A construção de um analisador virtual é sustentada basicamente por três pilares: o modelo, as variáveis que integram o modelo e a estratégia de correção/atualização do modelo. Os modelos matemáticos são classificados quanto ao nível de conhecimento do processo contido nele, indo de modelos complexos baseados em relações fundamentais e leis físico-químicas, denominados white-box, até modelos obtidos através de técnicas de análise multivariável, como técnicas de regressão multiváriavel e redes neurais, referenciados como black box. O presente trabalho objetiva uma análise de dois dos pilares: os modelos, focando em modelos obtidos através das técnicas de redução de dimensionalidade do tipo PLS, e metodologias de seleção de variáveis para a construção dessa classe de modelos. Primeiramente é realizada uma revisão das principais variantes lineares e não lineares da metodologia PLS, compreendendo desde o seu desenvolvimento até a sua combinação com redes neurais. Posteriormente são apresentadas algumas das técnicas popularmente utilizadas para a seleção de variáveis em modelos do tipo black-box, técnicas de validação cruzada e técnicas de seleção de dados para calibração e validação de modelos. São propostas novas abordagens para os procedimentos de seleção de variáveis, originadas da combinação das técnicas de seleção de dados com duas metodologias de seleção de variáveis. Os resultados produzidos por essas novas abordagens são comparados com o método clássico através de casos lineares e não lineares. A viabilidade das técnicas analisadas e desenvolvidas é verificada através da aplicação das mesmas no desenvolvimento de um analisador virtual para uma coluna de destilação simulada através do simulador dinâmico Aspen Dynamics®. Por fim são apresentadas as etapas e desafios da implementação de um analisador virtual baseados em técnicas PLS em uma Torre Depropanizadora de uma central de matérias primas de um pólo petroquímico. / The construction of a virtual analyzer is sustained basically by three pillars: the model, the variables that integrate the model and the updating strategy of the model. The mathematical models are classified with relationship at the level of the process knowledge within it, going from complex models, based on fundamental relationships and physical-chemistries laws, called white-box, until models obtained through multivariable analysis techniques, as multiple linear regression and neural networks, also called as black box. The focus of the present work is the analysis of two of the pillars: the models, specially the ones obtained by dimension reduction techniques, like PLS, and methodologies used in the development of this class of models. Initially, a revision of the main linear and non linear variants of the PLS methodology is done, embracing since its development to its combination with neural networks. Later on, some popularly variables selection techniques for black-box models are explained, as well as some cross validation techniques and strategies for data selection for calibration and validation of models. New approaches for variables selection procedures are proposed, originated by the combination of data selection strategies and two variables selection techniques. The results produced by those new approaches are compared with the classic method through linear and non linear case studies. The viability of the analyzed and developed techniques is verified through the application of the same ones in the development of a virtual analyzer for a distillation column, simulated by the dynamic simulator Aspen Dynamics®. The steps and challenges faced in the implementation of a virtual analyzer based on PLS technical for a Depropanizer Unit are finally presented.

