Orientadores: Jose Roberto Nunhez, Efraim Cekinski / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T03:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JeffersonLuizGrangeiroda_D.pdf: 4610700 bytes, checksum: b6db5ffbc0e16576244bd0eaea39201a (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O projeto atual de agitadores químicos é essencialmente dependente de relações empíricas, visto que as leis fisicas que regem os fenômenos envolvidos nos processos químicos são expressões cuja solução analítica é ainda desconhecida. Devido a isto, trabalhos experimentais como os compilados por Nagata, (1975), Oldshue, (1983), Sano e Usui, (1985) e Tatterson, (1991) são utilizados como principais referências para o cálculo do consumo de energia destes sistemas de agitação. Este projeto de pesquisa tem por objetivo principal compilar na literatura as principais correlações e trabalhos que são utilizados como base para o cálculo convencional de agitadores utilizados na indústria química, de forma que sejam definidas as melhores correlações através da análise dos parâmetros fundamentais (relações geométricas) no cálculo do Número de Potência, Número de Reynolds, Número de Froude, Número de Fluxo, Número de Mistura e o consumo de Potência de impelidores para os sistemas de agitação. A análise dos parâmetros geométricos será particularmente importante para estágios iniciais de projetos de plantas químicas, quando são necessárias informações da geometria, tanto do tanque como do impelidor (agitador) e, principalmente, do consumo de energia específica destes equipamentos para se estimar o consumo de energia da planta. Os resultados analisados através da utilização das correlações empíricas serão comparados com o Software comercial VISIMIX. Adicionalmente o L-CFD, laboratório de Fluído Dinâmica Computacional, já desenvolveu diversos projetos que analisam a otimização de projeto de reatores de mistura utilizando a Fluido Dinâmica Computacional e este projeto contribui por complementar o conhecimento deste grupo de pesquisa sobre o projeto de agitadores através de cálculos convencionais / Abstract: The design of impellers to date depends on empirical relations, since the physical laws that describe the phenomena involved in the chemical processes are expressions whose analytical solution is still unknown. Experimental works as those compiled by Nagata, (1975), Oldshue, (1983), Sano and Usui, (1985) and Tatterson, (1991) are used as references for energy consumption estimation in these systems. The compilation of the main correlations and the works in the literature that are used as a base to the conventional way to ca1culate the main impellers used in the chemical industry is the main objective of this research; which will allow one to select the better correlations it is carried on by the analysis of fundamental paramenters (geometric relations) for the ca1culation of Power Number, Reynolds Number, Froude Number, Flow Number, Mixing Number and the Power consumption of impellers in these systems. The analysis of the geometrical parameters will be particularly important to the early stages in the design of chemical plants, when informations ofthe tank and ofthe impeller (agitator) geometries and, mainly,about the specific energy consumption of these equipments are needed. The results are analysed using empirical correlations in the literature and are compared with the commercial software VISIMIX. Additionaly the L-CFD, Computational Fluid Dynamics laboratory, has already developed several projetcs to analyse the optimization project of mixing tanks, through the use of Computational Fluid Dynamics. This project contributes to complement the knowledge of this group of research on the design of mixing impellers, through the use of conventional methods / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T08:44:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_AgremisGuinho_D.pdf: 4370227 bytes, checksum: 9fc9a5dfb766e6075fe58104c3c22087 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um software para reconciliação de dados, detecção e identificação de erros grosseiros, estimativa de parâmetros e monitoramento da qualidade da informação em unidades industriais em estado estacionário e dinâmico. O desenvolvimento desse software focalizou atender aos critérios de modularidade, extensibilidade e facilidade de uso. A reconciliação de dados é um procedimento de tratamento de medidas em plantas de processos necessário devido ao fato da inexorável presença de erros aleatórios de pequena magnitude associados aos valores obtidos dos equipamentos de medição. Além dos erros aleatórios, por vezes os dados estão associados a erros de maior magnitude e que constituem uma tendência, ou viés. Erros desta natureza podem ser qualificados e quantificados por técnicas de detecção de erros grosseiros. É importante para aplicação de subrotinas de otimização que os dados sejam confiáveis e livres de erros tanto quanto possível. A tarefa da remoção destes erros através de modelos previamente conhecidos (reconciliação de dados) não é trivial, já sendo estudada no campo da engenharia química nos últimos 40 anos e apresenta uma crescente quantidade de trabalhos publicados. Contudo, uma parte destes trabalhos é voltada para aplicação da reconciliação sobre equipamentos isolados, como tanques, reatores e colunas de destilação, ou pequenos conjuntos destes equipamentos e não são muitos os trabalhos que utilizam dados reais de operação. Isto pode ser atribuído à dimensão do trabalho computacional associado ao grande número de variáveis. O que se propõe neste trabalho é tomar partido da crescente capacidade computacional e das