Orientadores: Elizabete Jordão, Wander Luiz Vasconcelos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T17:41:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neves_CeliadeFigueiredoCordeiro_D.pdf: 6279733 bytes, checksum: 0ef1f876a9ab54c6121a14df07295fd6 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Os processos de separação são normalmente responsáveis pelos maiores custos de produção nas indústrias químicas, petroquímicas e correlatas. A aplicação comercial de processos adsortivos de separação de gases conhecidos como PSA ("Pressure Swing Adsorption"), têm tido uma aceitação crescente na indústria, pois eles são mais eficientes e econômicos do que os processos de separação convencionais, para pequenas e médias capacidades de produção. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma instalação de separação de gases por PSA para a produção de ar enriquecido na faixa de 25 a 50 % de oxigênio, para aplicação em processos de combustão e oxidação, e construir um modelo que permita descrever o comportamento do processo, levando em consideração três parâmetros de avaliação: a pureza e recuperação do produto e a produtividade do adsorvente. Para alcançar os objetivos propostos foi projetada e construída uma instalação laboratorial de PSA utilizando um adsorvente à base de zeólita 5A. O sistema de automação e controle da instalação consiste de um controlador lógico programável conectado a um microcomputador via sistema supervisório, e a diversas válvulas solenóides e instrumentos de medição de vazão, pressão, concentração e temperatura. O projeto e a construção da instalação exigiram um grande esforço de pesquisa e estudo, e conduziram à fonnação de uma equipe multidisciplinar com especialistas em áreas como processos, materiais, automação e controle, que muito contribuiu para a consolidação da pesquisa. Através da utilização de um planejamento fatorial de experimentos foi possível obter modelos empíricos satisfatórios para a pureza, recuperação e produtividade em função das condições operacionais, com erros médios variando entre 1 % e 4 %. Os resultados dos experimentos e as simulações realizadas mostraram que a instalação desenvolvida é capaz de produzir ar enriquecido a 43 % O2, com uma recuperação de 50 % e produtividade de 0,06 moI O_g.ciclo. A otimização do processo foi facilitada pela utilização de outro parâmetro de avaliação do processo, denominado capacidade separativa, que utiliza conceitos básicos da teoria de cascatas aplicada a separações isotópicas / Abstract: Separation processes account for the major production costs in chemical, petrochemical and related industries. Commercial pressure swing adsorption processes (the so-called PSA processes) have been intensively applied in industry since they need lower energy and are less costly than conventional separation processes for low to medium production rates. This work aims to develop a gas separation unit by the PSA process to produce oxygen enriched air between 25 % and 50 % to be used in combustion and oxidation processes. Another objective is to build a model of the process by which its performance can be evaluated through three parameters: product purity, product recovery and adsorbent productivity. To reach these objectives a PSA unit of laboratory scale was designed and built, that uses a bed filled with a type 5A-zeolite adsorbent. Instruments for measuring flow rate, pressure, concentration and temperatures and solenoid valves were linked to a programmable logic controller. A computer was used for data acquisition and to control the experimental set-up. Great effort of research and study placed for design and construction of the installation required a multidisciplinary team of specialists in many fields like processes, materials, automation and control, which was very helpful to consolidate the present research. Using a factorial design of experiments it was possible to develop appropriate empirical models for evaluating purity, recovery and productivity against operational conditions, with mean errors varying between I and 4%. The experimental results and executed simulations of the process showed that the PSA unit works properly for production of oxygen enriched air at a purity of 43 %, recovery around 50 % and productivity of 0,06 mol Ozlkg.cic1o. The process was optimized by another parameter, called separative capacity, which uses basic concepts of cascade theory applied to isotope separations / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T09:55:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_CidMarcosGoncalves_D.pdf: 3256517 bytes, checksum: e83e81221f1deb4116e5a108112e8386 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Os sistemas de controle avançados de processos químicos, tipo preditivo adaptativo necessitam, em sua