A otimização de amortecedores é uma área nova que vem sendo explorada nos últimos anos. Existem vários métodos clássicos e outros mais recentes que estão disputando em confiabilidade, eficiência e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos de otimização são classificados em determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos são algoritmos aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, utilizando somente a avaliação da função objetivo. O Firefly Algorithm é um algoritmo meta-heurístico relativamente recente inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Este trabalho propõe um método para a otimização de amortecedores por atrito utilizando algoritmo meta-heurístico. O método proposto é testado em dois edifícios, de nove e dezesseis andares, submetidos a duas excitações sísmicas cada. A otimização tem um objetivo principal: diminuir a resposta dinâmica em termos do deslocamento máximo no topo das estruturas obtido através de um algoritmo programado baseado no método das diferenças finitas centrais, otimizando o local de um número máximo de amortecedores e as forças de atrito dos mesmos. Para o caso da estrutura de nove andares o número máximo de amortecedores é de quatro e para o caso da estrutura de dezesseis andares o número máximo é seis. Os resultados demostraram que, para os dois casos estudados, o deslocamento no topo da estrutura diminui em mais de 50%, concluindo-se que o método programado é eficaz assim como o Firefly Algorithm é adequado para obter as posições e as forças de atrito ótimas. Portanto, acredita-se que o método proposto poderá ser utilizado como uma ferramenta útil para auxiliar no projeto de amortecedores por atrito. / The damper’s optimization is a new area that has been explored in recent years. There are several classics and newer methods that are competing in reliability, efficiency and speed in achieving a great result. The algorithms are classified as deterministic, using gradient information, or use the function values and their derivatives, and meta- heuristic optimization algorithms are random probabilistic methods that are not based on gradient using only the evaluation of the objective function. The Firefly Algorithm is a relatively new meta-heuristic algorithm inspired on the behavior of the light of fireflies. This work proposes a method for the friction damper’s optimization using meta-heuristic algorithm. The proposed method is tested in two structures: a nine story building and a sixteen story building. They were submitted to two seismic excitations each. The optimization has one main goal: to reduce the dynamic response in terms of the maximum displacement at the top of the structures obtained by a programmed algorithm based on the central finite difference method, optimizing the location of a maximum number of dampers and their friction’s forces. In the case of the nine story building, the maximum number of dampers is four, and in the case of the sixteen story building the maximum number is six. The results showed that for the two cases studied, the displacement at the top of the structure decreases by more than 50%, concluding that the programmed method is effective and the Firefly Algorithm is appropriate to get the positions and friction’s forces optimal. Therefore, it is believed that the proposed method can be used as a tool to aid in the design of friction dampers.

Orientador: Antonio Carlos Moretti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T14:54:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gambaro_Andre_M.pdf: 2586966 bytes, checksum: 3a18149e2d94fa07e52e9d0e184015d8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A gestão florestal é uma área de significativa importância para a indústria e sociedade e traz consigo desafios consideráveis de planejamento de curto e longo prazo onde modelos matemáticos têm sido propostos para apoio das decisões envolvidas. Neste contexto, o presente trabalho busca revisar a literatura em busca de apresentar os principais modelos e sistemas utilizados, em particular os modelos de simulação e de programação linear de tipo I e II para o problema de planejamento florestal de longo prazo. É proposta também para este problema uma abordagem que utiliza a técnica de decomposição de Dantzig-Wolfe e geração de colunas para integrar os aspectos de sistemas de simulação de intervenções florestais com a programação linear. A abordagem explora de perto as estruturas de rede dos subproblemas que são associados ao problema de caminho mínimo e resolvidos via programação dinâmica e programação linear. Por fim testes são realizados com a implementação da abordagem em instâncias do problema e os resultados apresentados / Abstract: The forest management has been of significative importance for industry and society along the years and brings with it considerable long and short term planning challenges where mathematical models have been proposed to support the decisions involved. In this context, this work aims to present a brief review of main models and systems of this area in the literature, particularly linear programming models of the type I and II. It is also proposed the use of Dantzig-Wolfe decomposition and column generation techniques for the long term forest planning problem in a way to approximate and integrate the simulation models with linear programming techniques. This method explores the network structure of the sub-problems which are close related to the shortest path problem and solved by dynamic programming and linear programming. Finally, tests with these techniques are performed for some instances of the problem and results are presented / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

