Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T19:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Toledo_EduardoCoselliVascode_D.pdf: 6989061 bytes, checksum: 7e4c9efd95963e164e67dee467cae49d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho são apresentados modelos pseudo-homogêneos bi e unidimensionais de reatores catalíticos de leito fixo, os quais incorporam as capacidades térmicas do fluido e do sólido, (pCp)f e (pCp)s, respectivamente. Os modelos propostos reproduzem o comportamento dinâmico esperado de um reator catalítico de leito fixo, inclusive o fenômeno da resposta inversa. A solução dos modelos bidimensionais geralmente requerem excessivo tempo computacional, uma vez que uma descrição detalhada das variáveis é levada em conta na formulação do modelo, resultando em modelos matemáticos de difícil solução. Para superar esta dificuldade, fez-se uso de técnicas de redução de modelos, as quais permitem gerar modelos com dimensões espaciais menores (com redução dimensional) ou cuja solução se torna menos complexa (sem redução dimensional). Portanto, neste trabalho também é apresentado um estudo comparativo do desempenho destas técnicas. Com relação aos modelos reduzidos, alguns apresentaram uma boa concordância com o modelo bidimensional, possibilitando a utilização segura e rápida dos mesmos para estudos de controle e otimização. Outro estudo realizado neste trabalho foi a análise de sensibilidade paramétrica do reator catalítico de leito fixo visando obter o conhecimento dos efeitos primários e de interação dos parâmetros operacionais do reator necessários à implementação da estratégia de controle no reator de forma adequada. Para obter estes conhecimentos utilizou-se o método do planejamento fatorial, o qual foi capaz de captar os efeitos primários e de interação no comportamento dinâmico do reator. Outro detalhe importante é que o método do fatorial completo forneceu também os efeitos ao longo do tempo, conhecimento este não disponível quando se utiliza, por exemplo, o método do RGA. Finalmente, após o desenvolvimento de modelos dinâmicos adequados para aplicações em tempo real e de posse dos conhecimentos do comportamento dinâmico e da análise de sensibilidade paramétrica, realizou-se o estudo da análise de desempenho de alguns algoritmos de controle avançados. Utilizou-se para o estudo da análise de desempenho dos controladores avançados, os algoritmos de controle preditivos, DMC ("Dynamic Matrix Control") e GPC ("Generalized Predictive Control"), e o adaptativo preditivo, STGPC (GPC acoplado ao identificador de parâmetros RLS), tanto na forma monovariável, SISO, como multivariável, MIMO. Estes controladores também foram comparados com o controlador clássico PI. Observou-se que os controladores GPC e STGPC proporcionaram os melhores resultados, mostrando a necessidade de se utilizar controladores avançados para obter um comportamento seguro e eficiente do reator catalítico de leito fixo / Abstract: In this work, pseudo-homogeneous bi- and uni-dimensional fixed bed catalytic reactors are presented. Such models incorporate the fluid and solid thermal capabilities, (pCp)f e (pCp)s, respectively. The proposed models reproduce a dynamic behaviour expected in a fixed bed catalytic reactor, including the inverse response phenomenon. The bi-dimensional models solution usually requires excessive computing (CPU) time since a detailed description of the variables is considered in the formulation of the model, which results in mathematical models of difficult solution. To circumvent this difficulty, techniques of model reduction were used, which permitted the generation of smaller space dimensions (with dimension reduction) or whose solution is less complex (without dimension reduction). Therefore, a comparative work of both techniques performance is also presented in this work. Some of the reduced models presented a good agreement with the bi-dimensional model, thus enabling their safe and fast utilization for studies of control and optimization. Another study performed in this work was the parametric sensitivity analysis of the fixed bed catalytic reactor, with the purpose of knowing the primary effects and the interaction of the reactor operating parameters, which are necessary for the implementation of a suitable control strategy. A method of factorial planning was used to acquire this knowledge. It was capable of getting the primary and interaction effects on the reactor dynamic behaviour. Another important detail is that the complete factorial method also provided some effects against time; this kind of knowledge is not available when the method RGA is used. Last, with the development of dynamic models for applications in real time and with the knowledge of the dynamic behaviour and the parametric sensitivity analysis, an analysis of