estrutura, do modelo do processo a ser controlado. Identificação de sistemas é a modelagem dinâmica a partir dos sinais de entrada e saída. Os processos operam em malha aberta ou fechada. Em determinadas situações práticas, quando o processo em malha aberta é instável ou sujeito a critérios de segurança e economia, a identificação do processo deve ocorrer com o mesmo operando em malha fechada. Os métodos de identificação que normalmente tem bons desempenhos em malha aberta podem apresentar problemas quando aplicados com os dados sendo obtidos em malha fechada. Objetiva-se neste trabalho o estudo e a sistematização dos métodos de identificação, tanto os métodos clássicos quanto os métodos dos subespaços, em malha fechada . Isto será feito através de análise teórica, com relação às condições de precisão e identificabilidade. Aplica-se os métodos clássicos, nas suas diferentes abordagens, a processos químicos, cujos dados para a identificação são obtidos através da simulação de modelos fenomenológicos. Devido às características dos processos químicos, efetua-se a identificação em batelada. Como, também, normalmente apresentam variações naturais em suas entradas de massas ou energia, estas serão as perturbações consideradas nos procedimentos de identificação. O método do erro de predição, em diferentes abordagens, será o aplicado nos exemplos. Mostra-se que, sendo o objetivo da identificação a obtenção de um modelo para ser usado no projeto de controladores, o modelo obtido via identificação em malha fechada apresenta resultados superiores ao obtido em malha aberta. Fez-se um estudo sistemático do procedimento integrado identificação/projeto do controlador através de algoritmos baseados no modelo do processo. Através de um exemplo, averigua-se a performance do procedimento integrado. Os métodos paramétricos, como o método do erro de predição são teoricamente os mais indicados para a identificação em malha fechada. Todas as abordagens, deste método, aplicadas aos processos químicos apresentaram bons resultados. A identificação de processos químicos, quando o objetivo é o projeto de controladores, deve preferencialmente ser realizada em malha fechada podendo ser operacionalizada tendo como entradas as variações naturais das cargas. A escolha da abordagem, desde que o método seja o do erro de predição, depende das características operacionais existentes / Abstract: The advanced control systems of chemical process, predictive/adaptative type, require in their structure, the model of the process to be controlIed. Systems identification is the dynamic modeling, from the input and output signals. The processes may operate in open loop or in c10sed loop. In determinate practical situations, when the open loop process is unstable, or is subjected to safety and economical criteria, the process identification must occur with the process operating in c10sed loop. The identification methods that normalIy have good performances in open loop do show problems when applied with data being obtained in c10sed loop. This work aims to study and to systematize the identification methods, such as the c1assic methods and the subspaces methods, in c10sed loop. This will be done through the theoretical analysis, related to the identifyability and accuracy conditions. The c1assic methods are applied, in their different approaches, to chemical processes, from which the data for the identification is obtained with the simulation of phenomenal models. The parametric methods, such as the prediction error method, are, theoretically, the most indicated to identification in c10sed loop. AlI the approach of this method has shown good results when applied to chemical processes. The identification of chemical process, when the aim is to design controlIers, must preferentially be realized in c10sed loop, and it might be operational using as entries the natural variations of the loads. The choice of the approach, since the error prediction is the chosen method, depends on the existent operational characteristics / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T09:35:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Custodio_AlineFerrao_D.pdf: 2173448 bytes, checksum: 27b046c8dc2de1781ef672eb1c4ab063 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho de tese propôs um processo para a produção de acetato de etila através da reação de esterificação do ácido acético com o etanol, utilizando conceitos de intensificação de processos e de Engenharia Verde (Zero Avoidable Pollution com renweable feedstock). A contribuição principal desta pesquisa é a proposta de uma planta conceitual com alta pureza de todas as correntes do processo, o que diminui desperdícios, de modo que o produto indesejado ou os reagentes não convertidos não estejam presentes nas correntes de saída