modernas ferramentas de desenvolvimento, provendo uma aplicação na qual seja facilitada a tarefa de descrever sistemas de maior dimensão, para estimar dados de qualidade superior, em tempo hábil, para sistemas de controle e otimização. É importante frisar que a reconciliação de dados e a detecção de erros grosseiros são fundamentais para a confiabilidade de resultados de subrotinas de otimização e controle supervisório e também pode ser utilizada para a reconstrução de estados do processo / Abstract: The main goal of this work was the development of software for data reconciliation, gross errors detection and identification, data reconciliation, parameter estimation, and information quality monitoring in industrial units under steady state and dynamic operation. The development of this software was focused on meeting the criteria of modularity, extensibility, and user friendliness. Data reconciliation is a procedure for measurement data treatment in process plants, which is necessary due the fact of the inexorable presence of random, small magnitude errors associated to the values obtained from measurement devices. In addition to the random errors, sometimes data are associated to major magnitude errors that lead to a trend or bias. Errors of this nature can be qualified and quantified through gross errors detection techniques. It is important for optimization routines that data are reliable and error free as much as possible. The task of removal of these errors using previously known models (data reconciliation) is not trivial, and has been studied for the last 40 years in the field of chemical engineering, showing an increasing amount of published works. However, part of these works is devoted to applying data reconciliation over single equipment, such as tanks, reactors, distillation columns, or small sets of these equipments. Furthermore, not much of this published work relies on real operation data. This can be regarded to the dimension of computational work associated to the great number of variables. This work proposes to take advantage of increasing computational capacity and modern development tools to provide an application in which the task of higher dimension systems description is accomplished with ease in order to produce data estimates of superior quality, in a suitable time frame, to control and optimization systems. It is worthwhile mentioning that data reconciliation and gross error detection are fundamental for reliability of the results from supervisory control and optimization routines, and can be used also to process state reconstruction / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: José Roberto Nunhez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T14:31:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spogis_Nicolas_D.pdf: 69966083 bytes, checksum: 554cc0001f4c590e07f36262cc8c616b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Atualmente o ciclo de desenvolvimento de produtos requer um baixo tempo de projeto e mínimos custos. Ao mesmo tempo, a qualidade final do produto não deve ser afetada; pelo contrário, as companhias precisam melhorar seus produtos para se manterem no mercado competitivo. Em muitas indústrias, o uso de software de otimização de projetos está se tornando a principal ferramenta para alcançar rapidamente estas metas aparentemente contraditórias. O projeto de processos químicos e equipamentos é uma tarefa que exige um apoio experimental significante e um grande número de protótipos e testes. Visando reduzir o tempo de desenvolvimento, os softwares ANSYS CFX e modeFRONTIER foram acoplados a fim de obter um projeto de um impelidor de alta eficiência para aplicações "flow-controlled" e para mistura de produtos de baixa viscosidade. A análise de desempenho do impelidor foi realizada através do modelo de turbulência SST (Shear- Stress Transport) acoplado com um modelo de correção para curvatura das linhas de correntes. O modelo SST combina as vantagens dos modelos k- ? e k-?, garantindo uma excelente relação entre a tensão turbulenta e energia cinética turbulenta, além de fornecer uma predição precisa e robusta de descolamentos/separações da camada limite. Os modelos "Multiple Frames of Reference" e "Frozen Rotor Frame Change" foram usados para investigar a interação entre as partes móveis (impelidor) e as partes estáticas (parede do vaso e chicanas) no tanque de mistura. Um algoritmo estocástico robusto (MOGA II) foi utilizado como método de otimização. A otimização multi-objetivo possui sete variáveis de entrada, duas restrições não lineares, e duas funçõesobjetivo. Através deste estudo foi possível obter um aumento simultâneo da capacidade de bombeamento do impelidor e da homogeneidade de mistura / Abstract: Nowadays product development cycle requires shorter turnaround times and lowers costs. At the same time, quality should not suffer; on the contrary, companies need to improve their products in order to remain competitive. In many industries, the use of design optimization software is fast becoming the major way to achieve these apparently conflicting goals. The project of chemical processes and equipments is a task that demands a significant experimental support and a great number of prototypes and tests. Aiming at reducing the development time, ANSYS CFX tools have been successfully coupled to modeFRONTIER so as to lead to an optimal design of a high efficiency impeller for flow-controlled, low viscosity applications. The analysis of impeller shape performance was carried out with the SST (Shear-Stress Transport) model coupled with the streamline curvature turbulence model. The SST model combines the advantages from the k-? and k-? models, ensuring proper relation between turbulent stress and turbulent kinetic energy and allowing accurate and robust prediction of the impeller blade flow separation. The Multiple Frames of Reference and the Frozen Rotor Frame Change model were used in order to investigate the rotor/stator interaction inside the mixing vessel. A robust stochastic algorithm was used for the automatic multi-objective constrained shape design process. The multi-objective function has seven design variables, two nonlinear constraints, and two objective functions. Simultaneous increase of the impeller pumping capacity and mixing vessel homogeneity were achieved using this method / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Flávio Vasconcelos da Silva, Luís Cláudio Oliveira Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_ThiagoVazda_D.pdf: 18980163 bytes, checksum: 01508b929c51cbd2ad88d0be37d75084 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A consideração sistemática relacionada ao tratamento de falhas na estrutura de controle é essencial para se atingir as metas de um processo ao mesmo tempo seguro e produtivo. Nesse sentido, este trabalho propõe o estudo e a implementação de técnicas baseadas no controle reconfigurável com aplicações em processos químicos. Essa técnica está relacionada à etapa que lida com a falha no sistema em malha fechada, por meio de sua reconfiguração, evitando a evolução dos seus efeitos na estrutura de controle. Nesse estudo, a atenção é voltada ao rastreamento do comportamento nominal do sistema considerando as técnicas baseadas nos atuadores virtuais. O método considera o desvio da planta em relação ao seu comportamento nominal na presença de falhas em seus atuadores. Deste modo, se o distanciamento em relação ao comportamento nominal pode ser estabilizado por meio das redundâncias físicas e analíticas presentes no processo, o comportamento da planta sujeita à falha também pode ser estabilizado. Neste sentido, uma consideração sobre esse desvio no futuro é proposta, permitindo que técnicas baseadas no controle ótimo e preditivo sejam utilizadas. São consideradas especificamente falhas que comprometam o desempenho do processo quando existe a perda total ou parcial de suas variáveis de entrada. Com os componentes comprometidos devidamente localizados, a redistribuição dos sinais de controle da planta é encaminhada para que a estabilidade e desempenho do processo sejam assegurados. A concepção do atuador virtual com horizonte móvel possibilita o uso de técnicas de otimização, permitindo que as informações referentes às características físicas das redundâncias do processo sejam incluídas, evitando a saturação dos componentes utilizados durante o tratamento da falha. A validação da técnica proposta é avaliada experimentalmente em um processo de neutralização, no qual ferramentas de injeção de falhas são capazes de simular os efeitos de falha dos atuadores no processo real. As estratégias estudadas foram implementadas em um software em código aberto e foram testadas experimentalmente a partir do uso de comunicação OPC (Object Linking and Embedding for Process Control). Cenários com diferentes falhas afetando os atuadores do processo foram concebidos e avaliados. Em todos os estudos, observou-se a capacidade da ferramenta em efetuar a reconfiguração do sistema em malha fechada para mitigar os efeitos indesejáveis da falha. Com base nos resultados, conclui-se que a utilização das técnicas em cenários industriais é viável e pode garantir a operação estável do processo mesmo quando surjam falhas em seus componentes, consideradas as condições de controlabilidade e estabilizabilidade do sistema / Abstract: A systematic approach to fault handling in control loops is important to achieve safe and productive process goals. Therefore, the present work proposes the study and implementation of reconfigurable control methods with applications in chemical processes. This technique is related to the fault handling stage in the closed loop system by means of reconfiguration, preventing the progression of fault effects in the control structure. In this study, particular focus is given to virtual actuator based techniques for tracking nominal system behavior. The method considers the deviation of the plant in relation to its nominal behavior when there are faults in its actuators. Therefore, if the nonconformity from the nominal response can be stabilized using the process physical and analytical redundancies, the faulty plant behavior can also be stabilized. Hence, it is proposed the use of the deviation from the nominal system response in the future, enabling the use of optimal and predictive control techniques. Faults affecting process performance due to total or partial loss of input variables are particularly considered. Once the faulty components are located, input signal redistribution is determined in order to ensure process performance and stability. The moving horizon virtual actuator proposal provides the use of optimization techniques allowing information about physical characteristics of the process redundancies to be included, avoiding component saturation during the fault handling approach. The validation of the technique is performed experimentally in a neutralization process, in which fault injection tools are able to simulate the effects of actuators faults in the real process. The studied strategies were implemented using open-source software and tested experimentally by means of an OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) communication. Several fault scenarios considering actuator faults were planned and fulfilled for evaluation. The experimental tests showed that the proposed framework is capable of performing closed loop system reconfiguration to mitigate undesirable fault effects. Based on the results, it is concluded that using such a technique in industrial scenarios is feasible and can guarantee stable process operation even when there are faults in its components, considering system controllability and stabilizability conditions / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T08:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossi_LucianoFernandodosSantos_D.pdf: 31189486 bytes, checksum: b5668903a52a4adff00b0520804c237d (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Este estudo teve como objetivo a análise de processos industriais, os mais abrangentes possíveis, visando sua otimização do ponto de vista energético-econômico. Neste intento, buscou-se apresentar não apenas um único ponto de otimalidade, mas um conjunto de opções que permita a um decisor escolher a situação mais conveniente. No desenvolvimento deste estudo foram utilizados um conjunto de Métodos de Otimização, dentre os quais podem ser destacados a Metodologia Pinch de Recuperação de Energia, baseada em uma redistribuição de potenciais térmicos dentro do processo analisado, e os Métodos originários da Programação Matemática, em especial a Programação Linear. Analisou-se em profundidade o caso, relativo à lndúsrtria de refino de Petróleo, de uma etapa de Craqueamento Catalítico da Refinaria de Paulínia, da PETROBRÁS. Entretanto, o conjunto de procedimentos aplicados neste trabalho mostrou-se eficiente quando da análise de outros segmentos industriais, em particular das lndústrias Química, de Alimentos e Petroquímica, como apresentado no decorrer deste trabalho. Este estudo mostra que é perfeitamente possível fazer-se uma análise energética e uma avaliação econômica de sua implantação, de uma maneira muito satisfatória e rápida / Abstract: This work deals with the industrial process analysis, includingvarious types and sizes, looking for their optimization fiom the economic and energetic point of view. Not only a single point of optimality was searched but a set of options which could permit to a decision maker to choose the best situation in each case. ln the development of this study were utilized a set of Optimization Methods, among which it can be mentioned the "Pinch Point Methodology" to heat recovery in networks, which is based in a redistribution of the thermal potentials of the process analyzed, and the methods originated tfom the Mathematics Programming, in special the Linear Programming. A deep analysiswas made on the case relative to an oil refinery.More precisely a part ofthe catalytic cracking of the Paulinia's Oil Refinery of PETROBRAS. The set of procedures applied in this work, it can be shown efficient when the analysis is applied to other industrial branches, in particular in the Chemistry, Food and Petrochemistry industries, as shown in throughout this work. This study shows that is possible to make an energetic analysis and an economic cost evaluation on the implementationof a process, in a fast and sactisfatory manner / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Submitted by Biblioteca Central (biblioteca@unicap.br) on 2017-11-13T18:41:52Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf: 1108637 bytes, checksum: 2eb8730eca87f2683055187ba96e11ca (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T18:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf: 1108637 bytes, checksum: 2eb8730eca87f2683055187ba96e11ca (MD5) Previous issue date: 2008-01-02 / The purification of biodiesel of the production process by transesterification of oils and fats require the removal of glycerin waste. It presents a strategy for separation of glycerin dispersed in biodiesel using an optimized hydrocyclone of the Rietema family. As calculation methodology correlations that lead to the sizing diagrams were converted into mathematical models involving significant dimensionless numbers. It presents a strategy for separation of glycerin dispersed in biodiesel using an optimized hydrocyclone of the Rietema family. They had been simulated and analyzed the conditions of separation of the mixture biodiesel-glycerin, integrant stage of the process of production of this biofuel of separation of oils and fats, in optimized and not optimized operational conditions. The optimization strategy was the use of economic and geometric correlations, which had led to the attainment of a minimum cost. One of the stages most important of the process of production of biodiesel is of its purification. One hidrociclone of the conventional type was considered for the related stage. The used strategy for elaboration of the objective function was composed of three terms: cost of acquisition, cost of operation and the associated cost does not collect of biodiesel, all as function of the diameter of the equipment. As programs of calculations for sizing and optimization the electronic spread sheet Excel and its tool had been used to solve. The results had shown that the strategy and optimization had supplied values of not optimized sizing very next to the ones of condition, demonstrating that the same one can be used as reinforcement, at a time where the economic criteria are important justifications of investments in the improvements of the productive processes. / A purificação do biodiesel originado do processo de produção por transesterificação de óleos e gorduras requer a remoção de resíduos de glicerina. Como metodologia de cálculos correlações que dão origem a diagramas de dimensionamento foram transformados em modelos matemáticos envolvendo importantes números adimensionais. Apresenta-se uma estratégia de separação da glicerina dispersa no biodiesel utilizando um hidrociclone otimizado da família Rietema. Foram simuladas e analisadas as condições de separação da mistura biodiesel-glicerina, etapa integrante do processo de produção desse biocombustível por transesterificação de óleos e gorduras, em condições operacionais otimizadas e não otimizadas. A estratégia de otimização foi o uso de correlações econômicas e geométricas, as quais levaram à obtenção de um custo mínimo. Uma das etapas mais importante do processo de produção de biodiesel é a de sua purificação. Um hidrociclone do tipo convencional foi proposto para a referida etapa. A estratégia usada para elaboração da função objetivo foi composta de três termos: custo de aquisição, custo de operação e o custo associado a não coleta do biodiesel, todas como função do diâmetro do equipamento. Como programas de cálculos para dimensionamento e otimização foram utilizadas a planilha eletrônica Excel e sua ferramenta solver. Os resultados mostraram que a estratégia e otimização forneceram valores de dimensionamento muito próximos dos de condição não otimizadas, demonstrando que a mesma pode ser utilizada como reforço, numa época em que os critérios econômicos são importantes justificativas de investimentos nas melhorias dos processos produtivos.

Submitted by Samira Prince (prince@ufpa.br) on 2012-05-11T14:16:38Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_EstimacaoPorcentagemFluor.pdf: 3010181 bytes, checksum: 0b250d533f6f07d9141beb6a3afccea1 (MD5) / Approved for entry into archive by Samira Prince(prince@ufpa.br) on 2012-05-14T13:54:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_EstimacaoPorcentagemFluor.pdf: 3010181 bytes, checksum: 0b250d533f6f07d9141beb6a3afccea1 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-05-14T13:54:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_EstimacaoPorcentagemFluor.pdf: 3010181 bytes, checksum: 0b250d533f6f07d9141beb6a3afccea1 (MD5) Previous issue date: 2011 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / CVRD - Companhia Vale do Rio Doce / As indústrias têm buscado constantemente reduzir gastos operacionais, visando o aumento do lucro e da competitividade. Para alcançar essa meta, são necessários, dentre outros fatores, o projeto e a implantação de novas ferramentas que permitam o acesso às informações relevantes do processo de forma precisa, eficiente e barata. Os sensores virtuais têm sido aplicados cada vez mais nas indústrias. Por ser flexível, ele pode ser adaptado a qualquer tipo de medição, promovendo uma redução de custos operacionais sem comprometer, e em alguns casos até melhorar, a qualidade da informação gerada. Como estão totalmente baseados em software, não estão sujeitos a danos físicos como os sensores reais, além de permitirem uma melhor adaptação a ambientes hostis e de difícil acesso. A razão do sucesso destes tipos de sensores é a utilização de técnicas de inteligência computacional, as quais têm sido usadas na modelagem de vários processos não lineares altamente complexos. Este trabalho tem como objetivo estimar a qualidade da alumina fluoretada proveniente de uma Planta de Tratamento de Gases (PTG), a qual é resultado da adsorção de gases poluentes em alumina virgem, via sensor virtual. O modelo que emula o comportamento de um sensor de qualidade de alumina foi criado através da técnica de inteligência computacional conhecida como Rede Neural Artificial. As motivações deste trabalho consistem em: realizar simulações virtuais, sem comprometer o funcionamento da PTG; tomar decisões mais precisas e não baseada somente na experiência do operador; diagnosticar potenciais problemas, antes que esses interfiram na qualidade da alumina fluoretada; manter o funcionamento do forno de redução de alumínio dentro da normalidade, pois a produção de alumina de baixa qualidade afeta a reação de quebra da molécula que contém este metal. Os benefícios que este projeto trará consistem em: aumentar a eficiência da PTG, produzindo alumina fluoretada de alta qualidade e emitindo menos gases poluentes na atmosfera, além de aumentar o tempo de vida útil do forno de redução. / The industries have been often seeking to reduce operating expenses, as to increase profits and competitiveness. To achieve this goal, it must take into account, among other factors, the design and implementation of new tools that accurately, efficiently and inexpensively allow access to information relevant to process. Soft sensors have been increasingly applied in industry. Since it offers flexibility, it can be adapted to make estimations of any measurement, thus a reducing in operating costs without compromising the measurements, and in some cases even improve the quality of generated information. Since they are completely softwarebased, they are not subjected to physical damage as the real sensors, and are better adaptated to harsh environments with hard access. The success of this king of sensors is due to the use of computational intelligence techniques, which have been widely used in the modeling of several nonlinear complex processes. This work aims to estimate the quality of alumina fluoride from a Gas Treatment Center (GTC), which is the result of gaseous adsorption on alumina virgin, using a soft sensor. The model that emulates the behavior of a alumina quality sensor the plant was created using an artificial intelligence technique known as Artificial Neural Network. The motivations of this work are: perform virtual simulations without compromising the GTC and make accurate decisions based not only on the operator's experience, to diagnose potential problems before they can interfere with the quality of alumina fluoride; maintain the aluminum reduction pot control variables within normal limits, since the production from low quality alumina strongly affects the reaction of breaking the molecule that contains this metal. The benefits this project brings include: increasing the GTC efficiency, producing high quality fluoridated alumina and emitting fewer greenhouse gases into the atmosphere and increasing the pot lifespan.

O desafio para a área de monitoramento de processos, em indústrias químicas, ainda é a etapa de detecção, com a necessidade de desenvolvimento de sistemas confiáveis. Pode-se resumir que um sistema é confiável, ao ser capaz de detectar as situações anormais, de modo precoce, e, ao mesmo tempo, de minimizar a geração de alarmes falsos. Ao se ter um sistema confiável, pode-se empregá-lo para auxiliar o operador, de fábricas, no processo de tomada de decisões. O objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia, baseada na técnica, modelo oculto de Markov (HMM, acrônimo de ?Hidden Markov Model?), para se detectar situações anormais em caldeiras de recuperação química. As aplicações de maior sucesso de HMM são na área de reconhecimento de fala. Pode-se citar como aspectos positivos: o raciocínio probabilístico, a modelagem explícita, e a identificação a partir de dados históricos. Fez-se duas aplicações. O primeiro estudo de caso é no ?benchmark? de um sistema de evaporação múltiplo efeito de uma fábrica de produção de açúcar. Identificou-se um HMM, característico de operação normal, para se detectar cinco situações anormais no atuador responsável por regular o fluxo de xarope de açúcar para o primeiro evaporador. A detecção, para as três situações abruptas, é imediata, uma vez que o HMM foi capaz de detectar alterações, abruptas, no sinal da variável monitorada. Em relação às duas situações incipientes, foi possível detectá-las ainda em estágio inicial; ao ser o valor de f (vetor responsável por representar a intensidade de um evento anormal, com o tempo), no instante da detecção, próximo a zero, igual a 2,8% e 2,1%, respectivamente. O segundo estudo de caso é em uma caldeira de recuperação química, de uma fábrica de produção de celulose, no Brasil. O objetivo é monitorar o acúmulo de depósitos de cinzas sobre os equipamentos da sessão de transferência de calor convectivo, através de medições de perda de carga. Este é um dos principais desafios para se aumentar a eficiência operacional deste equipamento. Após a identificação de um HMM característico de perda de carga alta, pôde-se verificar a sua capacidade de informar o estado atual e, por consequência, a tendência do sistema, de modo similar à um preditor. Pôde-se demonstrar também a utilidade de se definir limites de controle, com o objetivo de se ter a informação sobre a distância entre o estado atual e os níveis de alarme de perda de carga. / The greatest challenge faced by the area of process monitoring in chemical industries still resides in the fault detection task, which aims at developing reliable systems. One may say that a system is reliable if it is able to perform early fault detection and, at the same time, to reduce the generation of false alarms. Once there is a reliable system available, it can be employed to help operators, in factories, in the decisionmaking process. The aim of this study is presenting a methodology, based on the Hidden Markov Model (HMM) technique, suggesting its use in the detection of abnormal situations in chemical recovery boilers. The most successful applications of HMM are in the area of speech recognition. Some of its advantages are: probabilistic reasoning, explicit modeling and the identification based on process history data. This study discusses two applications. The first one is on a benchmark of a multiple evaporation system in a sugar factory. A HMM representative of the normal operation was identified, in order to detect five abnormal situations at the actuator responsible for controlling the syrup flow to the first evaporator. The detection result for the three abrupt situations was immediate, since the HMM was capable of detecting the statistical changes on the signal of the monitored variable as soon as they occurred. Regarding to the two incipient situations, the detection was done at an early stage. For both events, the value of vector f (responsible for representing the strength of an abnormal event over time), at the time it occurred, was near zero, equal to 2.8 and 2.1%, respectively. The second case study deals with the application of HMM in a chemical recovery boiler, belonging to a cellulose mill, in Brazil. The aim is monitoring the accumulation of ash deposits over the equipments of the convective heat transfer section, through pressure drop measures. This is one of the main challenges to be overcome nowadays, bearing in mind the interest that exists in increasing the operational efficiency of this equipment. Initially, a HMM for high values of pressure drop was identified. With this model, it was possible to check its capacity to inform the current state, and consequently, the tendency of the system (similarly as a predictor). It was also possible to show the utility of defining control limits, in order to inform the operator the relative distance between the current state of the system and the alarm levels of pressure drop.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6460.pdf: 5784014 bytes, checksum: b5d530fa8eb34cab80042a1e35cb0086 (MD5) Previous issue date: 2014-12-15 / In the ethanol fermentation processes, the product inhibition phenomenon limits the ethanol concentration in the fermented wine around 10% v.v-1, which results in a large volume of vinasse (around 12Lvinasse/Lethanol) and high level of energy consumption by distillation (around 2,5 Kgvapor/Lethanol). Alternative technologies designed to remove ethanol from the fermentation broth have been studied in the literature. One example is the operation of ethanol entrainment by a carrier gas, known as stripping, which in addition to the removal of the ethanol, a reduction of the temperature of the medium is expected due to the vaporization. In this context, the stripping operation could be used to control the ethanol concentration and cooling the fermentation process, as it could be used after the fermentation to promote the ethanol separation, being an alternative to distillation, reducing the energy consumption. In this study it was analyzed the stripping operation using CO2 (generated during the fermentation) in pilot plant. A factorial design was applied to evaluate the influence of the initial temperature of the solution (T0) and specific flow rate of the carrier gas (CO2) on the following stripping performance parameters: entrainment factor (FA), concentration factor (FC), and temperature reduction factor (FT). Furthermore, a mathematical model was proposed to describe the ethanol mass (mET) and the temperature (T) changes during the stripping operation. It has evaluated the performance of the ethanol recovery system and an extractive fermentation. The results showed that FA and FT were positively affected by T0, because the temperature increasing leads to greater vaporization, promoting greater entrainment of the ethanol and the high extraction of energy from the medium. The FA was also positively influenced by CO2, because it promotes greater mass transfer rate and contact area between the bubbles and liquid phase. The CO2 influenced the FT positively, but only for smaller CO2. Suppose that, for larger CO2, the equilibrium was not reached due the lower residence time of the bubbles in the wine, by removing smaller amount of energy from the liquid phase. The FC was negatively influenced by T0, because of the entrainment of a larger amount of water together with the ethanol has occurred. From the simulated results it was observed that, for smaller CO2, the expected results for the proposed model were close to the experimental, with maximum errors of 10%, concluding that the model is valid, i.e., the equilibrium was reached and the effect of mechanical entrainment was negligible. However, for larger CO2, the errors were higher (20%), concluding that the system has not reached the equilibrium and the effect of mechanical entrainment was significant. The ethanol recovery system of the CO2 stream presented 66.88 and 40.93% efficiency for the assays carried out at 33 and 65ºC, respectively, therefore with a low performance. In the extractive fermentation it was observed that the removal of the ethanol from the medium reduced the product inhibition and increased the substrate consumption rate. The CO2 flowthrough the fermentation medium (CO2 of 1.0 vvm) contributed to the reduction in the temperature of the medium in 41%. Furthermore, there was a decrease in the values of the volumetric flow rates of the cooling water, around 34%, in extractive fermentation when compared to conventional fermentation, indicating a potential savings of the 34% on inputs in the cooling towers and, also, saving energy in pumping this water. / Na fermentação alcoólica, o fenômeno da inibição pelo produto limita a concentração de etanol no vinho ao redor de 10 ºGL, o que resulta em grande volume de vinhaça (ca. 12 Lvinhaça/Letanol) e alto consumo de vapor na etapa de destilação (ca. 2,5 kgvapor/Letanol). Tecnologias para remover etanol do vinho vêm sendo estudadas. Exemplo é a operação de arraste de etanol por um gás, conhecida como stripping, que além da remoção de etanol, provoca também a redução da temperatura do meio reacional devido à sua vaporização. Neste contexto, a operação de stripping poderia ser utilizada tanto no controle da concentração de etanol e na redução da temperatura do meio fermentativo, como poderia ser utilizada após a fermentação para a extração de etanol do vinho, sendo uma alternativa à destilação, reduzindo o consumo de vapor da planta. Neste trabalho avaliou-se a operação de stripping, em escala piloto, utilizando CO2 (gerado no próprio processo industrial). Um planejamento fatorial foi utilizado para avaliar a influência das variáveis independentes, temperatura inicial do vinho (T0) e vazão específica de CO2 (CO2), nos parâmetros de desempenho: Fator de Arraste (FA), Fator de Concentração (FC) e Fator de Redução de Temperatura (FT). Além disso, desenvolveu-se um modelo para prever as variações da massa de etanol (mET) e da temperatura (T) do sistema durante a operação de stripping. Avaliou-se, também, o desempenho de um sistema de recuperação de etanol e de uma fermentação extrativa. Os resultados mostraram que o FA e o FT foram positivamente influenciados por T0, pois o aumento da temperatura gera maior vaporização, o que contribui para maior arraste de etanol e maior retirada de energia do meio. O FA foi também influenciado positivamente pela CO2, pois promove maior transferência de massa e área de contato entre as bolhas e o vinho. A CO2 influenciou positivamente o FT, porém, apenas para as menores CO2. Supõe-se que, para as maiores CO2, as bolhas não atingiram o equilíbrio devido ao menor tempo de residência das bolhas no vinho, retirando menor quantidade de energia do meio. O FC foi influenciado negativamente por T0, pois ocorre o arraste de uma maior quantidade de água juntamente com o etanol. A partir dos resultados da simulação observou-se que, para as menores CO2, os resultados previstos pelo modelo proposto ficaram próximos aos experimentais, com desvios máximos de 10%, concluindo-se que o modelo foi válido, ou seja, atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi desprezível. Porém, para as maiores CO2, os desvios foram maiores (20%), concluindo-se que o sistema não atingiu o equilíbrio e o efeito da sublação foi significativo. O sistema de recuperação de etanol da corrente de CO2 mostrou eficiência de 66,88 e 40,93%, para os ensaios a 33º e 65 ºC, respectivamente, apresentando, portanto, um baixo desempenho. Notou-se que na fermentação extrativa houve a remoção de etanol do meio, reduzindo a inibição pelo produto e aumentando a velocidade de consumo de substrato. A passagem do CO2 pelo meio fermentativo (CO2 de 1 vvm) contribuiu para redução da temperatura do meio em 41%. Além disso, houve o decréscimo dos valores das vazões volumétricas da água de resfriamento, em torno de 34%, nas fermentações extrativas quando comparadas com as convencionais, indicando uma potencial economia de 34% em insumos nas torres de resfriamento e, também, economia de energia no bombeamento desta água.

Drilling, one of the stages of oil and gas exploration, now has as targets regions of great complexity, with high depths. Coated or contaminated cuttings with drilling fluid are a result of drilling. The drilling fluids are water-based or non-aqueous based liquids. A more restrictive environmental legislation and the need to reduce the costs of drilling (exploration and production) lead to optimization of solid-liquid separation and recycling drilling fluids. Because oil industry has to submit itself to ever more stringent environmental laws it has applied a great deal of investments on sustainability research. In this context, this work provides a study of the characteristics of drilling cuttings and synthetic drilling muds at different steps of the solids control sistem, in order to know their behavior and its change over the process. The concentration of water, organic phase and solids in the mud were measured. The density and particle size of the cuttings were analyzed. The rheology and thixotropy of the mud were investigated. For this, samples of drilling mud were collected throughout the solids control system of five PETROBRAS onshore drilling rigs in Bahia (BA). The concentrations index are so important when investigating the efficiency of operation of the equipments in the solids control. The density of solids is very close to the density of clays. The results show that the rheology of drilling mud in the solids control process behaves as a non-Newtonian fluid, pseudoplastic, viscoplastic and thixotropic. The particle size of solids varies with operating conditions and always presents two average diameters by sample. The cutting dryer, a vertical centrifuge, plays a key role in the waste disposal due the stringent environmental laws, especially on offshore platforms. Thus, in order to research the optimization or restructuration of this step in the waste disposal, a study was carried on this equipment and the main points of its structure and operation were reported. / A perfuração, uma das etapas da exploração de petróleo e gás, hoje objetiva cenários geológicos de grande complexidade, com elevadas profundidades. Como efluente da atividade exploratória há a geração de cascalhos contaminados ou revestidos com fluido de perfuração. Uma legislação ambiental mais rigorosa e a necessidade de reduzir os custos de perfuração (prospecção e produção) apontam para a necessidade de otimização da separação e reciclagem do fluido de perfuração de poços de petróleo e gás. A atividade petrolífera é desenvolvida em condições cada vez mais restritivas do ponto de vista ambiental, sendo incessantes os estudos e investimentos em busca da sustentabilidade. Como exemplos de equipamentos para o processamento da lama de perfuração podem ser citados as peneiras vibratórias, os hidrociclones e as centrífugas. Neste contexto, o presente trabalho traz um estudo detalhado das características dos sólidos e da lama de perfuração base n-parafina em diferentes pontos do processo de controle de sólidos, com o objetivo de investigar o comportamento dos mesmos e sua alteração ao longo do processo. Foram realizadas análises de concentração de água, fase orgânica e sólidos na lama, densidade dos sólidos, reologia e tixotropia da lama e granulometria dos sólidos. Para isso, amostras de lama de perfuração foram coletadas ao longo do sistema de controle de sólidos em cinco sondas de perfuração terrestre da Petrobras no interior da Bahia (BA). As concentrações analisadas são de grande importância na investigação da eficiência de operação dos equipamentos do processo de controle de sólidos. A massa específica dos sólidos é bem próxima da massa específica de argilas. Os resultados de reologia mostram que a lama de perfuração em todo o processo de controle de sólidos se comporta como um fluido não-newtoniano, pseudoplástico, viscoplástico e tixotrópico. A granulometria dos sólidos varia com as condições de operação e apresenta, no geral, dois diâmetros médios em cada corrente amostrada. O secador de cascalho, um tipo de centrífuga vertical, desempenha papel fundamental na adequação dos resíduos às leis ambientais de descarte, principalmente em plataformas offshore. Assim, visando futuramente a otimização ou mesmo reestruturação desta etapa do processo de descarte de resíduos, foi realizado um estudo sobre esse equipamento e levantado os pontos principais de sua estrutura e operação. / Mestre em Engenharia Química