the performance of some advanced control algorithms was made. In the study of the analysis of the performance of advanced controllers, the control algorithms used were predictive, DMC and GPC, and adaptive predictive, STGPC (GPC coupled to the parameters identifier RLS), both in the monovariable (SISO) and multivariable (MIMO) forms. These controllers were also compared to the classic controller PI. It was observed that the controllers GPC and STGPC provided the best results, showing the need of using advanced controllers to obtain a reliable and efficiente behaviour for the fixed bed catalytic reactor / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-07-25T18:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_AndreaMileneApolinario_M.pdf: 2528475 bytes, checksum: 0beb202471c0196e9d5a236b08fe976b (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Os estudos relacionados ao processo de fabricação de fibras de carbono indicam que a etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras precursoras é a limitante, envolvendo reações complexas e mudanças na estrutura fisica das fibras. Com o objetivo de se conhecer melhor a etapa de estabilização e eliminar gastos em testes experimentais, a modelagem e a simulação surgiram para otimizar com eficiência nesta etapa. Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática para o processo de estabilização. O feixe de fibras de poliacrilonitrila (PAN) é modelado como um sólido homogêneo, com as principais reações químicas de estabilização: a ciclização do grupo nitrila, a desidrogenação da ligação carbono-carbono e a oxidação. As equações que descrevem o modelo são baseadas nas velocidades das reações químicas, nos balanços de massa em espécies reagindo, na difusão de oxigênio radial e na transferência de calor radial no feixe. O sistema de equações do modelo foi resolvido com a aplicação do Método de Colocação Ortogonal, que discretiza a variável espacial e o Método de Runge-Kutta Semi- Implícito, que integra as equações na dimensão de tempo. Os resultados de concentrações e temperaturas obtidos pela simulação apresentaram um comportamento coerente com os resultados experimentais da literatura. Finalmente, utilizou-se o modelo para verificar os parâmetros que influenciam a estabilização. O processo foi otimizado com boas co ndiçõesde transferência de calor, menor número de filamentos no feixe ou baixas temperaturas de estabilização / Abstract: Studies related to the rnanufacture of carbon fibers indicate that the thermo-oxidative stabilization of precursor fibers is the slowest step, due to the complex reactions and changes in the physical structure of fibers. In order to know the stabilization step and eliminate expenses in experimental tests, modeling and simulation have been efficiently used to optimize this step. This work reports a mathematical modeling for the process of stabilization. The undle of polyacrylonitrile fibers (PAN) is modeled as a homogeneous solid, with the following chemical reactions: cyclization of the nitrile groups, dehydrogenation of carbon-carbon bonds and oxidation. The equations that describe the model are based on the chemical reactions rates, reacting species mass balances, radial mass and heat transfer rate within the bundle. The resulting system of equations was solved by the Orthogonal Collocation Method, and the Semi-implicit Runge-Kutta Method. The obtained results of concentrations and temperatures presented a coherent behavior with the literature experimental results. Finally, the model has been utilized to find which parameters influence the stabilization, and determine obtaining the best operation conditions / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Fausto Rodrigues Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T20:47:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_CarlosAlbertoBandeira_D.pdf: 15375563 bytes, checksum: 1d29ae628f580fd9551ea806b382441d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho apresenta uma ampla revisão sobre a análise de tensões devidas a solicitações estáticas e dinâmicas na via férrea. A partir desta revisão é desenvolvido um modelo sobre apoio discreto da interação dinâmica vertical entre veículo e via ferroviários, para a faixa de freqüência de interesse variando entre 50 e 2500 hertz, que permite determinar vários parâmetros relacionados à análise de tensões dinâmicas, como a força no contato entre a roda e o trilho e as deformações devidas ao cisalhamento. Este modelo tem formulação baseada no Método dos Elementos Finitos com solução no domínio do tempo. O contato entre a roda e o trilho é modelado como sendo normal, através de uma mola não-linear hertziana. O modelo leva em consideração não-linearidades como o levantamento do dormente em relação à camada de lastro. É proposta uma técnica de solução