do sistema. No processo proposto, todos os reagentes são de origem renovável. O acetato de etila é um solvente orgânico importante utilizado na produção de vernizes, de tintas, de resinas sintéticas e de agentes adesivos, sendo produzido normalmente, através da reação reversível do ácido acético com o etanol, com ácido sulfúrico com catalisador. O processo deste sistema de obtenção é bastante complexo porque o produto (acetato de etila) não é o componente mais volátil nem o menos volátil no sistema, de modo que a etapa de separação não é fácil de definir. O projeto conceitual proposto inclui um reator de tanque contínuo (CSTR) acoplado a um retificador, um decantador e duas colunas de purificação, para a água e o acetato de etila. O software comercial ASPEN PLUS® foi utilizado para a realização dos estudos do processo proposto através de simulação computacional em estado estacionário, e o simulador ASPEN DYNAMICS® foi utilizado para a simulação dinâmica / Abstract: This work proposes a process for ethyl acetate production via esterification of acetic acid with ethanol using concepts of process intensification and zero avoidable pollution. The main contribution of this work is the high-purity of all process streams, including the wastes ones, so that undesired product or unconverted reactants are not present in any throughput streams. Ethyl acetate is an important organic solvent widely used in the production of varnishes, ink, synthetic resins, and adhesive agents and it is normally produced via reversible reaction of acetic acid with ethanol, with sulfuric acid as catalyst. The process design of such system is complex because the ethyl acetate product is neither the lightest nor the heaviest component in the system, so that the separation stage is not an easy task. The proposed process design includes a continuous-stirred tank reactor (CSTR) coupled with a rectifier, a decanter and two purification columns for water and ethyl acetate. The commercial ASPEN PLUS® software was used to steady state simulation and ASPEN DYNAMICS® was used to dynamic simulation / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T12:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mallmann_EvandroStoffels_M.pdf: 5927500 bytes, checksum: 1142d105683d77d9dfbe069513e8abce (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O Petróleo obtido nas bacias brasileiras é do tipo pesado e ultra pesado, apresentando alta viscosidade, que dificulta sua exploração (retirada do petróleo dos campos submarinos) e também as operações de refino para obtenção de combustíveis outros derivados. Os processos de refino atualmente em atividade nas refinarias não permitem a operação de óleos pesados e ultra pesados, de forma que estes são misturados a óleos leves para seu processamento. Este procedimento leva à dependência do Brasil em importação de petróleo, assim como a não completa valoração do óleo encontrado no país. Dentro deste contexto, a utilização da Destilação Molecular se apresenta como alternativa à operação inicial de óleos pesados e ultra pesados. Experimentos realizados nos Laboratórios de Desenvolvimento de Processos Separação (LDPS) e de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA) mostraram a viabilidade de seu emprego. Porém, é necessária uma ampla investigação para desenvolvimento de políticas operacionais que levem a operação de destiladores moleculares com alto desempenho para refino de petróleo. Para tanto, é necessário o desenvolvimento de simulações que permitam um extensivo estudo cobrindo as possíveis faixas operacionais, que são funções das características do petróleo. Propõe-se assim, neste trabalho, o desenvolvimento de simulações para a destilação molecular tipo filme descendente fazendo-se uso do simulador comercial Aspen Plus®, que possui facilidades de pacotes termodinâmicos para a realização da tarefa. Dados experimentais já disponíveis foram usados para a análise e avaliação das simulações. / Abstract: The petroleum gotten in the Brazilian basins is of the types heavy and ultra-heavy, presenting high viscosities that make difficult its exploration (remove of the oil from submarine fields) and also the operations of refining for fuel attainment and other derivatives. The processes of refining, currently in activity, in the refineries, do not allow the heavy and ultra-heavy oil operation, so that these are mixed with light oils for its processing. This procedure leads to the dependence of Brazil in importation of oil, as well as not complete valuation of the oil found in the country. Inside this context, the use of molecular distillation is presented as an alternative to initial operation of heavy and ultra-heavy oil. Experiments carried through in the Laboratories of Development of Processes of Separation (LDPS) and