Simulador de processos é uma ferramenta valiosa, pois possibilita desde a validação de projetos e sua operabilidade prática até aumentos de produção e redução de custos. Devido a estes e outros fatores, o interesse industrial em técnicas e pacotes computacionais para a modelagem, simulação e otimização de processos tem crescido muito nos últimos anos. Juntamente com este interesse cresce a qualidade das ferramentas disponíveis no mercado para tal, mas estas ainda não satisfazem totalmente as expectativas de seus usuários. Este trabalho consiste no projeto de um novo simulador genérico para processos dinâmicos que satisfaça os usuários de forma mais completa do que os disponíveis atualmente no mercado. Para tanto, foram reunidas e, quando necessário, desenvolvidas novas técnicas relativas à descrição, análise e solução de problemas dinâmicos. Uma nova linguagem de modelagem orientada a objetos e um sistema de tradução da representação nesta linguagem para sistemas de equações foram propostos. Métodos de análise dos sistemas de equações provenientes da modelagem foram desenvolvidos com o intuito de auxiliar o usuário na detecção de erros de modelagem. Algoritmos para solução de sistemas dinâmicos e estacionários foram reunidos e uma arquitetura interna foi proposta. Por fim, o sistema como um todo foi testado através de sua aplicação em problemas típicos e outros que não podem ser resolvidos diretamente com os pacotes computacionais disponíveis no mercado. O teste com os problemas práticos provou que a estrutura proposta é adequada e apresenta uma série de vantagens quando comparada com softwares largamente utilizados na simulação de processos.

Simulador de processos é uma ferramenta valiosa, pois possibilita desde a validação de projetos e sua operabilidade prática até aumentos de produção e redução de custos. Devido a estes e outros fatores, o interesse industrial em técnicas e pacotes computacionais para a modelagem, simulação e otimização de processos tem crescido muito nos últimos anos. Juntamente com este interesse cresce a qualidade das ferramentas disponíveis no mercado para tal, mas estas ainda não satisfazem totalmente as expectativas de seus usuários. Este trabalho consiste no projeto de um novo simulador genérico para processos dinâmicos que satisfaça os usuários de forma mais completa do que os disponíveis atualmente no mercado. Para tanto, foram reunidas e, quando necessário, desenvolvidas novas técnicas relativas à descrição, análise e solução de problemas dinâmicos. Uma nova linguagem de modelagem orientada a objetos e um sistema de tradução da representação nesta linguagem para sistemas de equações foram propostos. Métodos de análise dos sistemas de equações provenientes da modelagem foram desenvolvidos com o intuito de auxiliar o usuário na detecção de erros de modelagem. Algoritmos para solução de sistemas dinâmicos e estacionários foram reunidos e uma arquitetura interna foi proposta. Por fim, o sistema como um todo foi testado através de sua aplicação em problemas típicos e outros que não podem ser resolvidos diretamente com os pacotes computacionais disponíveis no mercado. O teste com os problemas práticos provou que a estrutura proposta é adequada e apresenta uma série de vantagens quando comparada com softwares largamente utilizados na simulação de processos.

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

Estágio realizado na AlgaFuel / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio orientado na empresa pelo Eng.º Paulo Araújo / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Tese de doutoramento. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

