Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7832_1.pdf: 3113092 bytes, checksum: 0a2ce28e8b721e6e69b4937d73c83618 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Devido ao elevado consumo do óleo diesel derivado do petróleo, o Brasil tem importado grandes frações desse combustível nos últimos anos. Aliada a questões ambientais, a necessidade de um substituto ao óleo diesel tem ganhado cada vez mais espaço. Pela semelhança das propriedades físicas e químicas e por ser obtido através de fontes renováveis, o biodiesel é considerado uma alternativa promissora a este derivado de petróleo. Contudo, é importante que o processo de produção seja ajustado de forma a possibilitar a síntese de um produto de qualidade, preço competitivo e com menores impactos ao meio ambiente. No presente trabalho, uma planta piloto foi construída para o estudo do processo de produção, desde as condições reacionais até as etapas de purificação. Um planejamento fatorial 22 foi realizado para avaliação do efeito do tipo e da concentração de catalisadores alcalinos homogêneos na conversão da reação. O NaOH e o KOH foram estudados nas concentrações de 0,5% e 1,0%. A otimização do processo foi realizada com os óleos de mamona e algodão através das rotas metílica e etílica, totalizando quatro planejamentos. As reações foram realizadas a 50 ºC, com razão molar álcool/óleo de 6:1 e tempo de reação de 60 min. Os resultados obtidos mostraram a grande influência das etapas de purificação na viabilidade do processo, além de avaliar o efeito dos catalisadores, da rota alcoólica, do tipo de óleo e da qualidade da matéria-prima na qualidade final do biodiesel produzido. Para o óleo de algodão foi possível obter um biodiesel de qualidade nas duas rotas alcoólicas estudadas. A melhor condição na rota metílica foi alcançada com NaOH a 1,0%. A conversão obtida foi de 98,3%. Na rota etílica, a conversão máxima de 97,1% foi obtida com NaOH a 0,5%. Para o óleo de mamona, a presença de uma hidroxila em sua estrutura dificultou a separação dos produtos de reação, promovendo menor conversão e maiores perdas no processo. Em todas as reações, o catalisador selecionado também foi o NaOH. A conversão máxima obtida na rota metílica foi de 91,5% com 0,5% de catalisador. Na rota etílica, a condição otimizada foi de 1,0% de catalisador e forneceu uma conversão de 85,4%

As moagens autógena (AG) e semiautógena (SAG) mostram-se como opções cada vez mais consideradas na seleção de novos circuitos de cominuição. A flexibilidade de operação, assim como a combinação de grandes capacidades de processamento e altas relações de redução obtidas, são algumas das vantagens destes circuitos. Este trabalho procurou descrever o método utilizado na condução de ensaios de moagem semiautógena em escala piloto e de caracterização tecnológica, empregando o minério de ouro da Rio Paracatu Mineração S/A (RPM). A moagem semiautógena foi investigada considerando diferentes condições de operação e às especificidades do minério da RPM. Foram conduzidos 69 ensaios em planta piloto que permitiram o estudo do efeito das variáveis de operação sobre parâmetros de moagem SAG, como taxa de processamento, consumo energético específico, qualidade do produto, entre outros. As informações obtidas na campanha de ensaios em planta piloto e nos trabalhos de caracterização das amostras mostraram-se consistentes e fundamentaram o dimensionamento e projeto do circuito de Expansão da RPM, com capacidade de processamento adicional de 41 Mtpa. / The autogenous (AG) and semi-autogenous (SAG) mills have increasingly been considered options in the selection of new comminution circuits. The flexibility of the operation, as well as the combination of high processing capacity and high reduction rates obtained, are some of the advantages of these circuits. This study sought to describe the method used in conducting semi-autogenous grinding pilot plant and technological characterization, using the gold ore from the Rio Paracatu Mineração S/A (RPM) mine. The semi-autogenous grinding was investigated considering different operating conditions and specific characteristics of the ore from the Rio Paracatu Mineração mine. Were conducted 69 tests in a pilot plant that enabled the study of the effects of the operating variables of the SAG grinding parameters such as processing rates, specific energy consumption, product quality, among others. Information obtained in the test campaign of the pilot plant and the characterization work of the samples were consistent and supported the design and project of the circuit of the expansion of the Rio Paracatu Mineração mine, with additional processing capacity of 41 Mtpy.