O objetivo principal deste trabalho foi criar um modelo matemático para determinar, em nível estratégico, os locais no Brasil mais apropriados à instalação de tanques de álcool combustível (anidro e hidratado) e seus respectivos volumes. O modelo de programação inteira-mista desenvolvido baseou-se na organização do sistema de distribuição de álcool, enfocando sua logística, e considerando questões de oferta, demanda, infra-estrutura de transporte e armazenagem, além de custos de transporte, armazenagem e investimentos em tanques. O modelo foi formulado considerando o horizonte temporal dos meses do ano-safra canavieiro de 2006/2007. Essa formulação reflete as sazonalidades de produção, demanda e estoques do álcool. O modelo de transporte foi enfatizado na minimização dos custos logísticos da cadeia distribuição de álcool combustível dos produtores aos consumidores. Dois cenários e a análise de sensibilidade de suas respostas abordaram a questão estocástica do problema. O primeiro analisou o panorama atual do mercado de álcool, logo não considerou a possibilidade de criação de novos tanques. A idéia desse cenário foi apresentar a consistência da modelagem e ressaltar as condições de infra-estrutura existente de transporte e armazenagem para álcool combustível. Foi feita uma análise de sensibilidade em relação a custos de transporte e restrições de armazenagem para checagem das respostas e para a comparação das práticas atuais de mercado. No segundo cenário, considerou-se a possibilidade de criação de novos tanques procurando identificar os locais mais apropriados para construção dessas estruturas e seu dimensionamento. A análise de sensibilidade em relação a custos de transporte e restrições de armazenagem foi feita para confirmar o potencial de cada localização. Os resultados indicaram a localização inapropriada das bases de distribuição de álcool no país. Destacaram-se também os baixos níveis de fretes de transferência em função das limitações de infraestrutura do sistema de distribuição de álcool. Tanto que as principais localizações de novos tanques disseram respeito a bases no interior da região Centro-Sul, destinos cujos custos de transporte de coleta e entrega são mais competitivos. Em relação aos novos tanques de álcool hidratado houve a indicação das cidades de: Cascavel - PR, Umuarama - PR, Maringá - PR, Lages - SC, Sinop - MT, Limeira - SP e Sorocaba - SP. Para o caso do álcool anidro os novos investimentos sugeridos foram nas cidades de: Londrina - PR, Cascavel - PR, Guarapuava - PR, Lajes - SC, Santa Maria - RS, Araçatuba - SP, Sinop - MT, Vilhena - RO, Montes Claros - MT, Dourados - MS, Gurupi - TO e Teresina - PI. Somado a isso houve a alocação de praticamente todo o custo de armazenagem às usinas. Finalmente, as soluções para a localização de novos investimentos dos tanques de álcool foram todas em regiões de bases de distribuição, já que as usinas estão bem servidas em relação à capacidade de armazenagem. / The main purpose of this research is to develop a mathematical model intended for strategic analysis of the optimal location and considering suitable volumes for storage ethanol (anhydrous and hydrous) tanks. The Mixed Integer Program - MIP model was based on Brazilian ethanol distribution system. The model considered market parameters as supply, demand, and infrastructure parameters on transportation, storage values as well as their expenses. New construction ethanol tanks expenses also were considered. The months along the sugarcane crop year period of 2006/2007 were referred into the modeling formulation. This formulation allows a seasonal storage, production and demand patterns analysis. Transportation model is the main concern in the total logistics cost minimization from producers to consumers. The model stochastic formulation was elaborated by creating two simulated scenarios and developing a sensitivity analysis. The purpose of the first scenario was to check the model consistency and explore the current ethanol transport and storage infrastructure without considering the possibility of new tank installation. Based on these results, a sensitivity analysis regarding transportation expenses and storage restrictions was elaborated in order to make a comparison with current market practices. In the second scenario, it was considered the construction of new ethanol tanks and the identification of the most suitable places bearing in mind volume capacities. Based on these results, a sensitivity analysis regarding transportation expenses and storage restrictions was elaborated in order to check each location consistency. Results indicated that mills are mostly responsible for ethanol (anhydrous and hydrous) storages maintenance types and that the existing geographic organization of terminals and fuel distributors is inappropriate for ethanol distribution in Brazil. Transportation low flows among terminals and fuel distributors also indicated lack of a better infrastructure for ethanol distribution. The model indicated that main location results for installation of new tanks would be located especially in the countryside of the centersouth states, where allocation and distribution of ethanol from mills to the consumer market would be more competitive. In relation to the new hydrous ethanol tanks, the model indicated appropriated locations for the cities of: Cascavel - PR, Umuarama - PR, Maringá - PR, Lages - SC, Sinop - MT, Limeira - SP e Sorocaba - SP. In the other hand, for anhydrous ethanol, new investments suggested in: Londrina - PR, Cascavel - PR, Guarapuava - PR, Lajes - SC, Santa Maria - RS, Araçatuba - SP, Sinop - MT, Vilhena - RO, Montes Claros - MT, Dourados - MS, Gurupi - TO e Teresina - PI. Finally, the model indicated that the best locations for the establishment of new ethanol tanks would be located in fuel distributors\' bases, once results confirmed that mills have enough storage capacity.