no tempo baseada em um esquema de integração numérica tipo Newmark-'beta¿ para sistemas dinâmicos não-lineares, com uma rotina de otimização do desequilíbrio nodal do sistema formado pelo veículo e a via baseada no método quasi-Newton com busca unidimensional. Foram implementadas e testadas três formulações de elementos finitos de viga para a modelagem do trilho na análise dos efeitos dinâmicos devidos a dois tipos de irregularidade (trilhos corrugados e "planos-na":roda"), para se obter a formulação mais adequada. Posteriormente é feito um estudo sobre os parâmetros a serem utilizados na simulação. É proposta uma metodologia baseada no modelo de Winkler e no método dos elementos finitos para a obtenção dos parâmetros de rigidez da camada de lastro. É desenvolvido um estudo de caso relacionado aos efeitos dinâmicos que uma irregularidade tipo "plano-na-roda" teria sobre três tipos de via tipicamente brasileiras. O modelo desenvolvido forneceu respostas realistas dentro da faixa de freqüência de interesse. Finalmente, são apresentadas as conclusões finais do trabalho e sugestões de estudos futuros / Abstract: This work presents initially a wide revision on the railway static and dynamic analysis. Starting from this revision a discret support model of the vertical vehiclejtrack dynamic interaction, at the frequency range of 50 to 2500 Hertz, is developed. It allows to determine several parameters related to the dynamic analysis, as the wheel / rail contact force and the rail shear strain. This model has formulation based on the Finite Element Method with a time domain solution. The wheel / rail contact is considered to be normal by using a non-linear hertzian contact spring. The track model developed is able to consider nonlinearities in the track structure. A time-step integration algorithm based on a Newmark-'beta¿ scheme, with a optimization routine for solving the nodal unbalance of the dynamic system, based on the quasi-Newton method with a line search was developed. Three beam finite elements formulations for the rail model was used in the analysis of the dynamic effects due to two irregularity types (corrugated rails and wheelflats), were implemented and tested for to obtain the most adequate formulation. After, a study was done for determining the ballast stiffness that could be used in the simulation. A methodology based on the Winkler and Finite Element Methods for to obtain these parameters was proposed. A case study related to the dynamic effects of a wheelflat on three typical brazilian railway tracks was developed. The developed model provided realistic responses in the frequency range of interest. Finally, the conclusions and future research works are presented. / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Lopes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T03:12:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_Eliana_M.pdf: 4153009 bytes, checksum: 4ba732a4ca9d1bb5cc093684028b5e99 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar e projetar, com auxílio do computador, um simulador automático de cabo para um repetidor regenerativo MCP Duobinário Modificado. Para isto realizou-se estudos e medidas da função de transferência de cabos multipares e de aparelhos simuladores de cabo utilizados na transmissão MCP. Com estas medidas desenvolveu-se um modelo analítico para tais funções. Em seguida propõe-se um tipo de simulador composto por pólos e analisa-se um processo de controle automático das posições destes pólos em função do comprimento do cabo a ser simulado. Com esta análise foi possível estabelecer o número mínimo de pólos necessários e suas posições ótimas em função do comprimento a ser simulado. Estes resultados permitiram desenvolver vários projetos de simuladores práticos onde as freqüências dos pólos mantêm uma relação constante entre si. Finalmente foram realizados testes em laboratório visando reproduzir os resultados obtidos no computador. Estes testes permitiram não só a comprovação da simulação como abriram perspectivas para um avanço deste estudo / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Maria Adelia Collier Farias / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-14T16:34:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucena_SamuelE.de_M.pdf: 10106107 bytes, checksum: 450169e111a30cf48c5cc153265e4c59 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Neste trabalho é apresentado um simulador de ECG que gera o eletrocardiograma normal e 17 arritmias cardíacas, na derivação II. As arritmias incluem as principais extra-sístoles ventriculares. Este simulador propicia a manutenção adequada de monitores cardíacos e eletrocardiógrafos de todo tipo, inclusive dos monitores que detectam automaticamente diversas arritmias. As arritmias simuladas e a possibilidade de seqüenciá-Ias de muitos