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As moagens autógena (AG) e semiautógena (SAG) mostram-se como opções cada vez mais consideradas na seleção de novos circuitos de cominuição. A flexibilidade de operação, assim como a combinação de grandes capacidades de processamento e altas relações de redução obtidas, são algumas das vantagens destes circuitos. Este trabalho procurou descrever o método utilizado na condução de ensaios de moagem semiautógena em escala piloto e de caracterização tecnológica, empregando o minério de ouro da Rio Paracatu Mineração S/A (RPM). A moagem semiautógena foi investigada considerando diferentes condições de operação e às especificidades do minério da RPM. Foram conduzidos 69 ensaios em planta piloto que permitiram o estudo do efeito das variáveis de operação sobre parâmetros de moagem SAG, como taxa de processamento, consumo energético específico, qualidade do produto, entre outros. As informações obtidas na campanha de ensaios em planta piloto e nos trabalhos de caracterização das amostras mostraram-se consistentes e fundamentaram o dimensionamento e projeto do circuito de Expansão da RPM, com capacidade de processamento adicional de 41 Mtpa. / The autogenous (AG) and semi-autogenous (SAG) mills have increasingly been considered options in the selection of new comminution circuits. The flexibility of the operation, as well as the combination of high processing capacity and high reduction rates obtained, are some of the advantages of these circuits. This study sought to describe the method used in conducting semi-autogenous grinding pilot plant and technological characterization, using the gold ore from the Rio Paracatu Mineração S/A (RPM) mine. The semi-autogenous grinding was investigated considering different operating conditions and specific characteristics of the ore from the Rio Paracatu Mineração mine. Were conducted 69 tests in a pilot plant that enabled the study of the effects of the operating variables of the SAG grinding parameters such as processing rates, specific energy consumption, product quality, among others. Information obtained in the test campaign of the pilot plant and the characterization work of the samples were consistent and supported the design and project of the circuit of the expansion of the Rio Paracatu Mineração mine, with additional processing capacity of 41 Mtpy.

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator / The fast pyrolysis is a thermal process that converts, at high yield, solid biomass into a liquid product called bio-oil. One alternative for the generation of bio oil with lower oxygen content is the use of catalysts in the pyrolysis reactor, rather than an inert, a process called catalytic pyrolysis. The objective of this study was to test two such commercial catalysts, one acid and the other basic, in a pilot plant with a circulating fluidized bed reactor. The acid catalyst used was the Ecat, which is a catalyst from an industrial fluid catalytic cracking plant (FCC), and the base catalyst used was hydrotalcite. The results were compared with tests using an inert material, a type of silica. A FCC pilot plant at CENPES was chosen and adapted to perform the catalytic pyrolysis tests. After the modification phase, the feasibility of using the adapted pilot unit was verified. However, due to operational limitations, higher reactor residence times had to be adopted in the reactor, leading to the re-classification of the pyrolysis process as intermediate in terms of this parameter. Tests were then conducted with the three materials at temperatures of 450C and 550C. The results showed that increasing the residence time of pyrolysis vapors had a significant impact on products yields, when compared with the profile found in the literature for fast pyrolysis, since the increase in secondary reactions produced higher yields of coke and water, and lower yields of bio-oil. The Ecat and hydrotalcite showed to be more effective in terms of deoxygenation. The Ecat presented higher deoxygenation rates by dehydration and the hydrotalcite showed greater capacity for decarboxylation. However, the use of Ecat and hydrotalcite was not suitable for intermediate pyrolysis reactors, since both materials increase secondary reactions, generating a product with high water content and low content of organic compounds in bio-oil and produce more coke. These results were more pronounced at the lower temperature tested (450C). In terms of chemical characterization, the intermediate pyrolysis conditions produced bio-oils with phenolic profile. Among the tested materials, silica presented better phenolic yields, especially at higher temperatures (550C). These results are also superior to those found in current literature. Analyzing the composition of bio-oils from the standpoint of biofuel production, none of the materials tested showed considerable hydrocarbons yields. In general, silica had the best results in terms of yield and quality of bio-oil. Being an inert material, silica was more suitable for intermediate pyrolysis process, where the contribution of secondary reactions in the gas phase is high due to the residence time in reactor

