Nesta dissertação visa-se estudar e propor alternativas de solução para a proteção de estruturas e sistemas elétricos contra fogo numa unidade de craqueamento catalítico de uma refinaria de petróleo, por meio de proteção passiva. A proteção passiva tem por finalidade garantir a integridade das estruturas sujeitas a incêndio, durante um determinado período de tempo, para possibilitar, no caso da refinaria, a realização de procedimentos de parada da unidade de forma segura e controlar o incêndio a fim de diminuir a possibilidade de propagação do fogo para outras áreas. Com base em técnicas de análise de riscos fez-se a identificação de zonas potencialmente sujeitas a cenários de acidente envolvendo jato de fogo e/ou incêndio em poça. A delimitação das áreas onde haveria necessidade de proteção passiva foi realizada com base em modelos para jatos de fogo e incêndio em poça já estabelecidos na literatura. O dimensionamento da proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos com o uso de diversos materiais usados comercialmente para este fim foi estimado com base em equações empíricas desenvolvidas por Jeanes, 1980, Stanzak, 1973 e PABCO, 1984, e, para alguns casos particulares foi feita uma verificação por solução numérica da equação da condução do calor em meio sólido.Assim, foram determinados quais os materiais mais adequados em cada caso de aplicação e qual a espessura em que deve ser aplicado para que a temperatura no elemento estrutural ou no sistema elétrico não atinja a sua determinada temperatura crítica em um período de tempo pré-determinado. Para os casos de elementos estruturais como colunas de sustentação da unidade de seção cilíndrica, o principal material para proteção passiva é a argamassa projetada e para perfil I, é o emprego de placas de gesso. Já para o caso de sistemas elétricos, podem ser utilizadas tanto tintas intumescentes quanto as mantas reforçadas com fibras minerais, esta escolha depende da geometria do sistema em que será empregado. Da comparação entre estes dois métodos pode-se concluir que o dimensionamento da proteção passiva fazendo o uso das correlações empíricas é menos conservativo que para o caso do uso da equação da difusão do calor resolvida por método numérico. Porém, os resultados diferem dentro de um limite considerado aceitável (em torno de 15%) levando-se em consideração os erros embutidos em cada método de cálculo. É importante mencionar que as correlações empíricas são de mais simples aplicação por possuir apenas operações matemáticas básicas. Usando as correlações empíricas para os perfis cilíndricos de aço (diâmetro de 0,1524 m e espessura de parede de 0,0254 m), a espessura de revestimento estimada com o uso das correlações empíricas necessária para garantir que a temperatura na interface entre os dois materiais não atinja 550°C em duas horas seria de 13,5 mm para argamassa projetada, 19,7 mm para vermiculita com silicato de sódio e 34,5 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Cabe ressaltar que com a realização desta dissertação busca-se uma integração entre o mestrado acadêmico e o meio empresarial com o desenvolvimento de trabalhos de natureza acadêmica que tenham aplicação direta na prática. Espera-se assim permitir que Universidade dê retorno à sociedade que a mantém e propiciar que setores da sociedade possam usufruir da capacidade disponível na academia.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-09-21Bitstream added on 2014-06-13T20:32:11Z : No. of bitstreams: 1 huamanimelendez_vj_me_sjrp_parcial.pdf: 569064 bytes, checksum: a421744f281164e37617b166ac6f3843 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:24:34Z: huamanimelendez_vj_me_sjrp_parcial.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:27:33Z : No. of bitstreams: 2 huamanimelendez_vj_me_sjrp_parcial.pdf.txt: 53713 bytes, checksum: 111b3a17f7877d22607c79773592bd40 (MD5) 000698203.pdf: 2310634 bytes, checksum: 632d409df815fe5814967be2a2659bf4 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:33:11Z: 000698203.