This thesis presents, discusses and compares a set of methodologies and several appropriate combinations of them, to provide accurate estimation of process variables, either for steady-state or dynamic systems. Firstly, the accuracy of estimated measurements is improved through the proposal of novel Data Reconciliation techniques. The proposal combines data-based and model-based filtering and also consider the presence of time-delays between sampled data.Secondly, measuring network design and its optimal use are addressed. Thus, the measuring device number, their type and their location for optimum reliability and accuracy of measurement at lowest possible cost are determined.The first part of this thesis provides procedures for accuracy estimation in dynamic evolving processes. These procedures rely on combining data-based filtering and model-based filtering. One technique combines a Moving Average filter and a steady-state Data Reconciliation technique sequentially. The resulting estimator presents the important statistic feature of being unbiased. Additionally, this estimator provides high accuracy estimation and good tracking for dramatic dynamic changes of process variables, when compared with other techniques. The other technique performs a wavelet analysis as a former step for reconciling dynamic systems. The wavelet technique catches or extracts the process measurement trends that are later made consistent with the dynamic process model. As a consequence of this technique high estimation accuracy is provided. Additional advantages of applying this technique over the current techniques are the easy handling of distinct sample times and evaluating the variance of dynamic variables. Furthermore, this thesis addresses an important aspect regarding dynamic Data Reconciliation: how to improve the accuracy estimation when the process is faced with the presence of time-delay. This problem was overcome in a simple and efficient way by proposing a time-delay estimation method that works in conjunction with the Measurement Model adopted within the Data Reconciliation technique.The presented time-delay estimation method determines the existing delay by maximizing the correlation of the process variables using genetic algorithms.The second part of this thesis addresses the design of sensor networks, the proposed strategy allows the optimal selection and placement of measuring devices. The proposal deal with different sensor placement aspects: variation in design, retrofit, hardware redundancy and available sensor type.The sensor placement procedure was extended to deal with dynamic systems by taking advantages of dynamic variable classification and dynamic Data Reconciliation.The procedure to locate sensors in dynamic systems aims at maximizing the performance of Kalman filtering using accuracy as its main performance index. To accomplish this, both the measurement noise and the observation matrices are manipulated. The solution strategy has been implemented in academic and in the Tennessee Eastman challenge problems showing promising results. The resulting optimization problem was solved satisfactorily either by exhaustive search or using genetic algorithms based optimization. The profile of the relative increase of the system performance along the sensor network and the associate investment cost gives the designer all the alternatives for making an adequate decision.Additionally, reliability is considered by combining quantitative process knowledge and fault tree analysis, providing an efficient way to improve its evaluation. It is important to state that the possibility to use inferential sensors based in an Artificial Neural Network model instead of physical sensors, and their incorporation within reliability and reconciliation procedures was a paramount consideration throughout this work.Finally, this thesis also provides two frameworks, one for sensor placement and the second for Data Reconciliation. Both proposed frameworks have been designed, specified and validated following the guidelines of the new standards and trends in developing component-based application (e.g. UMLTM, CAPE-OPEN). These frameworks can include the above mentioned algorithms and can be extended to include other existing or futures approaches efficiently.