O uso de asfaltos modificados com polímeros tem crescido significativamente nas últimas décadas em função do aumento da densidade de tráfego, da carga por eixo nos veículos e da pressão dos pneus. Estes ligantes proporcionam o aumento a vida útil e a redução do custo de manutenção das rodovias. Os polímeros mais utilizados na modificação de asfalto são os copolímeros em bloco de estireno-butadienoestireno. Esta tese avaliou os efeitos de diferentes agentes compatibilizantes (óleos) e agentes de ligação no comportamento reológico de misturas asfálticas modificadas com copolímeros de estireno-butadieno-estireno, bem como a influência da sua estrutura, se linear ou radial. Para isto foram realizados análises convencionais e testes em reômetro de cisalhamento dinâmico. Os dados obtidos permitiram evidenciar a eficácia do óleo de xisto como agente compatibilizante, proporcionando excelente dispersão do polímero na matriz asfáltica e estabilidade a estocagem a altas temperaturas. Este óleo apresenta-se como uma opção tecnicamente viável para o óleo aromático atualmente em uso no mercado. Foi também verificado que o uso de enxofre como agente de ligação tem um efeito altamente positivo nas propriedades do ligante modificado, com significativa redução da tan ō, da deformação após aplicação de cargas cíclicas e elevação do módulo complexo, o que contribui para obtenção de pavimentos com maior resistência a deformação e ao trincamento por fadiga. / The use of polymer modified asphalts has grown significantly in the last decades due to the increase in traffic density, axle loading in vehicles and tyre pressure. These binders favor the increase of pavement life and the reduction of its maintenancement costs. The most used polymer for asphalt modification is styrene-butadiene-styrene blocked copolymers. This thesis evaluated the effects of different compatibilizers and crosslinkers on rheological behavior of styrene-butadiene-styrene copolymer modified asphalt binders, as well as the influence of its structure, linear or radial. Binder’s characteristics were determined by conventional analysis and tests in dinamic shear rheometer. Data obtained provided evidence of the positive effect of sulfur as crosslinker in modified binders properties, with high tan ō reduction, complex modulus increase and deformation reduction after application of cyclic loads, characteristics that turn possible the existence of pavements with greater rutting and fatigue resistance. It was also verified the shale oil efficacy as a compatibilizer agent, providing an excellent polymer dispersion inside asphalt matrix and a stable storage binder at high temperatures. This oil can be considered as a technical available option to aromatic oil presently in use at pavement industry.

O uso de asfaltos modificados com polímeros tem crescido significativamente nas últimas décadas em função do aumento da densidade de tráfego, da carga por eixo nos veículos e da pressão dos pneus. Estes ligantes proporcionam o aumento a vida útil e a redução do custo de manutenção das rodovias. Os polímeros mais utilizados na modificação de asfalto são os copolímeros em bloco de estireno-butadienoestireno. Esta tese avaliou os efeitos de diferentes agentes compatibilizantes (óleos) e agentes de ligação no comportamento reológico de misturas asfálticas modificadas com copolímeros de estireno-butadieno-estireno, bem como a influência da sua estrutura, se linear ou radial. Para isto foram realizados análises convencionais e testes em reômetro de cisalhamento dinâmico. Os dados obtidos permitiram evidenciar a eficácia do óleo de xisto como agente compatibilizante, proporcionando excelente dispersão do polímero na matriz asfáltica e estabilidade a estocagem a altas temperaturas. Este óleo apresenta-se como uma opção tecnicamente viável para o óleo aromático atualmente em uso no mercado. Foi também verificado que o uso de enxofre como agente de ligação tem um efeito altamente positivo nas propriedades do ligante modificado, com significativa redução da tan ō, da deformação após aplicação de cargas cíclicas e elevação do módulo complexo, o que contribui para obtenção de pavimentos com maior resistência a deformação e ao trincamento por fadiga. / The use of polymer modified asphalts has grown significantly in the last decades due to the increase in traffic density, axle loading in vehicles and tyre pressure. These binders favor the increase of pavement life and the reduction of its maintenancement costs. The most used polymer for asphalt modification is styrene-butadiene-styrene blocked copolymers. This thesis evaluated the effects of different compatibilizers and crosslinkers on rheological behavior of styrene-butadiene-styrene copolymer modified asphalt binders, as well as the influence of its structure, linear or radial. Binder’s characteristics were determined by conventional analysis and tests in dinamic shear rheometer. Data obtained provided evidence of the positive effect of sulfur as crosslinker in modified binders properties, with high tan ō reduction, complex modulus increase and deformation reduction after application of cyclic loads, characteristics that turn possible the existence of pavements with greater rutting and fatigue resistance. It was also verified the shale oil efficacy as a compatibilizer agent, providing an excellent polymer dispersion inside asphalt matrix and a stable storage binder at high temperatures. This oil can be considered as a technical available option to aromatic oil presently in use at pavement industry.