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:43:25Z : No. of bitstreams: 2 huamanimelendez_vj_me_sjrp_parcial.pdf.txt: 53713 bytes, checksum: 111b3a17f7877d22607c79773592bd40 (MD5) 000698203.pdf: 2310634 bytes, checksum: 632d409df815fe5814967be2a2659bf4 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-03T16:48:51Z: 000698203.pdf,Bitstream added on 2014-10-03T16:49:44Z : No. of bitstreams: 1 000698203.pdf: 2310634 bytes, checksum: 632d409df815fe5814967be2a2659bf4 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-10-27T11:47:01Z: 000698203.pdf,Bitstream added on 2014-10-27T11:48:02Z : No. of bitstreams: 1 000698203.pdf: 2310634 bytes, checksum: 632d409df815fe5814967be2a2659bf4 (MD5) / Oea / A presente pesquisa propõe como alternativa melhorar o processo de extração da cafeína dos grãos de café de variedade arábica utilizando água como solvente com auxílio de ultrassom de alta intensidade. Na primeira etapa da pesquisa foram avaliadas propriedades físicas do grão no processo de hidratação e a proposição da solução analítica para a semiesfera da equação de Fick. Na segunda etapa foi avaliado o coeficiente de difusão da cafeína no processo de extração com água em diferentes temperaturas (30, 40, 50 e 60 °C). Na terceira etapa foi empregado um delineamento composto central rotacional para avaliar a porcentagem de recuperação e o coeficiente de difusão de cafeína nos grãos de café, para os tempos de 15, 30 e 60 minutos sob a influência do ultrassom de alta intensidade (30, 45, 65, 85 e 100% da amplitude da potência) em diferentes ciclos de aplicação (30, 45, 65, 85 e 100%) e em função da temperatura de extração (30, 36, 45, 53 e 60 °C). O modelo matemático para geometria semiesférica apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, tanto para a difusão de água nos grãos de café no processo de hidratação, como para o processo de extração de cafeína em meio aquoso. O coeficiente de difusão de água no grão de café no processo de hidratação variou de 6,901 .10-11 m2 s-1 a 30 °C até 3,119 .10-10 m2 s-1 a 60 °C, com energia de ativação de 41,243 kJ mol-1. Para a difusão da cafeína, o modelo matemático para semiesfera também resultou ser ligeiramente superior na maioria dos casos, onde o coeficiente de difusão variou de 1,026 .10-11 m2 s-1 a 30 °C até 9,004 .10-11 m2 s-1 a 60 °C com uma energia de ativação de 59,933 kJ mol-1. Na aplicação de ultrassom de alta intensidade, os fatores de potência de ultrassom e a temperatura... / This research proposes as an alternative to improve the process of extracting caffeine from coffee beans, arabica variety, using water as solvent, assisted by high-intensity ultrasound. In the first stage of the research, physical properties of the grain were evaluated in the hydration process and the proposition of an analytical solution for the semi-sphere of the Fick equation. In the second stage, it was determined the diffusion coefficient of caffeine in the extraction process with water at different temperatures (30, 40, 50 and 60 °C). In the third stage, a central composite rotational design was used to assess the percentage of recovery and the diffusion coefficient of caffeine in coffee beans, for caffeine extraction upon different treatment times (15, 30 and 60 minutes) under the influence of high-intensity ultrasound (30, 45, 65, 85 and 100% of the power amplitude), different application cycles (30, 45, 65, 85 and 100%), as a function of the temperature (30, 36, 45, 53 and 60 °C). The mathematical model presented by the semispherical geometry showed the best fit to the experimental data, in comparison to Fick's sphere geometry approach, both for the diffusion of water in the coffee beans in the hydration process, and for the extraction process of caffeine in aqueous media. The diffusion coefficient of water in the coffee bean in the hydration process ranged from 6.901 ×10-11 m2 s-1 at 30°C to 3.119 ×10-10 m2 s-1 at 60°C, with and activation energy of 41.243 kJ mol-1. For the diffusion of caffeine in the grain, the semi-sphere mathematical model also resulted slightly better fitting in most cases, with a diffusion coefficient ranged from 1.026 ×10-11 m2 s-1 at 30°C to 9.004 10-11 m2 s-1 at 60°C, and an activation energy of 59.933 kJ mol-1. In the high-intensity ultrasound assisted extraction process, the ultrasound... (Complete abstract click electronic access below)

Atualmente os combustíveis fósseis derivados do petróleo, tais como, gasolina, diesel e carvão são as principais fontes de energia. No entanto, essas fontes tendem ao esgotamento nos próximos 40 a 50 anos, além de sua utilização provocar problemas que vão desde a emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa ao aumento nos preços desses combustíveis. Uma alternativa que vem sendo bastante utilizada é o etanol de primeira geração obtido principalmente do milho e da cana-de-açúcar. Apesar do etanol ser considerado uma energia limpa, por não emitir gases poluentes e auxiliar no sequestro de carbono, apresenta um problema relacionado à diminuição da oferta de alimentos e o consequente aumento de preços dos produtos que o utilizam como