Dissertação composta por 2 artigos. / Capes / O soro lácteo é produzido pela indústria de laticínios durante a fabricação de queijos. Contém aproximadamente 80% da lactose original além de minerais, vitaminas, aminoácidos livres, peptídeos e outros compostos de baixo peso molecular. Porém, muitas indústrias ainda consideram o soro como um efluente, o qual quando não devidamente tratado gera um sério problema ambiental por causa de sua elevada carga orgânica. Estes fatores tornam importante o desenvolvimento de alternativas para um adequado aproveitamento do soro, porque ao mesmo tempo em que a transformação do soro em produtos diversos diminui o problema ambiental, proporciona ganhos às indústrias de laticínios, através do desenvolvimento de novos produtos. Uma técnica bastante vantajosa para reaproveitamento do soro é o processo de ultrafiltração, para a obtenção do concentrado proteico do soro do leite, um produto bastante valorizado na indústria alimentícia. Este processo gera outro coproduto, o permeado do soro do leite, que é rico em lactose, a qual pode ser convertida em lactulose, um prebiótico, capaz de ser metabolizado no intestino grosso por bactérias probióticas. Este trabalho teve como objetivo principal otimizar um método de síntese para a produção de lactulose a partir do permeado do soro de leite bovino. A metodologia de superfície de resposta foi utilizada para investigar o efeito de dois parâmetros (tempo e isomerizante) na isomerização da lactose do permeado de soro para a produção lactulose. A experimentação teve como objetivo definir as faixas ótimas de operação para as variáveis do processo, visando o melhor rendimento da lactose. Os resultados demonstraram que o fator isomerizante foi o mais significativo, e a utilização do ácido bórico para este fim contribuiu positivamente para aumentar o rendimento, enquanto que o efeito tempo não foi significativo, mas indicou que um aumento no tempo de reação influencia negativamente na resposta. A partir da pesquisa, verificou-se ser possível o processo de isomerização do permeado de soro de leite para a obtenção da lactulose, a qual tem uma grande aplicação na indústria alimentícia e farmacêutica, sendo também uma alternativa viável para a problemática do meio ambiente.

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Made available in DSpace on 2016-08-29T15:39:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8938_Felipe Oliveira - Dissertação - Final PPGEN - S.Patente.pdf: 1231968 bytes, checksum: 53c910a220a76f477e14f1ae9344979f (MD5) Previous issue date: 2015-08-11 / CAPES / Neste trabalho é proposto um processo baseado no uso de ultrassom (US) para a recuperação de óleos lubrificantes usados que não foram degradados. O sistema consistiu na aplicação de um campo acústico através de um banho de US sendo que o óleo lubrificante usado e contaminado (OLUC) foi misturado com diferentes solventes no interior de recipientes cilíndricos. Após a aplicação do ultrassom, o óleo recuperado foi submetido à determinação de suas propriedades reológicas e físico-químicas, conforme portaria ANP 129/1999. Foram realizadas análises dos parâmetros de solubilidade de Hildelbrand/Hansen para a identificação dos melhores solventes extratores. A metodologia desenvolvida foi otimizada pela utilização de modelos estatísticos de planejamentos experimentais. A análise comparativa do método desenvolvido, com demais métodos de extração por agitação, permitiu observar que a aplicação de ultrassom aumenta o rendimento em massa do processo em pelo menos 36%. A recuperação de óleos lubrificantes a partir do OLUC, utilizando tecnologias de ultrassom, permite uma economia significativa de tempo e energia em relação aos demais processos utilizados industrialmente. A extração facilitada por ultrassom e solventes alcóolicos é um método inovador, simples, eficiente e ecologicamente correto. A aplicação desta tecnologia permitirá que a logística de recuperação do óleo lubrificante usado e contaminado seja mais simples, acessível e beneficie a sociedade e meio ambiente como um todo.

Orientador : Prof. Dr. Gilvan Wosiacki / Co-orientador : Prof. Dr. Alessandro Nogueira / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Processos Biotecnológicos. Defesa: Curitiba, 06/12/2011 / Bibliografia: fls. 193-196 / Área de concentração: Agroindústria e biocombustíveis / Resumo: O fermentado de maçã consiste em um dos principais sub-produtos da agroindústria da maçã. Entretanto, no Brasil este produto além de recente, apresenta baixa qualidade aromática. A microbiota natural das maçãs apresenta uma população de leveduras variando de 10 - 105 ufc.cm-2 ou g, entre espécies Saccharomyces sp. e não-Saccharomyces. As leveduras não convencionais são reconhecidas na literatura como produtoras de compostos voláteis frutados capazes de melhorar o perfil sensorial de bebidas fermentadas. O presente trabalho teve como objetivo isolar cepas de leveduras não-Saccharomyces a partir do mosto de maçãs, selecionar, conservar e identificar as eminentes produtoras de aromas frutados para avaliá-las na elaboração do fermentado de maçã, em culturas puras, mistas e sequenciais, com relação à cinética de crescimento, atributos físico-químicos e perfil aromático dos fermentados obtidos. O isolamento foi realizado em meio seletivo a partir do mosto bruto de maçãs das cultivares Gala e Fuji. Foram selecionadas cepas não-convencionais por meio de teste sensorial de produção de aromas frutados ou florais. Na identificação das leveduras foram consideradas preliminarmente suas características morfológicas, fisiológicas e posteriormente por metodologia molecular foi realizado o sequenciamento das regiões D1/D2 da subunidade maior do rRNA. Testes de preservação dos isolados ocorreram por liofilização e a -80ºC, com armazenamento por 12 meses, à temperatura ambiente e em ultra-freezer, respectivamente. Para as fermentações foi utilizado mosto de maçã da cv. Gala e monitorado o crescimento das leveduras, parâmetros físico-químicos, cinéticos e perfil aromático ao longo de 10 dias de fermentação. As técnicas de headspace estático e microextração em fase sólida (SPME) foram utilizadas para a captura dos compostos voláteis dos fermentados, analisados em CG. Os resultados da identificação revelaram a presença de dez espécies, sendo Candida oleophila, Candida parapsilosis, Candida tropicalis, Clavispora lusitaniae, Hanseniaspora guilliermondii, Hanseniaspora uvarum, Lodderomyces elongisporus, Pichia anomala, Pichia fermentans e Rhodotorula mucilaginosa, das quais, cinco foram pela primeira vez relatadas em mostos de maçãs. Na fermentação pura foi confirmado que as cepas do gênero Hanseniaspora contribuem positivamente com o perfil aromático de fermentados de maçã. Em fermentação mista e sequencial, os resultados evidenciaram uma boa interação entre as leveduras fermentativas e oxidativas. A análise cromatográfica dos compostos voláteis permitiu identificar etanoato de etila, butanoato de etila acetato de isopentila, etanoato de hexila, 2-hidróxi propanoato de etila, octanoato de etila, decanoato de etila, 1,4-butanoato de etila, dodecanoato de etila, etanal, ácido butanóico e octanóico, etanol, 3-metil-1-butanol, 2-hexanol, 1-hexanol, 2-fenil etanol e 2-heptanona, nos fermentados elaborados por fermentação mista e sequencial. Foi verificado que tanto a liofilização quanto a conservação a -80ºC garantiram a viabilidade das leveduras durante o tempo estudado. Desta forma, considerando a presença do grupo dos ésteres e, principalmente, dos álcoois superiores, responsáveis por aromas frutais e florais, os ensaios de culturas mistas e sequenciais revelaram a possibilidade de contribuir para a qualidade aromática do fermentado de maçã. / Abstract: The fermented apple is one of the main by-products of the apple industry. However, in Brazil, this product is recent and has low aromatic quality. The natural apples microbiota has a yeast population oscillating between 10 - 105 ufc.cm-2 or g, between species Saccharomyces sp. and non-Saccharomyces. The non-conventional yeasts are recognized in the literature as fruity volatiles compounds producers able of improve with the sensory profile of fermented beverages. This work aims to isolate non-Saccharomyces yeast strains from the apple must, select, preserve and identify the main fruity flavors producers to evaluate them in the preparation of apple wine, in pure, mixed and sequential cultures, with respect to growth kinetics, physical-chemical attributes and aromatic profile of the fermented obtained. The isolation occurred in the selective medium from the raw apple must of Gala and Fuji cultivars. Non-conventional strains were selected by sensory testing for the fruity or floral aroma production. In the yeasts identification, were preliminarily considered their morphological and physiological characteristics and, then, by molecular methodology it was made the sequencing of D1/D2 regions of the large subunit of rRNA. Conservation tests of the isolates occurred by freeze drying and frozen at -80ºC, with storage for 12 months at room temperature and ultra-freezer, respectively. For the fermentations were used apple must of Gala cultivar and it was monitored the yeast growing, physical-chemical parameters, kinetics and the aroma profile along 10 days of fermentation. The static headspace and solid phase microextraction (SPME) technique were used for the volatile compounds capture of the fermented, and it was analyzed by gas chromatography. The identification results revealed the presence of ten species, being Candida oleophila, Candida parapsilosis, Candida tropicalis, Clavispora lusitaniae, Hanseniaspora guilliermondii, Hanseniaspora uvarum, Lodderomyces elongisporus, Pichia anômala, Pichia fermentans and Rhodotorula mucilaginosa, of which, five were reported for the first time in apples musts. In the pure fermentation it was confirmed that the strains of the genus Hanseniaspora contribute positively to the aromatic profile of apple wine. In the mixed and sequential fermentation the results showed a good interaction between the fermentative and oxidative yeasts. The chromatographic analysis of volatile compounds identified ethanoate, ethyl butanoate, ethyl acetate isopenthyl, hexylethanoate, 2-hydroxy ethyl propanoate, ethyl octanoate, ethyl decanoate, ethyl 1,4-butanoate, ethyl dodecanoate, butanoic and octanoic acid, ethanol, 3-methyl-1-butanol, 2-hexanol, 1-hexanol, 2-phenyl ethanol and 2-heptanone in the fermented made by mixed and sequential fermentation. It was notice that both freeze drying and conservation at -80ºC ensured the yeasts viability during the period studied. Thus, considering the presence of the esters group and, especially, the superior alcohols, responsible by fruity and floral aromas, the mixed and sequential cultures testing revealed the possibility to contribute to the aromatic quality of apple wine.

Orientadora : Carlos Ricardo Soccol / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Processos Biotecnológicos. Defesa: Curitiba, 23/07/2007 / Inclui bibliografia / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais

Dissertação composta por 2 artigos. / Capes / 5000 / O soro lácteo é produzido pela indústria de laticínios durante a fabricação de queijos. Contém aproximadamente 80% da lactose original além de minerais, vitaminas, aminoácidos livres, peptídeos e outros compostos de baixo peso molecular. Porém, muitas indústrias ainda consideram o soro como um efluente, o qual quando não devidamente tratado gera um sério problema ambiental por causa de sua elevada carga orgânica. Estes fatores tornam importante o desenvolvimento de alternativas para um adequado aproveitamento do soro, porque ao mesmo tempo em que a transformação do soro em produtos diversos diminui o problema ambiental, proporciona ganhos às indústrias de laticínios, através do desenvolvimento de novos produtos. Uma técnica bastante vantajosa para reaproveitamento do soro é o processo de ultrafiltração, para a obtenção do concentrado proteico do soro do leite, um produto bastante valorizado na indústria alimentícia. Este processo gera outro coproduto, o permeado do soro do leite, que é rico em lactose, a qual pode ser convertida em lactulose, um prebiótico, capaz de ser metabolizado no intestino grosso por bactérias probióticas. Este trabalho teve como objetivo principal otimizar um método de síntese para a produção de lactulose a partir do permeado do soro de leite bovino. A metodologia de superfície de resposta foi utilizada para investigar o efeito de dois parâmetros (tempo e isomerizante) na isomerização da lactose do permeado de soro para a produção lactulose. A experimentação teve como objetivo definir as faixas ótimas de operação para as variáveis do processo, visando o melhor rendimento da lactose. Os resultados demonstraram que o fator isomerizante foi o mais significativo, e a utilização do ácido bórico para este fim contribuiu positivamente para aumentar o rendimento, enquanto que o efeito tempo não foi significativo, mas indicou que um aumento no tempo de reação influencia negativamente na resposta. A partir da pesquisa, verificou-se ser possível o processo de isomerização do permeado de soro de leite para a obtenção da lactulose, a qual tem uma grande aplicação na indústria alimentícia e farmacêutica, sendo também uma alternativa viável para a problemática do meio ambiente.

