Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Gabriela Lima (gabrieladaduch@gmail.com) on 2017-12-01T10:33:12Z No. of bitstreams: 1 2017_AngélicaLucianaBarrosdeCampos.pdf: 5730815 bytes, checksum: b494676daf07b29aea95d9f5330d5ed2 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-08T19:39:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AngélicaLucianaBarrosdeCampos.pdf: 5730815 bytes, checksum: b494676daf07b29aea95d9f5330d5ed2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-08T19:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AngélicaLucianaBarrosdeCampos.pdf: 5730815 bytes, checksum: b494676daf07b29aea95d9f5330d5ed2 (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 / Cerca de 90% das despesas com energia elétrica das empresas de saneamento são provenientes de motores elétricos utilizados em estações elevatórias de água. Assim, existe a necessidade de otimizar os custos operacionais do bombeamento em SAAs. Devido à complexidade da operação desses sistemas, a busca da regra operacional otimizada, deve ser feita com o auxílio de rotinas computacionais. No entanto, essa otimização necessita de grande tempo de processamento computacional, tornando-se um impasse na utilização do modelo para a operação real, como no caso do modelo desenvolvido por Gebrim (2013). Assim, o presente trabalho visou desenvolver um modelo de otimização tendo como base o modelo de Gebrim (2013), para definir regras operacionais que minimizem os custos operacionais de energia elétrica provenientes do bombeamento do sistema de abastecimento do Rio Descoberto, localizado no Distrito Federal. As soluções do modelo foram avaliadas a partir da função aptidão que considera além dos custos de energia, o atendimento às restrições operacionais expressas em termos de penalidade. Empregou-se no modelo estratégias como a utilização dos algoritmos de otimização Dynamically Dimensioned Search, Evolução Diferencial e Algoritmo Genético; simplificação do modelo hidráulico; tratamento das penalidades por meio de uma abordagem baseada na lógica fuzzy; e a técnica seeding, com a inserção de uma população inicial conhecida no algoritmo. Os resultados obtidos demonstraram que as estratégias utilizadas foram eficientes para encontrar soluções de menor custo e tempo de processamento se comparados ao modelo de otimização original, no entanto, o número de acionamentos das bombas e válvulas foi excessivo. Além disso, os níveis dos reservatórios gerados apresentaram elevada segurança em sua operação, o que pode encorajar a utilização do modelo pelos operadores do sistema. Portanto, com algumas adaptações como a redução do número de acionamentos e desenvolvimento de um previsor de demanda, o modelo poderá ser utilizado para a operação real. / About 90% of the electricity costs from water companies are from pumps used in water pumping stations. Thus, there is a need to optimize the operating costs of pumping in water supply systems. Due to the complexity of the operation of water supply systems, the search for optimized operating rules must be accomplished with the aid of computational routines. However, this optimization requires a great amount of computational time, becoming an impasse in the use of the model for the real operation. Thus, this study aimed to develop an optimization model, to define operational rules that minimize the operational costs of electricity from the pumping of the Descoberto river water supply system, located in the Federal District – Brazil. Were evaluated the solutions of the model, from the fitness function that considers besides the energy costs, compliance with the operational constraints expressed in terms of penalty. Were used the model strategies such as Genetic Algorithm, Dynamically Dimensioned Search and Differential Evolution optimization algorithms; simplification of the hydraulic model; handling of penalties, through an approach based on fuzzy logic; and the seeding technique, with the insertion of an initial population known in the algorithm. The obtained results demonstrated that the strategies used were efficient to find solutions of lower cost and computational time when compared to the original optimization model, however, leading to excessive pump and valve switches. In addition, the reservoirs levels generated presented high safety in the operation of the reservoirs, which can encourage the use of the model by the system operators. Therefore, with some adaptations as the reduction of the number of pump and valve switches and the development of a demand forecast, the model can be used in the real operation.

In this work the crystallization of citric acid using Tahiti lemon juice was studied. The experiments were carried out in a batch crystallizer, with agitation and temperature control. The influences of three variables according to a composite experimental design on the production of citric acid were analyzed: super saturation, crystal number (seeding) and speed stirred. The effects of these variables and their interactions were analyzed by the response surface methodology. The biggest influences were exerted by supersaturation and by speed stirred. Through a canonic analysis of the adjusted response surface, the optimal variables values that led to the biggest production of citric acid were determined: R = 356 rpm (speed stirred); S = 1.26 super saturation and N = 27 seeding. In these conditions, the relations of the crystal mass and seed mass for citric acid (y) reached 2.2700. A kinetic study into the growth from the crystal of citric acid showed that the average increase of the mass of crystals was 1.375x10-6 kg (102% of the initial mass) and it showed presented an average increase of the characteristic dimensions of 0.48x10-3 m after two hours of crystallization. The calculated growth rate decreases throughout the time, probably because of the reduction of the driving force and for the dependence that the growth rate of crystals has in related to the size of the same ones. Being that lesser crystals possess bigger growth rate that the crystals biggest not following. The smaller crystals show a larger growth rate than the bigger crystals and crystallization didn t follow the McCabe ΔL law. The kinetic study of the growth rate showed that KG changed through the experiments, probably because of hydrodynamic influence in the agitation, that is, bigger particles behave in a different way from smaller particles on the crystallizer in a certain agitation. / Neste trabalho estudou-se a cristalização do ácido cítrico, que foi extraído do suco do limão Tahiti. Os experimentos foram realizados em um cristalizador operando em batelada, com controles de agitação e temperatura. Foram analisadas as influências de três variáveis sobre a produção do ácido cítrico: grau de supersaturação, número de partículas de ácido cítrico compondo a semeadura (sementes) e velocidade de agitação. Os efeitos dessas variáveis e de suas interações foram analisados pela metodologia da superfície de resposta. As maiores influências foram exercidas pela supersaturação e pela velocidade de agitação. Realizando uma análise canônica da superfície de resposta ajustada, determinaram-se os valores ótimos das variáveis que levaram à máxima produção de ácido cítrico: de 356 rpm e supersaturação S= 1,26; utilizando 27 sementes. Nestas condições, a relação massa de cristais pela massa de sementes (y) para o ácido cítrico alcança o valor de 2,2700. Um estudo cinético do crescimento dos cristais de ácido cítrico revelou que o aumento médio da massa dos cristais foi de 1,375x10-6 kg e o aumento médio das dimensões características de 0,48x10-3 m, para o tempo de 2,5 horas de cristalização. A taxa de crescimento calculada diminui ao longo do tempo de cristalização, provavelmente, pela diminuição da força motriz e pela dependência que a taxa de crescimento dos cristais tem em relação ao tamanho dos mesmos. Os cristais menores apresentam taxas de crescimento maiores que os cristais maiores e a cristalização não seguiu a lei ΔL de McCabe. O estudo cinético da taxa crescimento mostrou que KG variou ao longo dos experimentos, provavelmente pela influência hidrodinâmica na agitação, ou seja, partículas maiores se comportam de maneira diferente das partículas menores no leito de cristalização numa dada agitação. / Mestre em Engenharia Química