Optimization, Project and Advanced Control (LOPCA) had shown the viability of this operation. However, is necessary an ample inquiry for development of operational politics that take the operation of molecular distillers with high performance for oil refining. For this purpose, the development of simulations that allow an extensive study covering the possible operational bands, that are functions of the characteristics of the oil, is necessary. It is considered thus, in this work, the development of a descendant filmed distiller simulations using the commercial simulator Aspen Plus®, that possess easiness of thermodynamic packages for the accomplishment of the task. Available experimental data were used for the analysis and evaluation of the simulations. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T12:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Herkenhoff_RogerioGeaquinto_D.pdf: 1183174 bytes, checksum: f7777dadb80f82afeeb6190f4bb190e9 (MD5) Previous issue date: 2008 / Nesta tese é proposta uma nova estratégia para o projeto de reestruturação de redes de trocadores de calor, qualquer que seja seu objetivo: ampliação de carga ou modificações das condições operacionais, otimização da recuperação de energia, melhor atendimento das demandas do processo industrial, etc. Esta proposta é baseada num método consagrado, conhecido como "Pinch Design Method" e originalmente restrito ao projeto de redes novas ("grass-root design"), e inclui toda a formulação e demais requisitos necessários para sua extensão à reestruturação de redes existentes. Tanto o método original quanto a adaptação agora proposta têm origem termo dinâmica e montagem "manual" da rede, em oposição à (síntese) automatizada. A base conceitual da chamada "Pinch Technology" é extensivamente apresentada e discutida na tese, que a!nda inclui vários estudos de caso para demonstrar sua atualidade, através da confrontação com os resultados típicos da síntese automatizada de redes novas. o método proposto é basicamente dedicado ao pré-estabelecimento dos objetivos de projeto, com a posterior utilização das regras de síntese e demais ferramentas do método original. Em comparação com o procedimento tradicional sugerido no contexto da "Pinch Technology", o método proposto propõe objetivos mais ambiciosos, e ainda assim, realistas (na remontagem da rede, os objetivos previamente estabelecidos podem ser alcançados). O processo de remontagem da rede, embora mais difícil que a síntese de redes novas, também é facilitado em relação ao método tradicional que, além disto, tem aplicação mais restrita. A reestruturação automatizada de redes não é contemplada neste estudo, mesmo porque ela ainda não dispõe de produtos largamente aprovados, para uso geral. Na parte final da tese, três exemplos complexos demonstram as mais relevantes vantagens do método proposto sobre o método tradicional manual (nos casos em que ele se aplica), e sua maior (ou irrestrita) aplicabilidade / Abstract: In this thesis, it is proposed a new design strategy for restructuring existing heat exchanger networks, regardless of its objective: heat recovery optimization, better or full achievement of the industrial process demands, reutilization under different operational conditions, plant capacity expansion, etc. The proposed strategy is based on the widely approved Pinch Design Method, originally restricted to the design of new networks (grass-root design), and inc1udes all formulatioIÍ and additional requirements for its extension to existing networks (retrofits, revamps, etc.). Both the original and the proposed method are thermodynamically based, with manual construction of the network structure, in opposition to the automated synthesis. The conceptual basis of the Pinch Technology is extensively presented and discussed in the.thesis, which also inc1udes several case studies to demonstrate its realism, when confronted to the typical results of the automated synthesis of new networks. The proposed method is basically devoted to the pre-establishment of design objectives (targeting), and takes laler advantage of the synthesis rules and accessory tools of the original methodology. In comparison with the most traditional non-automated Pinch method, the new strategy suggests more ambitious design targets, but quite still realistic (for all case studies, it was found a modified structure to meet the targets). Because of the similarity with a new design, finding a modified structure to achieve 'the targets is alsG easier than in the traditional method, whose application is also more restricted. Automated restructuring of existing networks is not inc1uded in our case studies. as no corresponding reliable product is commercially available for general use. Finally, three complex examples demonstrate the most relevant advantages