O problema de transferir uma carga ao se movimentar num plano em tempo mínimo e sem oscilação no ponto de descarga, num guindaste portuário tipo pórtico é investigado neste trabalho. Assume-se que a carga esteja inicialmente em repouso na posição vertical no ponto de carga acima do navio e igualmente em repouso no ponto de descarga na moega de alimentação no porto. Assume-se também que o carro do guindaste esteja em repouso em ambos os pontos. Um modelo completo é apresentado para o sistema do guindaste onde as equações dinâmicas não-lineares são linearizadas para ângulos de oscilação pequenos o suficiente e reescritas para a forma adimensional. A solução de tempo mínimo é buscada considerando como variáveis de controle as funções do tempo que descrevem tanto a força aplicada no carro para produzir seu deslocamento horizontal, como a velocidade de içamento da carga. Um método iterativo preditor-corretor usando a Programação Linear (PL) é proposto, baseado no modelo do sistema de tempo discreto onde as variáveis de controle são tomadas constantes por trechos. Na etapa corretora, assume-se que o movimento de içamento é dado e uma solução de tempo mínimo é obtida resolvendo-se uma seqüência de problemas de PL de tempo fixo e máximo deslocamento. Na etapa preditora, um modelo linearizado é empregado para obter-se uma correção ótima do movimento de içamento usando a PL. O problema de controle de tempo mínimo é formulado levando-se em consideração restrições práticas na velocidade do carro do guindaste, velocidade máxima de içamento, assim como na máxima força que pode ser aplicada ao carro. Resultados numéricos são apresentados e mostram a efetividade do método. / The problem of minimum-time anti-swing transfer of a load in a ship-to-pier gantry crane is investigated in this work. The load is assumed to be initially at rest at the vertical position at the loading point above the ship and equally at rest at the unloading point above the hopper. The trolley is also assumed to be at rest at both points. A complete model is presented for the crane system where the nonlinear dynamic equations are linearized for sufficiently small swing angles and then rewritten in dimensionless form. The minimum-time solution is sought by considering as control variables both the force applied on the trolley that produces its horizontal motion and the hoisting speed of the load as functions of time. A predictor-corrector iterative method using Linear Programming (LP) is proposed based on a discretetime model of the system where the control variables are taken as stepwise constants. At the corrector step, the hoisting motion is assumed given and a minimum-time solution is obtained by solving a sequence of LP problems representing fixed-time maximum-range problems. At the predictor step, a linearized model is employed to obtain an optimal correction of the hoisting motion using LP. The minimum-time control problem is formulated by taking into account practical constraints on the maximum speeds of both the trolley and the load hoisting, as well as on the maximum force that can be applied to the trolley. Numerical results are presented and show the effectiveness of the method.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseFlavia.pdf: 12428230 bytes, checksum: 6fb8e9ea53da0aa51093c702fb32bc4a (MD5) Previous issue date: 2009-06-06 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / As the genome sequencing advances, the comprehension of protein structures becomes a crucial extension to these progresses. In spite of the numerous recent technological advances, experimental determination of protein terciary structures is still very slow compared to the accumulated data from amino acid sequences. That is what makes the protein folding a central problem to the development of the pots-genomic era. In this work we use an optimization method, the Generalized Simulated Annealing (GSA), which is based on Tsallis' generalized thermostatistics, to investigate the protein folding problem. Although GSA is a generic procedure, its efficiency depends not only on the appropriate choice of parameters, but also on topological characteristics of the energy hypersurface. By mapping all the GSA parameters, it can be possible to reduce the number of possible choices of them. That also allows an analysis of its effects on the algorithm behavior. As a initial step, we apply GSA to known structures, such as polyalanines. In sequence, we also apply GSA to three more peptides of ribosomal P proteins, which are of considerable importance on the comprehension of