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiegoAMF_DISSERT.pdf: 1096063 bytes, checksum: 5fc2d5a69c06dbd0861b8cfebf12e262 (MD5) Previous issue date: 2011-10-10 / Petr?leo Brasileiro SA - PETROBRAS / This document proposes to describe a pilot plant for oil wells equipped with plunger lift. In addition to a small size (21,5 meters) and be on the surface, the plant s well has part of its structure in transparent acrylic, allowing easy visualization of phenomena inherent to the method. The rock formation where the well draws its pilot plant fluids (water and air) is simulated by a machine room where they are located the compressor and water pump for the production of air and water. To keep the flow of air and water with known and controlled values the lines that connect the machine room to the wellhole are equipped with flow sensors and valves. It s developed a supervisory system that allows the user a real-time monitoring of pressures and flow rates involved. From the supervisor is still allowed the user can choose how they will be controlled cycles of the process, whether by time, pressure or manually, and set the values of air flow to the water used in cycles. These values can be defined from a set point or from the percentage of valve opening. Results from tests performed on the plant using the most common forms of control by time and pressure in the coating are showed. Finally, they are confronted with results generated by a simulator configured with the the pilot plant s feature / Este trabalho se prop?e a descrever uma Planta Piloto para po?os de petr?leo equipados com eleva??o artificial do tipo plunger lift. Al?m de um tamanho reduzido (21,5 metros) e estar sobre a superf?cie, o po?o da planta possui parte de sua estrutura em acr?lico transparente, permitindo a f?cil visualiza??o de fen?menos inerentes ao m?todo. A forma??o rochosa donde o po?o da Planta Piloto extrai seus fluidos (?gua e ar) ? simulada por uma casa de m?quinas onde est?o localizados o compressor e a bomba centr?fuga respons?veis pela produ??o de ar e ?gua. Para manter as vaz?es desses fluidos com valores conhecidos e controlados as linhas que conectam a casa de m?quina ao fundo do po?o s?o equipadas com sensores de vaz?o e v?lvulas. ? desenvolvido um sistema supervis?rio que permite ao usu?rio uma monitora??o em tempo real das press?es e vaz?es envolvidas no processo. A partir do supervis?rio ? poss?vel ainda o usu?rio escolher a forma como ser?o controlados os ciclos do processo, se por tempo, por press?o ou manualmente, e definir os valores de vaz?o de ar a ?gua utilizados durantes os ciclos. Esses valores podem ser definidos a partir de um set point ou a partir da porcentagem de abertura das v?lvulas. S?o apresentados resultados de testes realizados na planta utilizando as formas de controle mais usuais: por tempo e por press?o no revestimento. Por fim, estes ser?o confrontados com resultdos gerados por um simulador configurados com as caracter?sticas da Planta Piloto

The standardization of operational procedures in chemical plants through the use of automation have became a mandatory practice for the current companies that tries or have tried a place in the commodities competitive stock. Real gains in productivity and recovery are closely related to controller s performance used in chemical process of this companies. There are a several controllers strategies in which the predictive control is a powerful tool that shows attractive results. The use of predictive control is achieved by the implementation of the control strategy in a pilot plant of a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) non-linear process. The nonlinear process is a experimental system of a neutralization reactor with three input flows and one output flow, and the manipulated variable are the level of reactor and the pH of mixture. The input flows are one of acid, one of base and one of buffer solution and this are the controlled variables. The information used to controller project was obtained in a open loop procedure. In this procedure, it was made disturbances in input variable and watched the output variable behavior. The MPC ( Model Predictive Control) performance was tested in a simulation and after in the pilot plant. The results achieved in simulation and practice implementation shows the excellent performance of controller to the process. / A padronização dos procedimentos operacionais nas plantas químicas através do emprego de automação vem tornando-se uma prática obrigatória para as atuais empresas que ocupam ou tentam ocupar um lugar de destaque no competitivo mercado de commodities. Ganhos reais de produtividade e recuperação estão intimamente associados ao desempenho dos controladores utilizados nos processos químicos destas empresas. Dentre as diversas estratégias de controle existentes, o controle preditivo corresponde a uma poderosa ferramenta que apresenta