modos diferentes fazem deste instrumento uma ferramenta valorosa para o ensino do reconhecimento de arritmias, bem como para o desenvolvimento de circuitos e programas para aquisição e processamento de ECG. Tendo em vista que no mercado nacional não há simulador de ECG, e que o custo do protótipo é significativamente inferior ao de um similar estrangeiro, acredita-se na viabilidade de sua produção em escala industrial / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ioshiaki Doi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-15T01:37:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossi_JoseAntonioDonizete_M.pdf: 4698818 bytes, checksum: e166ce198c7bc5d10d66b3aad5efbd6c (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: É realizada uma análise do método do acréscimo e decréscimo utilizado em ensaios de impulso na determinação da tensão disruptiva crítica V50% de elementos isolantes auto recuperáveis. A análise é feita pela comparação dos resultados de V50% e do desvio padrão 'sigma¿ obtidos por simulação computacional do método de acréscimo e decréscimo conforme a NBR 5389/81 e de resultados de ensaios em sistemas de eletrodos do tipo haste-haste e haste-placa efetuados conforme a NBR 5389/81, tendo como parâmetros o número de aplicações de tensão (N) , o degrau de tensão (d) e a tensão inicial (VI) utilizados nos cálculos e ensaios. Os resultados mostram que os parâmetros N, d e VI apresentam uma grande influência nos valores de V50% e 'sigma¿ e que estes parâmetros estão fortemente inter-relacionados um com o outro.. Ou seja, por exemplo, que para um dado N. existem valores bem definidos de d e Vi que levam a resultados satisfatórios de V50% e vice-versa. Por outro lado, os resultados obtidos tanto em simulações quanto em ensaios mostraram valores de dispersão do desvio padrão 'sigma¿, relativamente elevados, o que vem a concordar com inúmeros trabalhos existentes sobre o assunto, de que o método de acréscimo e decréscimo permite uma determinação satisfatória da tensão de V50%, porém não é adequado para o cálculo do desvio padrão 'sigma¿ / Abstract: It is realized an analysis of the up-and-down method used in impulse tests to determine the critical flashover voltage V50% In self-restorlng insulations. The analysis is made by comparing the resu1ts of V50% and the standard derivation 'sigma¿ obtained by computaclonal slimulation of the up-and-down method according to the NBR-5389/81 standard and tests results in rod-rod and rod-plane: electrods systems. These tests have also been performed according to the NBR-5389/81 standard, havlng by the parameters the number of impulse applications (N), the voltage step (d) and initial voltage (VI). The results indicate that the parameters N, d, Vi have a great influency in the V50% and 'sigma¿ values and that also have a great inter-relation within then. That means for instance, to a given N, exist well definite values of d and VI that should carry to a satisfatory results of V50% and vice-versa. On the other hand the results obtained in simulations and tests show high values of dispersion of standard deviation wich agrees with many existents works on the subject as well the up-and-down method allow a satisfactory determination of the V50% voltage, but is not appropriate for the standard deviation calculation / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Carlos Luz Lisboa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T08:48:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_MarceloLuizdeMoura_M.pdf: 3445755 bytes, checksum: 550d546ba79cdbe82d0ada2cfe49ed3c (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A destilação de petróleo consome uma grande quantidade de energia. É interessante, conseqüentemente, aproveitar a energia dos produtos destilados para pre-aquecer o petróleo cru, o que é normalmente feito por uma rede de trocadores de calor tipo casco e tubo conhecida como trem de pré-aquecimento. O bom funcionamento desta rede tem influência direta na qualidade do processo de destilação. A formação de incrustação é um grande problema enfrentado, pois prejudica a troca térmica, aumenta a perda de carga e a emissão de poluentes do forno causando prejuízos as refinarias. O presente trabalho simulou trocadores de calor do tipo casco e tubo conforme os existentes em trem de pré-aquecimento em refinarias de petróleo, para o estudo da formação de incrustação nos mesmos. Os cálculos dos coeficientes de película e perdas de carga para o casco foram realizados pelo método de Bell. Para os tubos foram utilizados modelos da literatura. Os dados referentes às condições de processo, propriedades físicas e dimensões dos trocadores de calor foram obtidos a partir de dados de projeto da Refinaria de Paulínia (Replan) e da literatura. O simulador apresentou resultados coerentes para os coeficientes de película na superfície externa e interna do tubo, coeficiente global de transferência de calor, perda de carga, taxa de transferência de calor e demais fatores envolvidos no processo de troca térmica, considerando dados da Replan e da literatura. Verificou-se o aumento da resistência à troca térmica causada pela formação de incrustação considerando-se variações das temperaturas de saída e velocidade dos fluidos. Foi possível localizar os pontos de temperatura de parede máxima nos trocadores e a influência dos sentidos das correntes dos fluidos nestas temperaturas. A partir de dados de processo com o tempo o simulador permite avaliar quais trocadores estão trabalhando acima do limite de incrustação estabelecendo-se qual possui uma maior tendência à formação de incrustação. Verificou-se que a aplicação das condições de limite de incrustação pode reduzir os custos no projeto dos trocadores / Abstract: Petroleum distillation demands a large amount of energy. Therefore, it is interesting to use the energy available from distillation columns products to preheat the crude, which is usually accomplished by heat-exchangers, grouped in a set known as pre-heating battery. The distillation process itself depends widely from a good performance of the pre-heating battery. Deposits (fouling) on heat exchangers constitute a problem because they increase pressure drop and emission from the furnace caused by a larger fuel consumption. This work simulated shell and tube heat-exchangers as present in refinery pre-heating batteries to study the deposits build-up. Heat transfer coefficients and pressure drops for the shell side were calculated by the Bell's method. For the tubes, they were calculated according to methods mentioned in the literature. All processing data, physical properties and heat-exchanger dimensions were obtained from design data at Paulínia Refinery (Replan) and literature. The simulator provided coherent results for the internal and external tube heat transfer coefficients, global heat transfer coefficients, pressure drops, heat transfer rates and other parameter involved with the heat transfer process. It detected the increase of thermal resistance prompted by the deposits build-up, considering the outlet temperature variations and fluid velocities. It was possible to locate the maximum wall temperatures and the effect of the stream flows direction on them. When process data along time are available, the simulator is able to indicate which heat-exchanger is operating above the fouling limit and which exhibits a trend toward fouling. The study indicated the potential for savings when fouling limit is regarded during the heat -exchanger design / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Alexandre de Paula Peres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bernardo_Sergio_D.pdf: 16858562 bytes, checksum: 146132fc4ed6476801c980face63fe50 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho é fruto do esforço iniciado por pesquisadores do Laboratório de Modelagem e Simulação de Processos Químicos (FEQ-UNICAMP) visando estudar o escoamento do gás em ciclones. A premissa foi buscar a consolidação das informações já obtidas, usando como ferramenta para tal finalidade as modernas técnicas da Fluidodinâmica Computacional (CFD). O trabalho foi dividido em duas frentes: análise do escoamento monofásico (gás) e do escoamento bifásico (gás-sólido), tendo como foco o mapeamento do campo de velocidade, pressão e eficiência por meio de um modelo CFD tridimensional. O estudo foi embasado em resultados experimentais disponíveis na literatura científica, como também em experimentos numéricos desenvolvidos previamente por outros pesquisadores deste grupo de pesquisa. A busca incessante por informações que ajudem a elucidar o entendimento do complexo sistema de escoamento que ocorre no interior de um ciclone foi o marco inicial dos trabalhos do grupo. E neste trabalho apresenta-se a confirmação de informações anteriormente levantadas, como também novas perspectivas para a melhor compreensão do mecanismo de operação de um ciclone. As malhas numéricas tridimensionais foram geradas utilizando os pré-processadores Gambit e ICEM CFD HEXA e a partir daí os trabalhos foram desenvolvidos através de experimentos numéricos usando os pacotes computacionais em CFD: FLUENT (versão 6.0) e CFX (versões 5.5.1, 5.6 e 5.7) que fazem uso do método dos volumes finitos com variáveis co-localizadas (na qual todas as variáveis usam o mesmo volume de controle para realizar todas as integrações) na solução do sistema de equações de transporte, através de coordenadas generalizadas. Para adentrar no complexo campo da turbulência do escoamento, modelos de turbulência tais como RSM, LES e DES foram testados em simulações que foram capazes de extrair informações significativas a respeito do comportamento do escoamento do gás quando da presença de partículas sólidas. O trabalho abriu, ainda, uma ramificação para avaliar a influência de alterações na geometria do ciclone na fluidodinâmica de seu escoamento. Os resultados mostraram que a metodologia de trabalho empregada é adequada quanto à reprodução do comportamento fluidodinâmico dos escoamentos monofásico e bifásico em ciclones e que alterações geométricas propostas apontam para melhores resultados no processo de separação gás-sólido no equipamento / Abstract: This work is the result of the efforts of the CFD research group of the Chemical Processes Modeling and Simulation Laboratory located at FEQ-UNICAMP to study gas and gas-particle flow in a cyclone. The starting point was to consolidate previous information in cyclone flow using current CFD techniques. Two research lines were applied: the first one has studied gas flow and the second one was involved in the gas-solid flow study. These . analyses were focused on fluid dynamics parameters like tangential, axial and radial velocities profiles, pressure and coIlection efficiencies using a three-dimensional CFD model. Experimental and numerical results available in the literature were used to validate simulation data obtained in this work. Three-dimensional numerical grids were constructed using pre-processors like GAMBIT and ICEM CFD HEXA. The numerical simulations were performed using the commercial CFD codes FLUENT (v6.0) and CFX (v5.5.1, 5.6 and 5.7). These softwares make use of fmite volume method to solve transport equation system, using generalized coordinates. Turbulence models, like RSM, LES and DES were tested on simulations to extract important information about gas-solid flow profile. In addition, the influence of geometrical modifications on cyclone fluid dynamics was studied. The results showed that the methodology applied in this work is consistent to reproduce the fluid dynamic behavior of gas and gas-solid flow in a cyclone. Numerical results obtained here are in agreement with experimental results and other numerical data available in the literature. The modifications in the geometry proposed here indicate improvements in gas-solid coIlection efficiencies in the equipment. We believe that this study wiIl contribute to increase the knowledge on cyclone fluid dynamics / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Teresa Mossako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:25:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caramello_TatianaPessetti_M.pdf: 2472582 bytes, checksum: 6b8224b729363a4542ec0d023b4059af (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O uso de separação de misturas gasosas utilizando membranas é uma operação unitária bastante conhecida, porém apenas recentemente está recebendo a devida atenção principalmente pelo grande desenvolvimento obtido na área de materiais poliméricos. Este processo é utilizado atualmente em escala industrial para produção de nitrogênio de alta pureza a partir do ar e na recuperação de hidrogênio a partir de hidrocarbonetos em refinarias e processos petroquímicos. o presente trabalho objetiva estudar a performance de unidades de separação de membranas de fibra-oca. Uma modelagem matemática para separação gasosa multicomponente foi implementada para diversos tipos de fluxo: concorrente, contracorrente e fluxo cruzado. Programas computacionais foram desenvolvidos para simular a operação de processos de separação gasosa multicomponente de importância industrial: a separação de N2 do ar, recuperação de H2 de uma mistura de hidrocarbonetos e separação de i-C4HlO de uma mistura de C4-olefinas/parafinas. o efeito dos principais parâmetros que influenciam a separação tais como pressão transmembrana, vazão e área da membrana sobre a performance da unidade de membrana é analisado em termos da pureza e da recuperação do produto desejado. Os resultados mostram que o modelo de fluxo contra-corrente apresenta a melhor performance de separação para os produtos desejados. A importância do emprego da corrente de purga para a remoção de COz presente no ar de sistemas fechados foi também analisada. Observou-se que o aumento da fração de purga aumenta a remoção de CO2 do ar. Verificou-se que a escolha da estratégia de separação é também muito importante. Para a separação de i-C4HlO com dois módulos de membrana, a área total requerida equivale quase a metade da área necessária para obter i-C4HlO nas mesmas condições utilizando apenas um módulo de membrana. O efeito de Joule- Thomson foi também estudado. Os resultados mostram que este efeito não foi importante para a separação do binário i-C4HlO I i-C4H8 / Abstract: Separation of gaseous mixtures using membranes is a known operation. Even so, only recently is receiving enough attention, mainly due to the great development obtained in the polymeric material science. Nowadays, this process is applied in industrial scale for production of high purity nitrogen from air and for hydrogen recovery from hydrocarbon mixtures in the refinery and petrochemical processes. ln the present work the performance of hollow fiber membranes separation units has been studied. A mathematical model for separation of multicomponent gaseous was implemented for several flow types: co-current, countercurrent and cross flow. A computer program was developed to simulate the operation of several important industrial separation processes: the separation of Nz from air, H2 recovery from hydrocarbon mixtures and separation of i-C4HlO from olefin/paraffin C4 mixtures. The effect of parameters such as trans-membrane pressure, feed flow and membrane area on the membrane unit performance is analyzed in terms of the purity and of the desired product recovery. The results show that the countercurrent flow presents the best separation performance for the desired products. The effect of purge for COz removal from the confined air systems was also analyzed. It was observed that the increase of purge fraction increases the remova! of COz from air. It was verified that the choice ofthe separation strategy is also very important. For i-C4HlO separation, the requested total area using two membrane modules is almost equal the half of the necessary area using one membrane module. The Joule- Thomson effect on membrane separation was also studied. The results show that this effect was not important for the separation ofi-C4HIO / i-C4Hg binary / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T03:25:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cirne_MarciaIzabelSantos_M.pdf: 3453623 bytes, checksum: d97973614a7dfb39f3e09071fb8e1d3a (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A destilação extrativa em batelada possibilita a separação de misturas azeotrópicas e misturas de baixa volatilidade relativa utilizando-se colunas em batelada. Para descrever o comportamento do processo foi desenvolvido um modelo realístico considerando-se as contribuições dos balanços de massa e energia, os acúmulos líquidos na coluna, o cálculo rigoroso do equilíbrio de fases e principalmente a forma e posição de introdução do solvente à coluna. Considerando-se que a base da coluna de destilação em bateladas contém toda a mistura a ser separada, que a entrada de solvente é na parte superior da coluna, e que o modo de introdução deste solvente é diferente com o decorrer do tempo, é extremamente complexa a política operacional deste processo. O sistema rígido de equações gerado pelo modelo é solucionado pelo método implícito de Gear, através da subrotina LSODAR. O simulador desenvolvido, UNIBED, foi utilizado no estudo da separação de diferentes classes de misturas, explorando-se parâmetros relevantes ao processo, como a razão de refluxo, o calor fornecido ao refervedor e a taxa de introdução de solvente. As misturas azeotrópicas estudadas foram classificadas em três diferentes tipos de acordo com as características do solvente empregado em cada uma delas. As misturas pertencentes à classe 1 são aquelas em que o solvente é o componente de maior ponto de ebulição; o uso desses solventes é típico em processo de destilação extrativa... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Batch extractive distillation allows the separations of azeotropic and low relative volatility mixtures using batch columns. To describe the process behaviour it has been developed a realistic model considering the contributions of mass and energy balances, the column liquid holdups, the rigorous phase equilibrium calculation and principally the way and the position of the solvent introduction at the column. Considering that the still of the column constains all the mixture to be separated, the solvent entrance is near the column top, and the solvent introduction way is different along the time, this process operating policy is extremely complex. The stiff equation system generated by the model is sorted out by Gear¿s implicit method in the LSODAR subroutine. The developed simulator, UNIBED, has been used to study separation of different type of mixtures, exploring important process parameters, like reflux ratio, reboiler duty and solvent introduction flow. The azeotropic mixtures studied have been classified into three different types according to the characteristics of the solvent used in each one. In the mixtures belonging to class 1, the solvent is the least volatile component. In extractive distillation columns the use of this class of solvent is typical. Mixtures in classes 2 and 3 use alternative solvents... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital dissertation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química