Chagas' heart disease. Each one contains 13 amino acids and differ only on the third residue by a non-conservative mutation. As these peptides do not have experimentally resolved structure, we analyze results obtained from GSA followed by Molecular Dynamics simulations. Validity of these results is studied such that, in the future, unknown structures can be determined by this technique with a higher degree of confidence. / Com os rápidos avanços no seqüenciamento do genoma, a compreensão da estrutura de proteínas torna-se uma extensão crucial a esses progressos. Apesar dos significativos avanços tecnológicos recentes, a determinação experimental da estrutura terciária de proteínas ainda é muito lenta se comparada com a taxa de acúmulo de dados das seqüências de aminoácidos. Isto torna o enovelamento de proteínas um problema central para o desenvolvimento da biologia pós-genômica. Em nosso trabalho, fazemos uso de um método de otimização, o Generalized Simulated Annealing (GSA), baseado na termoestatística generalizada por Tsallis. Embora o GSA seja um procedimento geral, sua eficiência depende não apenas da escolha apropriada de parâmetros, mas também das características topológicas da hiper--superfície de energia da função custo. Com o mapeamento dos parâmetros necessários à aplicação do GSA, pode-se reduzir significativamente o número de escolhas, além de tornar possível uma análise do efeito dos parâmetros no comportamento do algoritmo. Como passo inicial, usamos estruturas conhecidas, com as quais os resultados obtidos com o GSA possam ser comparados, como é o caso das polialaninas. Além disso, aplicamos, o GSA a três peptídeos de proteínas ribossomais da família P, de considerável importância no estudo da doença de Chagas. Cada um possui 13 aminoácidos, diferindo em apenas uma mutação não conservativa no terceiro aminoácido. Como os peptídeos não possuem estrutura experimentalmente resolvida, analisamos os resultados obtidos com GSA seguidos por simulações de Dinâmica Molecular. A validade destes resultados é estudada, de forma que, no futuro, estruturas desconhecidas possam ser determinadas com certo grau de confiabilidade.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-03-20T13:06:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ContribuicaoGerenciamentoRecursos.pdf: 5628797 bytes, checksum: 5e17028b734efcf3971e339a1b430534 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-03-20T13:44:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ContribuicaoGerenciamentoRecursos.pdf: 5628797 bytes, checksum: 5e17028b734efcf3971e339a1b430534 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T13:44:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ContribuicaoGerenciamentoRecursos.pdf: 5628797 bytes, checksum: 5e17028b734efcf3971e339a1b430534 (MD5) Previous issue date: 1995-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho trata de um problema de otimização de fluxo em rede aplicado ao sistema hídrico da bacia do rio Piracicaba: Dentre os métodos matemáticos de otimização, selecionou-se aquele que apresenta grande eficiência computacional, visando á possibilidade de auxiliar o gerenciamento e operação de bacias hidrográficas, cuja preocupação central esteja voltada à quantidade e qualidade de água. Optou-se pelos modelos.. matemáticos computacionais, os quais apresentam-se como ferramentas rápidas e eficientes nos processos de tomada de decisão. O problema foi tratado segundo uma formulação multiobjetivo através do Método dos Pesos, tendo como suporte um algoritmo de otimização de fluxos em rede com função objetivo linear por partes. Verificou-se que o sistema hídrico atende satisfatoriamente aos objetivos proposto, desde que se conheçam as vazões no horizonte de 24 (vinte e quatro) meses -vazões determinísticas, com a devida manipulação dos volumes e diferenciação na evolução dos volumes com o tempo. A visão de conjunto que o modelo proporciona, contrapõe-se aos estudos tradicionais os quais avaliam o beneficio das obras hidráulicas de maneira pontual. / This work deals with a network flow optimization problem applied to the Piracicaba river system. A mathematical optimization method which gives great computational efficiency was selected. The aim is to help the management and operation of hydrografic basins geared to the control of the quality and quantity of the water. Computational mathematical models were chosen due to their speedy and efficient aid to decision making. The problem was handled by adopting the multiobjective formulation of the Weight Method and a networks flow optimization algorithm coupled with a piece-wise linear objective function. At was verified that the river system responds satisfactorily as long as the flow of a twenty-four month's period is known in advance (deterministc flows) and with due manipulation of the storages and differentiation of the storages with time. The systemic vision the models provides is an alternative approach to the traditional studies that evaluate the benefits the hydraulic structures in the punctual form