ane realism ofthe proposed method, compared to the traditional one (when applicable), as wel as its wider (or unrestricted) applicability / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:40:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_GeanClaudiodeSouza_D.pdf: 1545290 bytes, checksum: 862062d0f5617f5ba97cc823dfce4e44 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho obteve, a partir de outros autores, dados da cinética de reações de transesterificação para os óleos de soja, dendê, mamona e pinhão manso que foram utilizados nas simulações realizadas nesta tese. Com esses dados cinéticos, verificou-se que o óleo de mamona apresentou velocidade de reação de transesterificação mais rápida que os outros óleos, sendo sugerido, então, uma explicação para este fato. Além disso, este trabalho realizou levantamento dos dados termodinâmicos existentes para o equilíbrio líquidolíquido dos componentes presentes no processo de produção de biodiesel. Para os dados encontrades foram realizadas a regressão e o ajuste dos parâmetros de interação binária para os modelos de coeficiente de atividade NRTL e UNIQUAC. Os parâmetros ajustados foram utilizados na simulação. A partir dos resultados da simulação, foram obtidos os custos de produção do biodiesel, sendo constatado que custos de produção para o óleo de soja, dendê e mamona ficaram, respectivamente, em, R$ 3,25, R$ 4,66 e R$ 5,78. Por outro lado, foi analisado o impacto do custo de produção do biodiesel no preço do diesel e constatou-se que o custo de produção causou um impacto no preço do diesel entre 1 ,28 e 10 ,57% / Abstract: Previous works on kinetic data of transesterification reactions of soy, palm, castor, and jatropha curcas oils were used as starting point for the simulation studies carried out in this thesis. It was found that the velocity of the castor bean oil transesterification reaction was higher than for the other oils analyzed, and an explanation for this fact was suggested. The study also obtained existing thermodynamic data for the liquid-liquid equilibria of the components present in the biodiesel production processo These experimental data were used for performing a regression of the results of the liquid-liquid equilibrium, and an adjustment was made for the binary interaction parameters for the NRTL and UNIQUAC activity coefficient models. These parameters were used in the simulations. The simulation results were used to calculate the costs of biodiesel production, with the costs for soy, palm and castor bean oils being, respectively, R$ 3.25/L, R$ 4.66/L and R$ 5.78/L. These costs increased between 1.28 and 10.57% on the price of diesel fuel / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-12-01T20:29:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertação -Anacília Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-12-02T15:45:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação -Anacília Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-12-02T15:48:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação -Anacília Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-02T15:48:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação -Anacília Maria Cavalcante de Almeida Palmeira Vieira.pdf: 2539964 bytes, checksum: bfdaceed13c905ce911fac663f53e29c (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The use of computer tools in business, science and engineering made it become essential nowadays and enabled the creation of new technologies in the field of administration, medicine, telecommunication and others. Each day new systems are implanted in order to improve more and more the users’ dealing with it. Nevertheless, most of them have a generalized operation system that not always meets the user’s specific needs. This way to have a computerized system and that can meet each user’s peculiarities, it is necessary to manufacture it based on software engineering guideline. Besides the application of software engineering technique, it was necessary to acquire specific knowledge about image processing and analytic chemistry. The conducted research outcome, contemplates a digital image system (SISAID) which entailed acquisition technique and image processing of chemical matrices, the acquisition of image was gotten by the use of webcam in the titulação process (chemical process) that interacts with the system and the system makes the image processing, based on color model RGB (Red, Green, Blue) the system also carries out the calculation of medium values of RGB and the NORMA of the vector RGB, those which make the image analysis possible through the titulação bend created by the system. Plus one can verify the obtained results through SISAD with results gotten, digital image analysis system used in the chemical laboratory of Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia and it was noticed that the SISAID can bring about more efficiency regarding time. As the user got through the operation of the system in a shorter time, and was able to get satisfactory results concerning the titulação bend. / O uso de ferramentas computacionais nos negócios, ciência e engenharia passou a ser indispensável nos dias atuais e possibilitou a criação de novas tecnologias para as áreas de administração, medicina, telecomunicações, e em quase todas as áreas da ciência. A cada dia novos sistemas são implantados para facilitar ainda mais a vida dos usuários. No entanto, a maioria deles tem uma funcionalidade generalizada, de modo que nem sempre atendem às necessidades específicas dos usuários. Sendo assim, para que se tenha um sistema computadorizado e que atenda às particularidades dos usuários é necessário concebê-lo com base nas diretrizes da Engenharia de software. Além da aplicação de técnicas de engenharia de software, foi necessário também adquirir conhecimentos específicos sobre processamento de imagens e química analítica. O resultado da pesquisa desenvolvida contempla um sistema de análise de imagem digital (SISAID) que envolveu técnicas de engenharia de software na aquisição e processamento de imagem de matrizes químicas. A aquisição da imagem foi realizada utilizando uma webcam no processo de titulação (processo químico) que interage com o sistema, e este realiza o processamento das imagens com base no modelo de cores RGB (Red, Green, Blue). O sistema também efetua o cálculo dos valores médios de RGB e a NORMA do vetor RGB, os quais possibilitam a análise da imagem por meio da curva de titulação gerada pelo sistema. Além disso, verificaram-se os resultados obtidos pelo SISAID com resultados obtidos pelo sistema de análise de imagem digital utilizado no laboratório de química do Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia de Itacoatiara e constatou-se que o SISAID oferece mais eficácia em relação ao tempo, visto que o usuário realizou as funcionalidades do sistema em um tempo muito inferior e alcançou resultados satisfatórios em relação à curva de titulação.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, André Luiz Jardini Munhoz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T16:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bineli_AulusRobertoRomao_D.pdf: 8294042 bytes, checksum: a3a2a14af42175c483a90d29b0102664 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, o conceito de sustentabilidade vem ganhando cada vez mais espaço e com ele os desafios de melhorar cada vez mais os processos industriais. Assim, tanto as engenharias quanto as ciências de base têm se dedicado à integração do conhecimento para projetar e implementar soluções inovadoras e ambientalmente equilibradas. Neste contexto, o uso dos microrreatores surge como uma opção atraente e com potencial para atender às diversas e crescentes exigências ambientais e econômicas. Portanto, o principal objetivo desta tese foi projetar fabricar e testar um microrreator catalítico para produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do etanol. Para o cumprimento deste objetivo, quatro etapas principais foram desenvolvidas. A primeira delas foi à realização de estudos fluidodinâmicos do microrreator para a escolha da geometria mais favorável à distribuição do fluxo entre os microcanais. Nesta etapa foi possível quantificar o fluxo do gás nos microcanais e escolher a geometria com o menor valor no desvio padrão relativo. Na segunda etapa, a tecnologia de manufatura aditiva de sinterização direta em metal a laser (DMLS) foi avaliada para a fabricação dos componentes do microrreator mostrando um grande potencial, principalmente por oferecer condições para produção de superfícies porosas. Apesar disso, as peças assim obtidas apresentaram distorções notáveis devido à alta energia do laser, sendo necessários mais estudos dos parâmetros de fabricação a fim de se obter peças com boa qualidade. Por essa razão e para garantir uma boa integração entre os componentes, a estrutura de compartimento do microrreator e as placas de microcanais foram obtidas por métodos convencionais de usinagem e corrosão química. Na terceira etapa, um método de otimização multicritério foi descrito para se investigar e sugerir uma faixa de parâmetros operacionais do microrreator como temperatura, fração de massa de etanol e fluxo volumétrico de alimentação. Nesta fase, entre os três modelos cinéticos selecionados, apenas um foi considerado o mais confiável para se estender o estudo de otimização e assim sugerir uma faixa de operação do microrreator. Na etapa final, testes experimentais da reação de reforma a vapor do etanol foram conduzidos sob duas diferentes composições de catalisadores, Ni/Al2O3 e