied with focus on developing methodologies that can be used always that a re-estimation of parameters is necessary. The performance of a hybrid neural model and a first-principles model, both considering the effect of temperature on the kinetics, are evaluated not only by their accuracy in describing experimental data, but mainly by the difficulties involved in the adaptation of their parameters. In the Chapter 8 the non-linear model of an extractive alcoholic fermentation process, represented by neural networks, is optimized using RGA and BGA to determine the optimal operational conditions. In order to check the validity of the computational modeling, the results were compared to the optimization of a deterministic model, whose parameters were experimentally determined as functions of the temperature. Furthermore, Appendix A provides additional information regarding the verification of the non-linear behavior of the variables of the extractive alcoholic fermentation process. With the purpose to compare the optimization performances of this process by genetic algorithms, Appendix B presents the results of optimization using successive quadratic programming / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:37:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franco_IvanCarlos_M.pdf: 1044560 bytes, checksum: 8f4fdd66626d63245a2131f55b09f807 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Polimerização via radical livre controlada (CRP) tem recebido cada vez mais atenção como uma técnica para produção de polímeros com micro estrutura altamente controlada. Em particular, distribuições de pesos moleculares estreitas são obtidas, com polidispersidade muito próxima de um, sendo um campo promissor na ciência de polimerização com estruturas controladas. Um importante requisito para engenharia de polimerização e desenvolvimento de polímeros é a construção de modelos matemáticos úteis, especialmente aqueles de natureza mecanística, com validação experimental. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de modelos matemáticos abrangentes para simulação de polimerização para mecanismo RAFT. Metacrilato de metila em benzeno a 60°C na presença de 2,2-cianopropil 1- pirrolecarboditioato (agente RAFT) e com AIBN como iniciador em um reator batelada será considerado como estudo. Os pesos moleculares foram calculados utilizando o método dos momentos. Uma análise paramétrica considerando o efeito da concentração de iniciador e da concentração de agente RAFT foi realizada. O modelo predito está de acordo com os dados experimentais da literatura, o que atesta sua validade para ser utilizado no controle de estruturas poliméricas obtidas no processo RAFT / Abstract: Lately, Living Free Radical Polymerization (LFRP) has been detached as a technique for the production of polymers with highly controlled microstructure. In particular, narrow distributions of molecular weights are obtained, with polydispersity values next to one. So, this technique is a promising field in the science of polymerization with controlled structures. An important requirement for engineering of polymerization and polymer development is the construction of useful mathematical models, especially those of mechanistic nature, with experimental validation. The objective of this work was to develop comprehensive mathematical models to simulate polymerization from RAFT mechanism. Methyl Methacrylate in benzene at 60°C in the presence of 2-cyanoprop-2-yl 1-pyrrolecarbodithioate (agent RAFT) and with AIBN as the initiator in a batch reactor was considered. The molecular weights have been calculated using the method of moments. A parametric analysis considering the effect of the initiator and agent RAFT concentrations was performed. Models prediction showed good agreements with experimental data from literature, what certifies its validity in being used in the control of polymeric structures in RAFT process / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química