O presente trabalho destina-se ao estudo numérico da geometria de tubos de seção elíptica que facilite a transferência de calor adimensional e diminua a queda de pressão adimensional (Δ̃) sofrida pelo escoamento. O método aplicado é o Design Construtal, que visa determinar a geometria que apresentará a menor resistência ao escoamento, ou seja, busca-se determinar a razão de aspecto da elipse (=⁄) que favorece a transferência de calor e diminui a queda de pressão do escoamento. O fluido empregado neste estudo apresenta características de viscoplasticidade. A relação entre a tensão cisalhante e a taxa de deformação obedece ao modelo de Herschel-Bulkley modificado. Considera-se que o escoamento é incompressível, laminar, bidimensional, externo e ocorre em regime permanente. A solução numérica do problema proposto é realizada com um código comercial baseado no método dos volumes finitos. É investigada a influência do índice de potência, , sobre a seção elíptica que facilita o escoamento e, para isso, este índice é variado de 0,4 a 1. A influência dos números de Reynolds (√), Herschel-Bulkley (√) e Prandtl (√) sobre o comportamento do escoamento também é avaliada. √ é variado de 1 a 40, √ é variado de 1 a 100 e √ é variado de 0,1 a 100 Os resultados mostram que, para um escoamento com √=1, √=1 e √=1, o aumento do índice de potência influencia negativamente na transferência de calor adimensional e a seção elíptica, que maximiza esta transferência de calor adimensional, tende a ser mais alongada na direção do escoamento. Já e influenciam positivamente na transferência de calor adimensional. Para um escoamento com √=1, √=1, =0,4 conclui-se que com o aumento de a razão de aspecto ótima (q,opt), do ponto de vista térmico, diminui. Quando é considerado um escoamento com √=1, √=1, =0,4 conclui-se que q,opt diminui com o aumento de , ou seja, a elipse torna-se mais alongada no sentido do escoamento. A variação de √ em um escoamento com √=1, √=1, =0,4 mostra que o aumento deste parâmetro acarreta em aumento da taxa de transferência adimensional e de Δ̃. / The present work is aimed at the numerical study of the geometry of elliptic section tubes that facilitates the dimensionless heat transfer and decreases the dimensionless pressure drop (Δ̃) suffered by the flow. The applied method is the Construtal Design, which aims to determine the geometry that will present the least resistance to the flow, that is, to determine the aspect ratio of the ellipse (=⁄) that favors heat transfer and decreases the flow pressure drop. The fluid used in this study has viscoplasticity characteristics. The relationship between shear stress and strain rate follows the modified Herschel-Bulkley model. It is considered that the flow is incompressible, laminar, two-dimensional, external and occurs in steady state. The numerical solution of the proposed problem is carried out with a commercial code based on the finite volume method. The influence of the power index, n, on the elliptical section facilitating the flow is investigated, and for this, the index is varied from 0.4 to 1. The influence of the Reynolds number (√), Herschel-Bulkley number (√) and Prandtl number (√) on the flow behavior is also evaluated √ is varied from 1 to 40, √ is varied from 1 to 100 and √ is varied from 0.1 to 100. The results show that for a flow with √=1, √=1 and √=1, the increase of the power index negatively influences the dimensionless heat transfer and the elliptic section, which maximizes this dimensionless heat transfer, tends to be more elongated in the direction of flow. Already √ and √ influence positively the dimensionless heat transfer. For a flow with √=1, √=1, =0.4 it is concluded that with the increase of √ the optimum aspect ratio (q,opt), from the thermal point of view, decreases. When a flow is considered with √=1, √=1, =0.4 it is concluded that q,opt decreases with the increase of √, that is, ellipse becomes more elongated in the flow direction. The variation of √ in a flow with √=1, √=1, =0.4 shows that the increase of this parameter causes an increase of the dimensionless transfer rate and Δ̃.

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes. / The main constituents of air, nitrogen, oxygen and argon, are increasingly present in industries where they are employed in chemical processes, to transport food and waste processing. The two main technologies for the separation of air components are the adsorption and cryogenic distillation. However, for both processes is necessary to remove air contaminants, such as carbon dioxide, water vapor and hydrocarbons, to avoid operational problems and safety concerns. Thus, this work deals with the study of air pre-purification using adsorption. In this system the air current flows alternately between two adsorbing beds to produce clean air continuously. More specifically, the focus of the dissertation is to investigate the behavior of pre-purification units, PSA (pressure swing adsorption), where the desorption step is accomplished by reducing the pressure. The analysis of pre-purification unit begins with adsorption beds modeling through a partial differential equations system of mass balance in the gas stream and in the bed. In this model, the adsorption equilibrium is described by the Dubinin-Astakhov isotherm extended to multicomponent mixtures. For the simulation model, the spatial derivatives are discretized via finite differences and the ordinary differential equations system resultant is solved by an appropriate solver (method of lines). To the operating unit simulation, this model is coupled to a convergence algorithm on the four phases of the operation: adsorption, depressurization, purge and desorption. The algorithm in question must ensure that the final terms of the final stage are equivalent to the initial conditions of the first stage (cyclic steady state). Thus, the simulation was implemented in the form of a computational code based programming environment Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), which is a program of free distribution. The simulation algorithms of each individual step and the complete cycle are finally used to analyze the behavior of pre-purification unit, checking how their performance is affected by changes in design variables or operational. For example, we have investigated the charging system of the bed and showed that the optimal configuration of the bed is 50% alumina followed by 50% of zeolite. Process variables were also examined, the adsorption pressure, the flow rate and cycle time of adsorption, showing that increasing the feed flow rate leads to a loss of specification that can be taken up by reducing the cycle time of adsorption. It was also shown that a higher pressure adsorption leads to a greater removal of contaminants.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores. / In this thesis, a new family of methods designed for multimodal optimization is introduced. In these techniques, first of all, initial solutions are generated in order to explore the search space. Secondly, these solutions are grouped in clusters using a fuzzy-clustering algorithm so that multiple optima are found. Finally, an instance of deterministic optimization method is triggered within each cluster to reach for the local optimum. This family of methods is formed by six variants combining three initialization schemes in the first phase with two local search algorithms in the third. These methods are compared against other techniques in the literature using benchmarks, obtaining promising results.

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente. / The phase equilibrium calculation is an important problem in engineering processes, for example, in the separation by distillation, in extraction processes, and simulation of the tertiary petroleum recovery, among others applications. But, before this calculation is advisable a phase stability analysis, which will determine if a given mixture presents one or more phases. Such stability analysis can be approached as an optimization problem, called the minimization of the tangent plane distance function to molar Gibbs free energy, where thermodynamic models, with a non-convex and also non-linear nature, are used to describe this problem. Such fact has been motivating a large interest in robust and efficient techniques for optimization of problems related with the phase equilibrium thermodynamics. As has been highlighted in the literature, in order to provide a complete prediction of the phase equilibrium, the determination of the global minimizer of the objective function related with the stability test is not enough. Is also necessary the obtaining of all its stationary points. Thus, the development of methodologies for this challenging task became a new research area of global optimization applied to the phase equilibrium thermodynamics, with common interests in chemical and petroleum engineering. The focus of the present work is a new methodology to solve the stability test problem. For such, here it is used the called Generating Set Search method, which accomplishes local searches in points of a net previously generated by an evolutionary methaheuristic, the Particle Swarm algorithm. To obtain more than one stationary point, polarized merit functions are minimized, where the poles of such merit functions are the points previously found. The methodology proposal was tested in the analysis of fourteen polar mixtures, previously considered in the literature. The results showed that the proposed method is robust and efficient, being capable to find all stationary points previously indicated in the literature, besides the global minimizers. For two ternary mixtures, it was noticed that this method detected some stationary points not obtained before by the interval analysis method, a reliable technique very diffused in the literature. The stability analysis using only the Particle Swarm algorithm together with the polarization technique (without the local search done by the Generating Set Search method) constitutes other methodology for the resolution of the problem considered here. That use is a secondary novelty of this work. This simplified methodology exhibited also a significant robustness, being capable to find all the stationary points. However, when compared with the more general approach proposed here, in some cases, where the merit function presents a more complex geometry, it was observed that such simplification can consume a relatively large computational time. Therefore, the simplified methodology is less efficient.