A construção de um analisador virtual é sustentada basicamente por três pilares: o modelo, as variáveis que integram o modelo e a estratégia de correção/atualização do modelo. Os modelos matemáticos são classificados quanto ao nível de conhecimento do processo contido nele, indo de modelos complexos baseados em relações fundamentais e leis físico-químicas, denominados white-box, até modelos obtidos através de técnicas de análise multivariável, como técnicas de regressão multiváriavel e redes neurais, referenciados como black box. O presente trabalho objetiva uma análise de dois dos pilares: os modelos, focando em modelos obtidos através das técnicas de redução de dimensionalidade do tipo PLS, e metodologias de seleção de variáveis para a construção dessa classe de modelos. Primeiramente é realizada uma revisão das principais variantes lineares e não lineares da metodologia PLS, compreendendo desde o seu desenvolvimento até a sua combinação com redes neurais. Posteriormente são apresentadas algumas das técnicas popularmente utilizadas para a seleção de variáveis em modelos do tipo black-box, técnicas de validação cruzada e técnicas de seleção de dados para calibração e validação de modelos. São propostas novas abordagens para os procedimentos de seleção de variáveis, originadas da combinação das técnicas de seleção de dados com duas metodologias de seleção de variáveis. Os resultados produzidos por essas novas abordagens são comparados com o método clássico através de casos lineares e não lineares. A viabilidade das técnicas analisadas e desenvolvidas é verificada através da aplicação das mesmas no desenvolvimento de um analisador virtual para uma coluna de destilação simulada através do simulador dinâmico Aspen Dynamics®. Por fim são apresentadas as etapas e desafios da implementação de um analisador virtual baseados em técnicas PLS em uma Torre Depropanizadora de uma central de matérias primas de um pólo petroquímico. / The construction of a virtual analyzer is sustained basically by three pillars: the model, the variables that integrate the model and the updating strategy of the model. The mathematical models are classified with relationship at the level of the process knowledge within it, going from complex models, based on fundamental relationships and physical-chemistries laws, called white-box, until models obtained through multivariable analysis techniques, as multiple linear regression and neural networks, also called as black box. The focus of the present work is the analysis of two of the pillars: the models, specially the ones obtained by dimension reduction techniques, like PLS, and methodologies used in the development of this class of models. Initially, a revision of the main linear and non linear variants of the PLS methodology is done, embracing since its development to its combination with neural networks. Later on, some popularly variables selection techniques for black-box models are explained, as well as some cross validation techniques and strategies for data selection for calibration and validation of models. New approaches for variables selection procedures are proposed, originated by the combination of data selection strategies and two variables selection techniques. The results produced by those new approaches are compared with the classic method through linear and non linear case studies. The viability of the analyzed and developed techniques is verified through the application of the same ones in the development of a virtual analyzer for a distillation column, simulated by the dynamic simulator Aspen Dynamics®. The steps and challenges faced in the implementation of a virtual analyzer based on PLS technical for a Depropanizer Unit are finally presented.

O óleo extensor normalmente empregado em copolímeros à base de butadieno e estireno ( borracha SBR) da série 1712 é o extrato aromático (DAE). Nesta Dissertação, esse óleo foi substituído por óleos com baixos teores de policíclicos aromáticos em formulações de SBR. Esta substituição se deu em atendimento a Regulamentação REACH (EC No1907/2006 do Parlamento Europeu e do Conselho de 18 de Dezembro de 2006, Anexo XVII) que determina que a soma de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos individuais (PAHs) deve ser abaixo de 10 mg/kg e o teor de benzo(a)pireno (BaP) não deve exceder 1 mg/kg. Os óleos empregados foram o extrato aromático residual tratado (TRAE) e dois óleos naftênicos de fornecedores diferentes (HN1 e HN2). As composições de SBR estendidas em DAE, TRAE, HN1 e HN2 tiveram suas propriedades térmicas avaliadas por análise termogravimétrica (TG) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). As propriedades físicas foram determinadas por ensaios de tração, dureza, resistência à abrasão e resiliência. Foram ainda avaliadas as propriedades reométricas e reológicas, por viscosidade e relaxação Mooney, respectivamente. Ao final os resultados demonstraram que é possível a substituição do óleo extensor por quaisquer dos óleos testados sem prejuízos nas propriedades estudadas / The extender oil usually employed in compositions of rubbers based on sytrene and butadiene (SBR) 1712 is the aromatic extract DAE. In this Dissertation, this oil was substituted by oils with low levels of polycyclic aromatic hydrocarbons: the treated residual aromatic extract (TRAE) and two naphthenic oils from different suppliers (HN1 and HN2). This substitution was performed in response to REACH Regulation (EC No1907/2006 European Parliament and the Council of 18 December 2006, Annex XVII) which state that the sum of individual polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) should be below 10 mg / kg and the levels of benzo (a) pyrene (BaP) should not exceed 1 mg / kg. SBR compositions extended with DAE, TRAE, HN1 and HN2 were characterized in terms of thermal properties by thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC), rheometric properties, physical properties (tension tests, hardness, abrasion resistance and resilience) and rheological (viscosity and Mooney relaxation). The final results showed that it is possible to replace the extender oil DAE for any of the tested oils without loss in the studied properties