Ni/CeO2, com o objetivo de se conhecer as principais reações. Os resultados mostraram que a desidratação e decomposição do etanol foram predominantes em ambos catalisadores, porém foi observada a supressão da desidratação em temperatura de 500 e 600ºC. Entre os catalisadores estudados o Ni/CeO2 foi o mais seletivo e promissor, pois foi capaz não somente de suprimir as reações indesejadas, como a formação de coque, mas por fornecer alta produtividade e rendimento comparado com o Ni/Al2O3. Além disso, ficou demonstrado que o projeto do microrreator proposto foi capaz de produzir hidrogênio com rendimentos significativos, próximo a 100% em altos tempos de residência, sendo, portanto, uma boa opção a ser considerada tanto para aplicações em pequena quanto em grande escala / Abstract: Currently, the concept of sustainability is gaining more prominence and with it the challenges to improve industrial processes. Thus, both engineering as the basic sciences has been devoted to integrate knowledge to design and implement innovative and environmentally balanced solutions. In this context, the use of microreactors emerges as an attractive option and with potential to meet various environmental and economic requirements. Therefore, the objective of this thesis was to design, fabricate and test a catalytic microreactor for hydrogen production from ethanol steam reforming. To achieve this objective, four main steps were developed. Firstly, studies of the fluid dynamic behavior of microreactor were conducted for choosing the most favorable geometry to flow distribution among microchannels. At this point it was possible to quantify the internal gas flow in the microchannels and to select the geometry with the lowest value in the relative standard deviation. In the second step, the additive manufacturing technology of Direct Metal Laser Sintering (DMLS) was evaluated to fabricate the microreactor components. This technology showed a great potential, especially to provide conditions to produce pieces with porous surfaces. Nevertheless, the pieces obtained by this process showed remarkable distortions due to the high laser energy, necessitating further study about fabrication parameters in order to improve the quality of the parts. For that reason and also to ensure good integration among the components, the housing structure and microchannel plates were obtained by conventional methods of milling cutter and wet chemical etching, respectively. In the third step, a multicriteria optimization method was described to investigate and suggest a range of operating parameters such as temperature, ethanol mass fraction and volumetric flow. Among the three kinetic models selected, only one was considered the most reliable to extend the study of optimization and thus to suggest a range of operation conditions of the microreactor. In the final step, experimental tests of ethanol steam reforming were conducted under two different compositions of catalysts, Ni/Al2O3 and Ni/CeO2, with the aim of knowing the main reactions. The results showed that the ethanol dehydration and decomposition were predominant in both catalysts, but the suppression of the dehydration in the temperatures of 500 to 600°C was observed. Also, among the catalysts studied, the Ni/CeO2 was the most promising not only because it was able to suppress the undesired reactions, but also to provide a high productivity and yield compared to the Ni/Al2O3. Furthermore, it was shown that the design of microreactor was able to produce hydrogen with significant yields, close to 100% at high residence times, and is therefore a good option to be considered in applications ranging from small to large scales / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:24:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_RodolphoRodrigues_M.pdf: 9175458 bytes, checksum: f2dde4cc9ff6948eb7de39f51a322a4a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Devido ao aumento da demanda nacional e mundial por combustíveis renováveis e novas tecnologias para melhoria de seus processos, é inegável a importância do desenvolvimento de novos controladores que possam garantir o funcionamento adequado destes sistemas. Neste contexto, este trabalho focou no desenvolvimento de um tipo de controlador não convencional baseado em inteligência artificial (Lógica Fuzzy) associado a uma estratégia Split-range para a manutenção da temperatura de reação de transesterificação do óleo de soja. Os ensaios foram conduzidos em um reator batelada totalmente instrumentado, monitorado e controlado via SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Verificou-se que a melhor estratégia proposta para os sistemas de controle Fuzzy - Split-range na regulação da temperatura do reator foi a que empregou 147 regras sem a mistura de utilidades na