resultados bastante atrativos. Este trabalho investiga a aplicação prática de controle preditivo em uma planta piloto representativa de processos não-lineares MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). O processo não-linear é um sistema experimental composto por um reator de neutralização com três correntes de entrada e uma de saída, sendo que as variáveis manipuladas correspondem ao nível do tanque e ao pH da mistura. As correntes de entrada são uma de ácido, uma de base e uma de solução tampão e correspondem às variáveis controladas. Informações necessárias para o projeto do controlador foram coletadas através do procedimento de operação em malha aberta, no qual provocou-se pertubações nas variáveis de entrada e observou-se o comportamento das variáveis de saída. O desempenho do controlador MPC (Model Predictive Control) proposto foi inicialmente avaliado em simulação e posteriormente na planta piloto. Os resultados obtidos na simulação e na implementação prática comprovam o excelente desempenho do controlador para o processo em estudo. / Mestre em Engenharia Química

A pirólise rápida é um processo para conversão térmica de uma biomassa sólida em altos rendimentos de um produto líquido chamado de bio-óleo. Uma das alternativas para geração de um bio-óleo com menor teor de oxigênio é uso de catalisadores nos reatores de pirólise, ao invés de um inerte, num processo chamado de pirólise catalítica. O objetivo deste trabalho foi testar catalisadores comerciais, um ácido e outro básico, em uma unidade piloto de leito fluidizado circulante. O catalisador ácido utilizado foi o Ecat, proveniente de uma unidade industrial de craqueamento catalítico fluido (FCC), e como catalisador básico foi utilizado uma hidrotalcita. Os resultados foram comparados com testes utilizando um material inerte, no caso uma sílica. Uma unidade piloto de FCC do CENPES foi adaptada para realizar os testes de pirólise catalítica. Após fase de modificação e testes de condicionamento, foi comprovada a viabilidade na utilização da unidade piloto adaptada. Contudo, devido a limitações operacionais, maiores tempos de residência tiveram que ser aplicados no reator, configurando o processo como pirólise intermediária. Foram então realizados testes com os três materiais nas temperaturas de 450C e 550C. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de residência dos vapores de pirólise teve um impacto significativo nos rendimentos dos produtos quando comparada com o perfil encontrado na literatura para pirólise rápida, pois devido ao incremento das reações secundárias, produziu maiores rendimentos de coque e água, e menores rendimentos de bio-óleo. O Ecat e a hidrotalcita se apresentaram mais efetivos em termos de desoxigenação. O primeiro apresentou maiores taxas de desoxigenação via desidratação e a hidrotalcita apresentou maior capacidade para descarboxilação. Contudo, o uso de Ecat e hidrotalcita não se mostrou adequado para uso em reatores de pirólise intermediária, pois acentuou ainda mais as reações secundárias, gerando um produto com alto teor de água e baixo teor de compostos orgânicos no bio-óleo, além de produzirem mais coque. À temperatura de 450C estes efeitos foram mais pronunciados. Em termos de caracterização química, a condição de pirólise intermediária apontou para a produção de bio-óleos com perfil fenólico, sendo a sílica o que proporcionou os melhores rendimentos, principalmente a temperatura de 550C, sendo superiores aos encontrados na literatura. Analisando as composições dos bio-óleos sob a ótica da produção de biocombustíveis, nenhum dos materiais testados apresentou rendimentos consideráveis em hidrocarbonetos. De maneira geral, a sílica foi o que proporcionou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade do bio-óleo. Sua menor área superficial e sua característica de inerte se mostraram mais adequados para o processo de pirólise intermediária, onde a contribuição das reações secundárias em fase gasosa é elevada em função do tempo de residência no reator / The fast pyrolysis is a thermal process that converts, at high yield, solid biomass into a liquid product called bio-oil. One alternative for the generation of bio oil with lower oxygen content is the use of catalysts in the pyrolysis reactor, rather than an inert, a process called catalytic pyrolysis. The objective of this study was to test two such commercial catalysts, one acid and the other basic, in a pilot plant with a circulating fluidized bed reactor. The acid catalyst used was the Ecat, which is a catalyst from an industrial fluid catalytic cracking plant (FCC), and the base catalyst used was hydrotalcite. The results were compared with tests using an inert material, a type of silica. A FCC pilot plant at CENPES was chosen and adapted to perform the catalytic pyrolysis tests. After the modification phase, the feasibility of using the adapted pilot unit was verified. However, due to operational limitations, higher reactor residence times had to be adopted in the reactor, leading to the re-classification of