O propósito deste trabalho foi o desenvolvimento de um procedimento simulador de processo reproduzindo a etapa de destilação extrativa de uma unidade de extração de butadieno a partir de uma corrente de hidrocarbonetos na faixa de quatro átomos de carbono, através da adição do solvente n-metil-2- pirrolidona (NMP). Os resultados obtidos foram comparados e validados com dados de processo obtidos por uma unidade industrial de extração de butadieno. O aprofundamento nos conceitos do processo de separação através de uma ferramenta em simulador de processo capaz de predizer condições de operação permitiu avaliações de aumento de capacidade. A capacidade dos elementos internos dos equipamentos envolvidos na separação pode ser avaliada e a identificação do ponto inicial de engargalamento da unidade foi possível. O procedimento proposto também permite reduzir incertezas para identificação de novos pontos de engargalamento a partir de uma nova configuração dos elementos internos identificados como ineficientes com a elevação de carga processada. / The purpose of this study was the development of a model using a commercial process simulator software in order to reproduce the extractive distillation step of a butadiene extraction unit from a hydrocarbon stream by the addition of the solvent n- methyl-2-pyrrolidone (NMP). The results obtained from the simulations were compared with process data from an operational butadiene extraction unit. The knowledge of the separation process due the model should predict operating conditions allowing revamps on the actual asset. The internals capacity for the equipment involved in the separation could be evaluated and units bottlenecks points should be identified.

A construção de um analisador virtual é sustentada basicamente por três pilares: o modelo, as variáveis que integram o modelo e a estratégia de correção/atualização do modelo. Os modelos matemáticos são classificados quanto ao nível de conhecimento do processo contido nele, indo de modelos complexos baseados em relações fundamentais e leis físico-químicas, denominados white-box, até modelos obtidos através de técnicas de análise multivariável, como técnicas de regressão multiváriavel e redes neurais, referenciados como black box. O presente trabalho objetiva uma análise de dois dos pilares: os modelos, focando em modelos obtidos através das técnicas de redução de dimensionalidade do tipo PLS, e metodologias de seleção de variáveis para a construção dessa classe de modelos. Primeiramente é realizada uma revisão das principais variantes lineares e não lineares da metodologia PLS, compreendendo desde o seu desenvolvimento até a sua combinação com redes neurais. Posteriormente são apresentadas algumas das técnicas popularmente utilizadas para a seleção de variáveis em modelos do tipo black-box, técnicas de validação cruzada e técnicas de seleção de dados para calibração e validação de modelos. São propostas novas abordagens para os procedimentos de seleção de variáveis, originadas da combinação das técnicas de seleção de dados com duas metodologias de seleção de variáveis. Os resultados produzidos por essas novas abordagens são comparados com o método clássico através de casos lineares e não lineares. A viabilidade das técnicas analisadas e desenvolvidas é verificada através da aplicação das mesmas no desenvolvimento de um analisador virtual para uma coluna de destilação simulada através do simulador dinâmico Aspen Dynamics®. Por fim são apresentadas as etapas e desafios da implementação de um analisador virtual baseados em técnicas PLS em uma Torre Depropanizadora de uma central de matérias primas de um pólo petroquímico. / The construction of a virtual analyzer is sustained basically by three pillars: the model, the variables that integrate the model and the updating strategy of the model. The mathematical models are classified with relationship at the level of the process knowledge within it, going from complex models, based on fundamental relationships and physical-chemistries laws, called white-box, until models obtained through multivariable analysis techniques, as multiple linear regression and neural networks, also called as black box. The focus of the present work is the analysis of two of the pillars: the models, specially the ones obtained by dimension reduction techniques, like PLS, and methodologies used in the development of this class of models. Initially, a revision of the main linear and non linear variants of the PLS methodology is done, embracing since its development to its combination with neural networks. Later on, some popularly variables selection techniques for black-box models are explained, as well as some cross validation techniques and strategies for data selection for calibration and validation of models. New approaches for variables selection procedures are proposed, originated by the combination of data selection strategies and two variables selection techniques. The results produced by those new approaches are compared with the classic method through linear and non linear case studies. The viability of the analyzed and developed techniques is verified through the application of the same ones in the development of a virtual analyzer for a distillation column, simulated by the dynamic simulator Aspen Dynamics®. The steps and challenges faced in the implementation of a virtual analyzer based on PLS technical for a Depropanizer Unit are finally presented.