jaqueta do reator, obtendo rápida estabilização da temperatura do reator, aproximadamente 15 minutos, e menor esforço de controle quando comparado às demais estratégias testadas. Como ferramentas de análise comparativa do sistema de controle foram utilizados os critérios de desempenho IAE, ISE e ITAE, além dos esforços de controle requeridos pelas válvulas durante os ensaios. Os resultados mostraram que a combinação Fuzzy - Split-range é viável no controle de temperatura, podendo ser estendida a demais processos industriais. / Abstract: In fact of national and international demand increasing for renewable fuels as biodiesel and also new technologies for process enhancement, it is worthy of attention the development of new controllers that guarantee adequate biodiesel production process control. In this context, this work applied the design of a non-conventional controller based on artificial intelligence (Fuzzy Logic) associated with Split-range strategy to regulate the temperature of soybean oil transesterification. The tests were conducted in a instrumented batch reactor, monitored and controlled by a SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system. For the studied process control, the best combination set among the Fuzzy - Split-range strategies for the reactor's temperature control applied 147 set rules and no mixture of utilities in reactor's jacket. With fast temperature estabilization in almost 15 min, less control effort was required by the system among the strategies testeds. Performance criterions as IAE, ISE and ITAE were used to support comparative analysis, either control efforts by valves were used. The results show that Fuzzy - Split-range strategy is viable in biodiesel batch reactor temperature control, promising to application in others chemical processes. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: José Roberto Nunhez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_Edimilson_D.pdf: 42879503 bytes, checksum: f045a81ccffc27a6b322cd000bb460cd (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O projeto de agitadores envolve um grande número de variáveis, além da necessidade de utilização das relações empíricas para que se possa elaborar um projeto eficiente. Em função do grande número de variáveis envolvidas, muitas opções ainda carecem de estudos científicos e bibliografias que deem segurança aos projetistas, como é o caso dos impelidores do tipo disco dispersor, para altas dispersões, com característica predominantemente de alto cisalhamento, também conhecidos como: impelidores dentados, dentes de serra ou simplesmente Cowles. O estudo passa inicialmente pelo entendimento amplo dos conceitos de agitação e mistura, tais como: regime de escoamento em tanques agitados, fluidos, nível de agitação, processos de agitação e mistura, geometrias de tanques, tipos e geometria dos impelidores, número de bombeamento e número de potência. Comparou-se resultados de número de potência obtidos nos ensaios com teoria de autores consagrados para impelidores de pás retas. Obteve-se de forma experimental as equações do torque em função da rotação e as curvas do número de potência em função do número de Reynolds para impelidores do tipo disco dispersores de diversas geometrias, trabalhando com dois métodos de medição de torque: transdutor de torque e parâmetros elétricos, utilizando unidade piloto de 50 e 1000 L, assim como indica o número de potência determinado para oitenta e oito impelidores ensaiados / Abstract: The design of impellers involves a great number of variables, as well as the use of empirical correlations to enable an efficient design. Due to the great number of variables involved, many design options lack a deeper scientific basis and broader literature information that would provide the engineer with a more understanding to elaborate a more efficient design. This is the case for impellers used in dispersions, where the main impeller characteristic are their high shear. These impellers are also known as toothed impellers or Cowles impellers. This study starts with the acquiring of a deeper understanding of .mixing processes using high shear impellers with the corresponding concepts of agitation level, tank geometry, impeller geometry, Pumping and Power numbers. The Power number obtained in this work was compared with the published results of previous authors for flat blade impellers. The correlations for torque as a function of impeller speed and the Power number for several impeller disperses as a function or Reynolds number were obtained through a torque transducer and electrical parameters using both a 50 L and a 100 L pilot plants. The experimental Power number of eighty eight impellers was determined in this work / Doutorado / Processos em Tecnologia Química / Doutor em Engenharia Química