As microalgas são microrganismos fotossintetizantes que possuem uma alta produtividade por área e não necessitam de terrenos agriculturáveis, nem água agriculturável. Neste trabalho foi avaliado um processo de coleta com uso dos processos físico-químicos de coagulação, floculação e flotação por ar dissolvido (FAD) para a microalga marinha Nannochloropsis oculata. Uma varredura com coagulantes inorgânicos (Al2(SO4)3 e FeCl3), polieletrólitos catiônicos naturais (Veta Organic®, Tanfloc SL®, Tanfloc SG® e amido de milho modificado) e floculantes catiônicos sintéticos (polímeros catiônicos da SNF Floerger®) de diferentes características foi realizada. Este trabalho demostrou ser possível atingir altas eficiências de coleta mesmo para uma alga de tamanho reduzido (2-4 m) em meio marinho, além de utilizar reagentes orgânicos renováveis que não precisam ser removidos no processamento e ser um método rápido que pode ser aplicado em regime contínuo. Eficiências de remoção das microalgas da suspensão maiores que 90% foram atingidas nas seguintes condições: a) FeCl3 100 mg.g-1; b) FeCl3 80 mg.g-1 e 3,75 mg.g-1 FO SH 4800; c) FeCl3 32,5 mg.g-1 e 12,5 mg.g-1 amido de milho modificado; d) Tanfloc SL® 640 mg.g-1; e) Veta Organic® 750 mg.g-1; f) Veta Organic® 490 mg.g-1 e 12,5 mg.g-1 amido de milho modificado, sendo a flotação conduzida com 30% de reciclo e 392,27 kPa de pressão de saturação. A quantidade de reagentes utilizados e a eficiência dos processos foram similares aos utilizados na literatura. Contudo, este trabalho demonstra a eficácia de polieletrólitos orgânicos provenientes de taninos. Além disso, encontraram-se bons resultados com o uso de amido de milho como floculante em meio com salinidade 33 g.L-1 próxima a da água do mar. / Microalgae are photosynthetic microorganisms that have a high yield per area and do not require fertile land or agricultural quality water. This study evaluated the physical-chemical processes of coagulation, flocculation and dissolved air flotation (DAF) to harvest marine microalgae Nannochloropsis oculata. A scan of inorganic coagulants(Al2(SO4)3 e FeCl3), cationic natural polyelectrolytes (Veta Organic®, Tanfloc SL®, Tanfloc SG® and modified corn starch)and cationic synthetic flocculants and with different characteristics (SNF Floerger® cationic polymers) was performed. The main contribution of this work was to achieve high efficiencies even for harvesting of small size microalgae (2-4 m); also it used renewable organic reagents which do not need be removed downstream. The process is quick and can be applied on a continuous regime. Removal efficiencies greater than 90 % were achieved in the following scenarios: a) FeCl3 100 mg.g-1;b) FeCl3 80 mg.g-1 e 3,75 mg.g-1 FO SH 4800; c) FeCl3 32,5 mg.g-1 e 12,5 mg.g-1 modified corn starch; d) Tanfloc SL® 640 mg.g-1; e)Veta Organic® 750 mg.g-1; f) Veta Organic® 490 mg.g-1 e 12.5 mg.g-1 modified corn starch. The flotation process was conducted with 30% recycle and 392,27kPasaturation pressure. The amount of reagents and process efficiency were similar to those found in the literature. However, this work demonstrates the effectiveness of organic polyelectrolytes from tannins in sea water which have not been studied yet. Furthermore, good results were found using corn starch as a flocculant in 33 g.L-1salinity medium.

Neste trabalho foi modelado um reator catalítico heterogêneo, pressurizado, adiabático e provido de reciclo. O leito deste reator está dividido em duas partes, sendo que a primeira opera como um reator trickle-bed, enquanto a segunda opera como um reator de leito fixo, onde os regentes estão em fase líquida. Um Sistema de Hidrogenação de Propeno em operação no Pólo Petroquímico do Sul foi utilizado para fornecer os dados necessários à validação do modelo proposto. Neste sistema, a reação de hidrogenação de propeno, em fase líquida, ocorre sobre um catalisador níquel/óxido de níquel. Uma equação, que representa a taxa da reação no intervalo de temperatura de interesse para o sistema, foi desenvolvida utilizando-se dados experimentais obtidos em um reator batelada. O comportamento termodinâmico foi representado através de dados de equilíbrio do sistema binário hidrogênio-propano. Considerou-se que a fase líquida escoa em plug-flow e a fase gasosa, devido à existência de um selo líquido no interior do reator, foi considerada estagnada.

Nos reatores de polimerização em fase gasosa, o controle de temperatura em uma estreita faixa de temperatura é importantíssimo para assegurar que a temperatura na zona de reação seja mantida acima do ponto de orvalho dos reagentes, assim como abaixo do ponto de fusão do polímero. Outro ponto importante é que se a temperatura estiver em malha aberta, estes reatores estão propensos à instabilidade e ao surgimento de ciclos limites, entretanto podem ser facilmente estabilizados com um controlador de temperatura apropriado. Neste trabalho é realizado um estudo detalhado do comportamento dinâmico de um reator industrial de polimerização em leito fluidizado, com a localização de pontos de bifurcação e estabilização do sistema com controlador PID projetado via otimização no domínio da freqüência. O modelo completo do sistema foi implementado no software MATLAB® para ajustar seus parâmetros com os dados da planta industrial, realizar simulações dinâmicas e analisar as estruturas de controle. Comparações entre as simulações e os dados da planta industrial mostram que as predições do modelo proposto são satisfatórias para reproduzir o comportamento da planta industrial e as propriedades do polímero. A adição de um sistema de recirculação de gás e de um sistema de troca térmica ao modelo do reator torna possível o estudo dos comportamentos dinâmicos e a localização dos pontos de bifurcação, os quais não poderiam ser reproduzidos somente com o modelo do reator. O modelo desenvolvido foi implementado no AUTO®, um software para problemas de continuação e bifurcação em equações diferenciais ordinárias.