Abstract Fouling in papermaking causes major economic drawbacks due to downtime of process and paper quality defects. The surface fouling is a complex phenomenon in a paper making process, which is affected by several interconnected factors such as process environment changes from wet to dry with increasing temperature along with the variety of sticky materials present in paper raw materials. These impurities, such as waxes, coating binders, hot melts and pressure-sensitive adhesives have a tendency to attach to the surfaces of machinery during paper production and cause surface fouling. The focus of this thesis was on the mechanisms of sticking and surface fouling on a paper machine surfaces caused by problematic sticky organic materials. The sticking potential of six styrene–butadiene latices varying in carboxylation degree, crosslinking density and viscoelasticity and one polyacrylate pressure sensitive adhesive were studied using a cylindrical probe tack method under dry and aqueous conditions. Sticking potential was measured using low and high energy surfaces as an adherent. Also a new practical method for the on-site evaluation of nonstick properties of cylinder coating materials was developed. This method enables monitoring the condition of the coating during its life cycle and also provides the opportunity to compare the performance of different drying cylinder coating materials. The research performed clearly showed that low viscoelastic modulus of latex increases sticking tendency. The results also showed that presence of water can either increase or decrease adhesion depending on the moisture content ant the physic-chemical properties of sticky materials. A low surface energy coating strongly decreases sticking compared to a high energy surface and have a lower susceptibility to fouling in the dry environment. In aqueous conditions, the use of high-energy surfaces decreases adhesion of latices due to their strong interaction with water. Also, the results indicated that carboxylation decreases sticking potential of latex in both dry and aqueous environments. / Tiivistelmä Paperikoneiden likaantuminen aiheuttaa suuria tuotannollisia menetyksiä johtuen tuotantoprosessin katkoksista ja paperin laadun ongelmista. Paperikoneen pintojen likaantuminen on monimutkainen prosessi, johon vaikuttavat monet toisistaan riippuvat tekijät ja siten likaantumisilmiötä on vaikea hallita. Paperin raaka-aineet voivat sisältää epäpuhtauksia, kuten vahoja, kuumasulate- ja tarraliimoja, jotka tarttuvat paperikoneen pintoihin aiheuttaen niiden likaantumista. Lisäksi paperin prosessiympäristö muuttuu märästä kuivaan valmistusprosessin edetessä ja lämpötilan kasvaa samanaikaisesti. Tässä väitöskirjassa on kuvattu paperikoneen pintojen likaantumisen mekanismeja ja erityisesti orgaanisten lika-aineiden tarttumista. Tutkimuksessa selvitettiin probe tack -menetelmää käyttäen kuuden erilaisen styreeni-butadieenilateksin ja polyakrylaattitarraliiman tarttuvuutta matalan ja korkean pintaenergian pinnoilla sekä kuivissa että märissä olosuhteissa. Työhön oli valittu latekseja, joiden karboksylointiaste, ristisilloitustiheys ja viskoelastiset ominaisuuden olivat erilaisia. Lisäksi väitöskirjatyössä kehitettiin paikan päällä suoritettava mittausmenetelmä paperikoneen kuivaussylinterien pinnoitteen puhtaana pysyvyyden määrittämiseksi. Tällä menetelmällä voidaan mitata pinnoitteiden kuntoa niiden elinkaaren aikana ja myös vertailla erilaisia pinnoitteita keskenään. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että styreeni-butadieenilateksien matala kimmokerroin lisää niiden tarttumista paperikoneen pinnoille. Veden läsnäolo voi joko lisätä tai vähentää tarttumista riippuen veden määrästä ja lika-aineiden fysiokemiallisista ominaisuuksista. Myös paperikoneen pinnoitteen pintaenergia vaikuttaa tarttuvuuteen. Paperikoneen pinnoitteiden pieni pinta-energia vähentää tarttumista kuivissa olosuhteissa, kun taas korkean pintaenergian pinnoitteet vähentävät lateksien tarttuvuutta vesiolosuhteissa. Lisäksi lateksien karboksylointi vähentää niiden tarttumista sekä kuivissa että märissä olosuhteissa.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