Orientador: Maria de Nazare Hoelz Jackix / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-22T02:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Makiya_IedaKanashiro_M.pdf: 16033360 bytes, checksum: 9fcaf6cbe898b8dbd0291337638dea23 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi estudar as condições de descoramento de caldas provenientes de descartes de balas duras, e a possibilidade de reaproveitamento destas caldas na linha de produção. Neste estudo, as caldas foram obtidas pela dissolução de descartes de pirulitos sabores mistos (morango, abacaxi, laranja e uva) e descartes de drop's sabor cereja. Foram avaliadas nas concentrações de 55 e 65° Brix; no pH original de dissolução e em condições alcalinizadas a pH 6,0. O processo de descoramento foi realizado na forma de fluxo pressurizado em colunas com leito fixo de carvão animal granular. O volume de leito de 1400 ml de carvão foi distribuído em duas colunas em série com 700 ml de carvão cada. As condições operacionais estudadas foram temperaturas de 40, 60 e 80° C; taxas de aplicação baseadas em volume de leito por hora, nos valores de 2,5, 4,0! 5,0, 8,0 e 10,0. A avaliação do processo foi feita em função da cor (unidades de cor ICUMSA) e do teor de açúcares redutores da calda recuperada. Verificou-se que o melhor resultado foi obtido quando se utilizou calda com pH original da dissolução (calda ácida), a 65° Brix, a temperatura de 80° C, numa taxa de aplicação de 5 bv (5 volumes de leitos por hora). Avaliou-se uma das formas de aproveitamento da calda recuperada, na reformulação de balas duras e avaliação posterior da estabilidade do produto acabado, sob condições normais e aceleradas. Comprovou-se que o produto, com substituição de 50% da calda padrão pela calda recuperada apresentou características semelhantes à bala padrão. Com esta redução de custo, obteve-se um produto mais barato e de comercialização mais rápida, visto sua vida-de-prateleira reduzida (3 meses), em relação ao padrão (6 meses) / Abstract: The purpose of this research was to study the conditions for discolouring syrups arising from hard candy waste, and the possibility of reusing these syrups in the production line. In this study, the syrups were obtained by dissolving waste from mixed flavour lollypops (strawberry, pineapple, orange and grape) and from cherry drops. The syrups were evaluated at concentrations of 55 and 65°Brix, both at the original pH after dissolution and after alkalinization to pH 6,0. The discolouring process was carried out in columns of granular bone charcoal in fixed bed under a pressurized flux. The bed volume of 1400 ml of bone charcoal was distributed between two columns in series with 700 ml of bone charcoal in each. The operating conditions were studied at temperatures of 40,60 and 80°C and application rates based on the numbers of bed volumes per hour at values of 2,5, 4, 5, 8 e 10. The process was evaluated as a function of the colour (ICUMSA units colour) and the. % of reducing sugar in the regenerated syrups. It was shown that the best process was that using the syrup at its original pH of dissolution (acid syrup), at 65°Brix, at a temperature of 80°C and with an application rate of 5 bv. The use of the regenerated syrup in the formulation of hard candy was evaluated, including shelf-life study of final product, under normal and accelerated conditions. It was shown that the product, containing 50% substitution of the standard syrup by regenerated syrup, presented characteristics similar to those of the standard hard candy. With this reduction in cost, a cheaper product was obtained, but requiring faster comercialization, due to its reduced shelf-life (3 months), as compared to that of the standard product (6 months) / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador : Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T05:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Quaresma_JoseMariadoVale_M.pdf: 18363445 bytes, checksum: eccf0228a829f2c6062f15f8c956f96d (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: Constitui objetivo fundamental deste trabalho, a análise teórico-experimental de todos os fatores relativos ao sistema metal/molde que apresentem influência direta ou indireta sobre a qualidade superficial de lingotes. Para tanto, foi necessário simular-se condições de transferência de calor e de solidificação na primeira etapa de resfriamento do processo de lingotamento contínuo. O que foi feito através da construção de um dispositivo de lingotamento estático formado por um conjunto constituído de duas partes principais, que são: um molde de cobre refrigerado a água e um molde de refratário que permite alimentação do metal líquido pela base, de tal forma a simular o movimento relativo entre o lingote e o molde no processo de lingotamento contínuo. Inicialmente é abordado a análise das hipóteses teóricas, formuladoras dos prováveis mecanismos de formação de marcas superficiais, através de ensaios de resfriamento e solidificação com compostos orgânicos. Em seguida, foram examinados parâmetros térmicos de influência, tais como a força motriz de distorção térmica (?) e o coeficiente global de transferência de calor (hg) e o superaquecimento. Além destes aspectos analisou-se ainda, a influência da composição química (ligas com diferentes intervalos de solidificação) e da velocidade de lingotamento. Finalmente, todos os parâmetros de influência são analisados conjuntamente para estabelecer-se o mecanismo básico da formação de marcas superficiais durante o lingotamento / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Márcia Cristina Bisinoti / Coorientador: Odair Pastor Ferreira / Banca: Adley Forti Rubira / Banca: Mário Henrique Gonzalez / Resumo: O Brasil é o maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo. Neste processo para cada litro de álcool produzido são gerados de 12 a 13 litros de vinhaça, que atualmente é empregado para fins de fertirrigação com base no macroelemento potássio. Por outro lado, a vinhaça também contém quantidades apreciáveis de sódio que é responsável pela salinização do solo. Considerando o volume gerado de vinhaça em função da expansão do cultivo da cana-de-açúcar, a busca por outras aplicações parece ser atrativa. Neste contexto, este trabalho visou o preparo e caracterização de um ecomaterial (carbono hidrotérmico) gerado a partir da carbonização hidrotérmica da vinhaça. Tal metodologia foi empregada no intervalo de temperatura de 100 a 200°C, com períodos reacionais de 12 a 48 horas e pressões autogeradas. Também foi avaliado o efeito da acidificação do meio reacional, sendo este realizado com a adição de ácido sulfúrico de 1,78 %(v/v), 5,17 %(v/v) e 8,33 %(v/v). Os sólidos gerados foram caracterizados através das seguintes técnicas: análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia no infravermelho (FTIR), análise elementar (CHNS), difração de raio X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os efluentes gerados foram caracterizados quanto a concentração de carbono orgânico dissolvido (COD), pH, análise semi-quantitativa de elementos inorgânicos, condutividade e turbidez. Os resultados obtidos indicaram que devido a elevada concentração de carbono na vinhaça, esta se mostrou um bom precursor para a geração de material carbonáceo usando a reação de carbonização hidrotérmica. O processo tornou-se mais eficiente quando conduzido em altas temperaturas e com acidificação do meio reacional. Dentre as variáveis analisadas, a temperatura de reação e a acidez do meio reacional foram as mais representativas em termos de rendimento (em massa) de... / Abstract: Brazil is the biggest producer of etanol from sugar cane in the world. In this process for each liter of alcohol produced are generates from 12 to 13 liter of vinasse, which currently is used for fertigation purposes based on the macro element potassium. However, vinasse also contains appreciable amounts of sodium that is responsible for soil salinization. Considering the volume of vinasse generated due to the expansion of the cultivation of sugar cane, the search for other applications seems to be attractive. In this context, this work aimed the preparation and characterization of a ecomaterial (hydrothermal carbon) generated from the hydrothermal carbonization of vinasse. This methodology was used in the temperature range at 100 to 200 ºC with time remained of 12 to 48 hours and self-generated pressures. Also was assessed the effect of acidification of there action medium, being this carried out with the addition of sulfuric acid 1.78 %(v/v), 5.17 %(v/v) and 8.33 %(v/v). The generated material was characterized through the techniques: thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (CHNS), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The effluent generated was characterized as the concentration of dissolved organic carbon (DOC), pH, conductivity and turbidity. The results indicated that due to the high carbon concentration in the vinasse, this proved to be a good precursor for the hydrothermal carbonization reaction. The process became more efficient when driven at high temperatures and acidification of the reaction medium. Among the variables examined the reaction temperature and the acidity of the reaction medium, were the most representative in terms of reaction yield. For reactions conducted under more extreme conditions of temperature (200 ºC), acidity (8.33 % v/v) and residence time (48 hours) the generated effluent presented a reduction of approximately 70 % of the... / Mestre