the pyrolysis process as intermediate in terms of this parameter. Tests were then conducted with the three materials at temperatures of 450C and 550C. The results showed that increasing the residence time of pyrolysis vapors had a significant impact on products yields, when compared with the profile found in the literature for fast pyrolysis, since the increase in secondary reactions produced higher yields of coke and water, and lower yields of bio-oil. The Ecat and hydrotalcite showed to be more effective in terms of deoxygenation. The Ecat presented higher deoxygenation rates by dehydration and the hydrotalcite showed greater capacity for decarboxylation. However, the use of Ecat and hydrotalcite was not suitable for intermediate pyrolysis reactors, since both materials increase secondary reactions, generating a product with high water content and low content of organic compounds in bio-oil and produce more coke. These results were more pronounced at the lower temperature tested (450C). In terms of chemical characterization, the intermediate pyrolysis conditions produced bio-oils with phenolic profile. Among the tested materials, silica presented better phenolic yields, especially at higher temperatures (550C). These results are also superior to those found in current literature. Analyzing the composition of bio-oils from the standpoint of biofuel production, none of the materials tested showed considerable hydrocarbons yields. In general, silica had the best results in terms of yield and quality of bio-oil. Being an inert material, silica was more suitable for intermediate pyrolysis process, where the contribution of secondary reactions in the gas phase is high due to the residence time in reactor

This work describes a procedure for a soft sensor design to predict the top composition of a methanol-water distillation column. Soft sensor is a mathematical model that is used to estimate variables of interest from secondary variables easy to measure. This technique comes from an operational difficulty or high cost obtaining the desired variable. The approach to build a soft sensor was an artificial intelligence modeling, a black-box type, using a hybrid neuro-fuzzy technique. The data acquisition to train and validate the soft sensor comes from a mathematical model validated from pilot plat data. One of the limitations of neuro-fuzzy system is that it works with a limited number of inputs, depending on the combinatorial explosion of fuzzy rules. To minimize these effects and to reduce the number of rules in the training data sets of virtual analyzer, a data clustering technique called substractive clustering was used. To obtain a better performance of soft sensor for the dynamic process, distillation column, a regression of lone sampling time in selected variables was used, changing the number of entries from 9 to 18 variables, nine variables at actual sampling time and nine variables at previous sampling time. The distillation column is a good process for the present study because composition measurements are the main objective of this process and are difficult to obtain. The computational strategy for a soft sensor design produced good results in estimating the top composition of the methanol-water distillation column. / Este trabalho descreve um procedimento para o desenvolvimento de um analisador virtual, para predição da composição de topo de uma coluna destilação metanol-água em uma planta piloto. Analisador virtual é um modelo matemático que é usado para estimar variáveis de interesse a partir de variáveis secundárias de fácil medição. Esta tecnologia surge de uma real dificuldade operacional ou do alto custo de obtenção da variável desejada. O modelo utilizado nesta abordagem de construção do analisador virtual utiliza técnicas de sistemas inteligentes, tipo caixa preta, através da técnica híbrida neuro-fuzzy. A aquisição dos dados para treinar e validar o analisador virtual foi feita através de um modelo matemático validado a partir de dados experimentais da planta piloto. Uma das limitações do sistema neuro-fuzzy é que ele trabalha com um número limitado de entradas, dependendo da explosão combinatória das regras fuzzy. Para minimizar estes efeitos e conseguir reduzir o número de regras nos conjuntos de treinamento da rede neuro-fuzzy, foi utilizada a técnica de agrupamento de dados, denominada agrupamento substrativo. Com a intenção de se obter um melhor desempenho do analisador virtual no processo dinâmico, que é a coluna de destilação, foi empregada uma regressão de um tempo de amostragem nas variáveis de entrada selecionadas, alterando o número de entradas de 9 para 18, sendo 9 variáveis no tempo de amostragem atual e 9 variáveis em um tempo de amostragem anterior. O processo de destilação mostrou-se adequado para o presente estudo, pois as medições de composições são de difíceis obtenções. A estratégia computacional para um projeto de analisador virtual produziu bons resultados, de forma a estimar a composição do topo da coluna de destilação binária metanol-água.

Tesis por compendio / [ES] En el contexto actual de escasez de recursos que sufre el planeta (biomasa, agua y energía), la tecnología basada en los cultivos de microalgas para el tratamiento de aguas residuales aparece como una tecnología muy interesante que permite no sólo la eliminación de los nutrientes (N y P) presentes en el agua, sino también la recuperación de estos nutrientes en la producción de una biomasa algal de alto valor con diversas aplicaciones: generación de biogás, producción de biocombustibles y biofertilizantes, elaboración de fármacos y cosméticos, etc. Estudios previos han demostrado que el efluente de un reactor anaerobio de membranas (AnMBR) resulta ser un medio de cultivo óptimo para el crecimiento de las microalgas. No obstante, la mayoría de los estudios existentes se han llevado a cabo a escala laboratorio en condiciones controladas de luz, temperatura, pH, carga de nutrientes, etc., y normalmente siempre en experimentos batch. Este trabajo consiste en el estudio y modelación matemática del proceso de cultivo de microalgas en una planta piloto de fotobiorreactores de membrana (MPBR) operando en continuo y en condiciones outdoor para el tratamiento del efluente de un sistema AnMBR que trata agua residual urbana real. Durante la fase de experimentación de los cultivos de microalgas se han llevado a cabo diversos experimentos en la planta MPBR donde se han evaluado diversos factores que afectan al crecimiento de las microalgas: temperatura, luz solar, tiempo de retención celular (TRC), carga de nutrientes o tiempo de retención hidráulico (TRH), sistema de recirculación del cultivo y el volumen en zona oscura. Los resultados obtenidos muestran la enorme importancia de las condiciones ambientales (luz solar y temperatura) en el rendimiento de los cultivos de microalgas. La temperatura óptima del cultivo de microalgas con predominancia del género Scenedesmus sp. resultó estar en torno a los 25ºC, mientras que temperaturas por debajo de 20ºC y por encima de 25ºC afectaron negativamente a la productividad de biomasa. La operación del sistema de fotobiorreactores (FBR) sin membranas para TRH 8 días y en condiciones ambientales favorables consiguió reducir la concentración de nutrientes por debajo de los límites de vertido que marca la Directiva 98/15/CE (10 mg N·L-1 y 1 mg P·L-1) alcanzando valores de eliminación de 75,2% de N y 77,9% de P. La operación del sistema MPBR permitió desacoplar el TRC del TRH en la operación de los FBR, lo que resultó en una mejora general del rendimiento de los cultivos de microalgas y permitió obtener un efluente libre de sólidos con alto potencial de reutilización. Los sistemas de recirculación del cultivo de microalgas comparados en el estudio (bombeo mecánico vs sistema airlift) no afectaron significativamente al rendimiento del cultivo. Por otro lado, reduciendo el volumen en zona oscura de un 27,2% al 13,6% en el sistema MPBR se consiguió un incremento del 40% en la productividad de biomasa. Mediante el uso de los datos obtenidos en planta piloto se ha desarrollado un modelo matemático de crecimiento de microalgas que permite simular de manera muy precisa (R2 = 0,9954) el comportamiento de los cultivos de microalgas en un sistema MPBR. Este modelo utiliza la notación y terminología de los modelos ASM, y consta de un total de 14 componentes (10 solubles y 4 suspendidos), 11 procesos gobernados por la cinética y los equilibrios ácido-base que determinan el pH del medio. Además, el modelo considera los efectos la luz y la temperatura en el crecimiento. Como novedad interesante respecto a otros modelos matemáticos de crecimiento de microalgas ya publicados, este modelo contempla, en condiciones de ausencia de P en el medio de cultivo, el crecimiento de las microalgas a partir del polifosfato almacenado internamente. El modelo desarrollado en este trabajo pretende ser una herramienta para facilitar la implementación futura de la tecnología de cultivos de microalgas en una EDAR a escala industrial. / [CAT] En el context actual d'escassetat de recursos que sofreix el planeta (biomassa, agua i energia), la tecnologia basada en els cultius de microalgues per al tractament d'aigües residuals apareix com una tecnologia molt interessant que permet no només l'eliminació dels nutrients (N i P) presents a l'aigua, sinó també la recuperació d'aquests nutrients amb la producció d'una biomassa algal d'alt valor amb diverses aplicacions: generació de biogàs, producció de biocombustibles i biofertilitzants, elaboració de fàrmacs i cosmètics, etc. Estudis previs han demostrat que l'efluent d'un reactor anaerobi de membranes (AnMBR) resulta ser un mitjà de cultiu òptim per al creixement de les microalgues. Tot i això, la majoria dels estudis existents s'han dut a terme a escala laboratori en condicions controlades de llum, temperatura, pH, càrrega de nutrients, etc., i normalment sempre en experiments batch. Aquest treball consisteix en l'estudi i la modelació matemàtica del procés de cultiu de microalgues en una planta pilot de fotobioreactors de membrana (MPBR) operant en continu i en condicions outdoor per al tractament de l'efluent d'un sistema AnMBR que tracta aigua residual urbana real. Durant la fase d'experimentació dels cultius de microalgues s'han dut a terme diversos experiments a la planta MPBR on s'han avaluat diversos factors que afecten al creixement de les microalgues: temperatura, llum solar, temps de retenció cel·lular (TRC), càrrega de nutrients o temps de retenció hidràulic (TRH), sistema de recirculació del cultiu i el volum en zona obscura. Els resultats obtinguts mostren l'enorme importància de les condicions ambientals (llum solar i temperatura) en el rendiment dels cultius de microalgues. La temperatura òptima del cultiu de microalgues amb predominança del gènere Scenedesmus sp. va resultar estar entorn als 25ºC, mentre que temperatures per sota de 20ºC i per sobre de 25ºC van afectar negativament a la productivitat de biomassa. L'operació del sistema de fotobioreactors (FBR) sense membranes per a TRH 8 dies i en condicions ambientals favorables va aconseguir reduir la concentració de nutrients per sota dels límits d'abocament que marca la Directiva 98/15/CE (10 mg N·L-1 i 1 mg (P·L-1) assolint valors d'eliminació de 75,2% de N i 77,9% de P. L'operació del sistema MPBR va permetre desacoblar el TRC del TRH en l'operació dels FBR, la qual cosa va resultar en una millora general del rendiment dels cultius de microalgues i va permetre obtenir un efluent lliure de sòlids amb un alt potencial de reutilització. Els sistemes de recirculació del cultiu de microalgues comparats en aquest estudi (bombeig mecànic vs sistema airlift) no van afectar significativament al rendiment del cultiu. D'altra banda, reduint el volum en zona obscura del 27,2% al 13,6% al sistema MPBR es va aconseguir un increment del 40% en la productivitat de biomassa. Mitjançant l'ús de les dades obtingudes a la planta pilot s'ha desenvolupat un model matemàtic de creixement de microalgues que permet simular de manera molt precisa (R2 = 0,9954) el comportament dels cultius de microalgues en un sistema MPBR. Aquest model utilitza la notació i la terminologia dels models ASM, i consta d'un total de 14 components (10 solubles i 4 suspesos), 11 processos governats per la cinètica i els equilibris àcid-base que determinen el pH del medi. A més, el model considera els efectes de la llum i la temperatura en el creixement. Com a novetat interessant respecte d'altres models matemàtics de creixement de microalgues ja publicats, aquest model contempla, en condicions d'absència de P en el mitjà de cultiu, el creixement de les microalgues a partir del polifosfat emmagatzemat internament. El model desenvolupat en aquest treball pretén ser una eina per facilitar la implementació futura de la tecnologia de cultius de microalgues a una EDAR a escala industrial. / [EN] In the actual context of resource scarcity along the world (biomass, water and energy), microalgae-based technology for wastewater treatment appears as a promising technology that allows not only nutrient removal (N and P) from wastewater, but also the recovery of these nutrients for the production of high-value algal biomass which has different applications: biogas generation, biofuel and biofertilizer production, pharmaceuticals and cosmetics manufacturing, etc. Previous studies have proved that the effluent from an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) could be a suitable growth medium for microalgae cultivation. However, most of the existing studies have been carried out at bench scale under controlled conditions of light, temperature, pH, nutrient load, etc., when working in batch mode. The present work consists of the study and mathematical modelling of an outdoor pilot-scale membrane photobioreactor (MPBR) for microalgae cultivation under continuous operation for treating the effluent of an AnMBR system fed with real municipal wastewater. During the experimental phase of microalgae cultivation, different experiments were carried out in the MPBR plant to evaluate the main factors that affect microalgae growth: temperature, solar light irradiance, biomass retention time (BRT), nutrient load or hydraulic retention time (HRT), the algae culture recirculation system and the non-photic volume. The results obtained show the significant effect of the environmental conditions (solar light and temperature) on the microalgae cultivation performance. Optimum temperature for the microalgae cultures with a predominance of the genus Scenedesmus sp. resulted to be around 25ºC, while temperatures below 20ºC and above 25ºC negatively affected biomass productivity. During the operation of the photobioreactors (PBRs) system without membranes at HRT of 8 days and under favourable environmental conditions, it was possible to comply with effluent nutrient discharge limits established by Directive 98/15/CE (10 mg N·L-1 and 1 mg P·L-1) and to achieve nutrient removal efficiencies of 75.2% of N and 77.9% of P. The MPBR plant allowed decoupling BRT and TRH in the PBRs operation, which resulted in a general improvement of the microalgae cultivation performance and allowed to obtain a solid-free effluent with high potential for reuse applications. The microalgae culture recirculation systems compared in the study (mechanical pumping vs airlift system) did not significantly affect the culture performance. Moreover, reducing the non-photic volume fraction in the MPBR system from 27.2% to 13.6% resulted in an increase of 40% in biomass productivity. A mathematical model of microalgal growth was developed by making use of the data obtained in the pilot plant. This model was able to reproduce accurately (R2 = 0.9954) the overall microalgae cultivation performance in an MPBR system. This model uses the notation and terminology of the ASM models, and it considers a total of 14 components (10 soluble and 4 suspended), 11 processes governed by kinetics and acid-base equilibria to calculate the pH of the medium. In addition, the model considers the effects of solar light and temperature on microalgae growth. As an interesting novelty with respect to other published mathematical models of microalgae growth, this model contemplates the possibility of using the stored polyphosphate for growing in the absence of P in the culture medium. The model developed in this work is intended to be a tool to promote the future implementation of microalgae cultivation technology on full-scale WWTP. / This research was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO, Projects CTM2011-28595-C02-01/02, CTM2014-54980-C2-1-R and CTM2014-54980-C2-2-R) jointly with the European Regional Development Fund (ERDF) and Generalitat Valenciana (GVA-ACOMP2013/203), which are gratefully acknowledged. The authors also like to acknowledge the support received from Generalitat Valenciana via one VALi+d post-doctoral grant (APOSTD/2014/049). / Viruela Navarro, A. (2023). Modelación matemática del proceso de crecimiento de microalgas en el tratamiento de aguas residuales Aplicación a un fotobiorreactor de membranas (MPBR) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195826 / Compendio