Orientador: Alexandre Luiz Souto [Unesp] Borges / Resumo: Este estudo visou sintetizar e caracterizar mantas não tecidas de nanofibras (NFs) do acrilonitrila butadieno estireno (ABS), poliamida 6 (PA6) e poliestireno (PS), e avaliar sua capacidade de ser utilizada como reforço no polimetilmetacrilato (PMMA). O ABS foi dissolvido em diclorometano e acetona, a PA6 pelo 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol e o PS pela dimetilformamida, em uma concentração definida em estudo piloto. Após determinados os melhores parâmetros de eletrofiação (tensão contínua, razão de fluxo e distância agulha/anteparo) as amostras de cada grupo foram analisadas em microscopia eletrônica de varredura, análise de molhabilidade, análise de difratometria de raios X, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, diâmetro das fibras e resistência a tração. As NFs produzidas foram incluídas na área de tração dos corpos de prova em resina acrílica ativada termicamente (RAAT) conforme ISO1567, perfazendo 4 grupos (n=20), 1 controle (Grupo 1) e 3 experimentais (Grupo 2, RAAT+NF/ABS; Grupo 2, RAAT+NF/PA6; Grupo 4, RAAT+NF/PS), para ensaio de flexão três pontos para analisar suas propriedades mecânicas, como: módulos de elasticidade e resistência a flexão. De acordo com os testes de caracterização, as mantas se apresentaram hidrofóbicas, não houve mudança de sua estrutura polimérica, concluindo-se então que a técnica da eletrofiação foi promissora na síntese de mantas de NFs. A variação dos parâmetros afetou diretamente a morfologia, resultando em fibras u... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study aimed to synthesize and characterize non-woven blankets of acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide 6 (PA6) and polystyrene (PS) nanofibers (NFs), and to evaluate their ability to be used as reinforcement in polymethyl methacrylate (PMMA). ABS was dissolved in dichloromethane and acetone, PA6 by 1,1,1,3,3,3- hexafluoro-2-propanol and PS by dimethylformamide at a concentration defined in a pilot study. After determining the best electrospun parameters (continuous voltage, flow rate and needle/shield distance) the samples from each group were analyzed by scanning electron microscopy, wettability analysis, X-ray diffraction analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, fiber diameter and tensile strength. The NFs produced were included in the tensile area of the thermally activated acrylic resin (RAAT) specimens according to ISO1567, making up 4 groups (n = 20), 1 control (Group 1) and 3 experimental (Group 2, RAAT+NF/ABS; Group 3, RAAT+NF/PA6 and Group 4 (RAAT+NF/PS), for three point bending test to analyze their mechanical properties, as: modules of elasticity and flexural strength. According to the characterization tests, the blankets were hydrophobic, there was no change in their polymeric structure, concluding that the electrospinning technique was promising in the synthesis of NFs blankets. The parameters variation affected directly in the morphology, resulting in uniform, bulky and without defects (beads) NFs blankets. The Groups 3 and 4 (NF/PA6+RA... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre