Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_PatriciaCandiotoMigliari_D.pdf: 1584587 bytes, checksum: 8622cb86aacfe987908422e98c40d2c8 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O trabalho envolveu modelo estruturado adaptado de um modelo estruturado de crescimento para processo de fermentação contínua realizado em um bioreator do tipo torre com células imobilizadas para produção de etanol. O modelo estruturado utilizado inclui equações de balanço para as rotas metabólicas fermentativa e respiratória, assim como termos cinéticos para o efeito de inibição pelo etanol, substrato e saturação celular no pellet. Os parâmetros cinético do modelo estruturado foram otimizados através da metodologia desenvolvida por Rivera (2005) onde envolve a aplicação de Algoritmo Genético, Planejamento Fatorial Fracionário proposto por Plackett Burman (1946) e Algoritmo Quasy Newton. Os resultados obtidos na simulação do modelo utilizando os parâmetros otimizados por esta metodologia representou de forma efetiva o modelo. A otimização do processo teve inicio com a Análise de Superfície de Resposta, que consistiu em um planejamento fatorial em estrela de dois níveis (-1 e +1) com um ponto central. A metodologia por Superfície de Resposta mostrou-se uma ferramenta poderosa para otimização preliminar das variáveis operacionais no sentido de que seus resultados foram usados como estimativas iniciais para o procedimento formal de otimização, SQP (Programação Quadrática Sucessiva). Esta metodologia de Superfície de resposta possibilita visualização do comportamento das variáveis que se quer otimizar, identificando a região do ponto ótimo, o que não é possível pelo método SQP. A metodologia SQP foi implementada com sucesso no modelo determinístico, obtendo as melhores condições de operação para as variáveis manipuláveis / Abstract: The work involved adapted of a structured model of growth structured model for process of continuous fermentation accomplished in a bioreator of the type tower with immobilized cells for etanol production. The used structured model includes reaction rate equations for the respiratory and glicolitic metabolic pathways, as well as kinetic terms for the inhibition effect for the etanol, substrate and cellular saturation in the pellet. The kinetic of the structured model parameters went optimized through to methodology developed by Rivera (2005) where it involves the application of Genetic Algorithm, methodology of Plackett¿Burman (1946) and Algorithm Quasi Newton. The results obtained in the simulation of the model using the parameters optimized for this methodology represented in an effective way the model. The optimization of the process had I begin with the Analysis of Surface of Answer, that consisted of a planning fatorial in star of two levels (-1 and +1) with a central point. The methodology for Surface of Answer a powerful tool was shown for preliminary optimization of the operational variables in the sense that its results were used as initial estimates for the formal procedure of optimization, SQP. This methodology of answer Surface facilitates visualization of the behavior of the variables that if that otimizar, identifying the area of the great point, what is not possible for the method SQP. The methodology SQP was implemented with success in the model deterministic, obtaining the best operation conditions for the variables manipulated. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Henry França Meier, Antonio Andre Chivanga Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T17:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Noriler_Dirceu_D.pdf: 6369286 bytes, checksum: f7d7529d389ee08ae2c3e9ff05d27633 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os mecanismos fenomenológicos que ocorrem em equipamentos industriais são muito importantes para o projeto e otimização de equipamentos e processos. Neste caminho, a destilação, a mais importante técnica de separação, é foco de diversos estudos que tem como objetivo compreender a fenomenologia deste sistema. Os modelos atuais para a representação de colunas de destilação baseiam-se no conceito de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio que consideram a mistura perfeita em cada fase, onde não existem variações espaciais das propriedades conserváveis, somente variações temporais. No entanto, é conhecido que o padrão de escoamento tem uma grande importância sobre a eficiência de transferência de massa e energia. Neste sentido, houve muitas contribuições na aplicação das técnicas de CFD ao estudo dos padrões de escoamento em sistemas gás-sólido, como em leitos fluidizados, e em sistemas gás-líquido, como em coluna de bolhas. Assim, o principal objetivo deste trabalho é aplicar um modelo microscópico multifásico baseado na conservação de quantidade de movimento, calor e massa, num referencial euleriano-euleriano tridimensional e transiente, sob condições de turbulência, que possibilite a predição dos perfis de velocidade, fração volumétrica, pressão, temperatura e concentração em um prato perfurado de uma coluna de destilação. Um código comercial de CFD foi utilizado para a execução dos experimentos numéricos, com a construção de malhas numéricas e implementação de equações de fechamento obtidas na literatura através de sub-rotinas escritas em linguagem FORTRAN. O método numérico utilizado foi o método dos volumes finitos com malha co-localizada em um sistema de coordenadas generalizadas. Os principais resultados mostram os perfis de fração volumétrica, velocidade, temperatura e de concentração em função do tempo e da posição no prato e quando comparados com dados da literatura e com dados obtidos experimentalmente confirmam a capacidade do modelo predizer os principais aspectos fenomenológicos em pratos perfurados de destilação. A metodologia proposta neste trabalho mostrou-se adequada para reproduzir o comportamento fluidodinâmico em pratos perfurados de destilação e pode ser aplicada para projeto e otimização destes equipamentos / Abstract: A better understanding of the mechanisms that occur in large scale industrial processes is important in order to improve equipment design and process development. In this way, distillation is one of the most important separation techniques. Conventional models for distillation columns are based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts. Despite the relevant results obtained with equilibrium and nonequilibrium stage models, they neglect the fluid dynamic phenomena assuming perfect mixing of each phase in the plate. However, it has been recognized that the flow pattern on a distillation tray is of large importance on the mass and energy transfer efficiency, and this influence can only be analyzed by making a fluid dynamics study. Recent advances show that CFD techniques have allowed the study of fluid dynamic in processes and equipments. Contributions have been made in modeling and simulation of gas-solid flow, as for example in fluidized beds, and gas-liquid flow, as for example in bubble columns. The main objective of this work is to apply a CFD model under Eulerian-Eulerian framework for gas-liquid flows, capable to predict the momentum, mass and thermal phenomena of the multiphase flows. A three-dimensional and transient model with chemical species, energy and momentum conservation balances have been applied for predictions of volume fractions, velocities, pressure, temperature and concentrations fields, of two-phase flows on distillation sieve tray. The mathematical model was implemented in a CFD commercial code for numerical studies, with the construction of a particular numerical grid and using own sub-routines in FORTRAN language for the closures equations obtained from literature. The model was solved using the finite-volume method with collocated variables in a generalized co-ordinate system. The results show the volume fractions, velocities, temperature and concentrations profiles as a function of the time and the position in the distillation sieve tray. These were compared with literature data and our experimental data to confirm that the model is suitable to predict gas-liquid flows on a distillation sieve tray. The CFD tools presented and discussed in this work make possible to know better the turbulent gas-liquid flow in a sieve plate of distillation columns and they can be used to optimize design and the operating conditions of such processes / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Resumo: Neste trabalho propõem-se formulações matemáticas e metodologias para resolver o problema de planejamento da expansão e operação de sistemas de distribuição de energia elétrica de longo prazo com instalação de geração distribuída despachável, renovável e dispositivos armazenadores de energia, considerando as incertezas nos parâmetros e variáveis envolvidas no comportamento do sistema. No modelo de otimização desenvolvido considera- se uma formulação com espaço de busca convexo como um problema de programação cônica inteira de segunda ordem. Como primeira metodologia de solução para o modelo matemático proposto, usam-se solvers de otimização comerciais através de linguagem de programação matemática. Em segundo lugar é proposta a técnica de otimização meta-heurística VND combinada com um solver de otimização para resolver o modelo de otimização desenvolvido. Os algoritmos e modelos matemáticos de otimização usados para resolver o planejamento de sistemas de distribuição são implementados em AMPL e testados em sistemas presentes na literatura. Finalmente são comparadas as metodologias segundo a solução obtida e desempenho em tempo computacional. / Abstract: This work proposes mathematical formulations and methodologies to solve the long-term electric power distribution system operation and expansion planning with distributed renewable energy sources and energy storage devices, considering the uncertainties in the involved parameters and variables in the system behavior. In the developed optimization model, a convex formulation is considered as integer second-order conic programming problem. The first solution methodology for the proposed mathematical model, the commercial optimization solvers that uses mathematical modelling language is used. In the second way, the VND meta-heuristic optimization technique is proposed combined with the optimization solver to analyze the obtained solutions of the search through optimal neighborhoods. The mathematical optimization model and the proposed algorithm used to solver the planning of distribution systems are implemented in AMPL and tested in literature’s systems. Finally, the methodologies according to the obtained solution and computational time performance are compared. / Doutor

Orientador: Jose Mario Martinez Perez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T15:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_LuisFelipeCesardaRocha_M.pdf: 1111693 bytes, checksum: 531a933822f5dcf9cacad7dea6be5f53 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nesta dissertacao fazemos uma exposicao sobre alguns modelos matematicos com aplicacoes em economia. Dentre os modelos estudados destacamos a versao discreta das populares medidas de risco VaR (Value at Risk ) e C-VaR (Conditional Value at Risk ). Discutimos algumas propriedades de tais medidas, e, principalmente, expomos sobre algumas ideias para otimiza-las sob uma formulação do tipo OVO (Order Value Optimization) e propomos uma nova formulação para o problema de minimizar a VaR / Abstract: In this dissertation we make a presentation on some mathematical models with applications in economics. Among the studied models we highlight a discrete version of the popular risk measures VaR (Value at Risk) and C-VaR (Conditional Value at Risk). We discuss about some properties of such measures, and, above all, expose on some ideas for optimizing the VaR and CVaR under a OVO (Order Value Optimization) formulation and propose a new formulation to the problem of minimizing the VaR / Mestrado / Otimização / Mestre em Matemática Aplicada