matéria-prima. Devido a esses fatores, vem crescendo os estudos por fontes de energias renováveis, como a obtenção do etanol de segunda geração, no qual, utiliza resíduos lignocelulósicos como matéria-prima. Nesse contexto, este trabalho objetivou avaliar a produção de etanol de segunda geração, tendo com matérias-primas os seguintes resíduos lignocelulósicos: bagaço de cana-de-açúcar, capim-elefante, serragens de Pinus sp. e Eucalyptus sp, pré-tratados com os líquidos iônicos 1-etil-3-metilimidazólio acetato e 1-butil-3-metilimidazólio acetato, separadamente. Após o pré-tratamento efetuou-se a hidrólise das biomassas lignocelulósicas com as enzimas produzidas pelo fungo Penicillium echinulatum, prosseguindo para a fermentação dos açúcares liberados na hidrólise, empregando as leveduras Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe Y 698, e a bactéria Geobacillus thermoglucosidasius. As maiores concentrações de açúcares redutores obtidas após as hidrólises enzimáticas foram 681,89 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar, 474,30 mg.g-1 para capim-elefante, 237,84 mg.g-1 para serragem de Eucalyptus sp. e 233,62 mg.g-1 para serragem de Pinus sp., sendo todos os pré-tratamentos com o líquido iônico 1-etil- 3-metilimidazólio acetato. O microrganismo que apresentou maior eficiência no consumo de açúcares redutores foi S. cerevisiae. Porém, o maior rendimento em etanol, cerca de 96 mg.g- 1, foi obtido para o bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado com 1-butil-3-metilimidazólio acetato na fermentação com S. pombe. G. thermoglucosidasius apresentou potencial para consumo de xilose e glicose simultaneamente, porém a produção de etanol foi reduzida (21 mg.g-1 para bagaço de cana-de-açúcar). Este dados contribuem para ampliar os conhecimentos sobre os efeitos do pré-tratamento com líquidos iônicos na produção de etanol de segunda geração. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-02-23T13:54:19Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andria Tura.pdf: 2221504 bytes, checksum: 83ccbe502e3d5d9e76e0e69bee5d4e2a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-23T13:54:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Andria Tura.pdf: 2221504 bytes, checksum: 83ccbe502e3d5d9e76e0e69bee5d4e2a (MD5) / Fossil fuels, such as gasoline, diesel and coal, are the main sources of energy nowadays. In addition to generate problems, from the emission of greenhouse gases to the increase in fuel prices, these energy sources are likely to be depleted in the next 40 to 50 years. A widely used alternative to fossil fuels is first-generation ethanol, produced mainly from corn and sugarcane. Although ethanol is considered a clean source of energy because it does not emit polluting gases and helps in carbon sequestration, it is linked to a decrease in food supply and the consequent rise in food prices. Therefore, new studies on renewable energy sources, such as second-generation ethanol from feedstock and other lignocellulosic residues, are commonly found in the literature. In this context, this study aimed to evaluate the production of secondgeneration ethanol from the following lignocellulosic residues: sugarcane bagasse, elephant grass, Pinus sp. sawdust and Eucalyptus sp. sawdust, pretreated separately with the ionic liquids 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 1-butyl-3-methylimidazolium acetate. Hydrolysis of lignocellulosic biomass with enzymes from Penicillium echinulatum was carried out after the pretreatment. Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe Y 698 and the bacterium Geobacillus thermoglucosidasius were used for the fermentation of sugars released during hydrolysis. The highest concentrations of reducing sugars obtained after enzymatic hydrolysis were 681.89 mg. g -1 for sugarcane bagasse, 474.30 mg.g -1 for elephant grass, 237.84 mg.g -1 for Eucalyptus sp. sawdust and 233.62 mg. g -1 for Pinus sp. sawdust, all pretreated with 1-ethyl-3- methylimidazolium acetate. S. cerevisiae was the microorganism with the highest efficiency in the consumption of reducing sugars. However, the highest ethanol yield (96 mg.g -1) was obtained for sugarcane bagasse pretreated with 1- butyl-3-methylimidazolium acetate and fermented by S. pombe. G. thermoglucosidasius showed potential for the simultaneous consumption of xylose and glucose, but ethanol production was low (21 mg.g -1 for sugarcane bagasse). These data contribute to expand the knowledge about the effects of ionic liquid pretreatments for the production of secondgeneration ethanol.

Made available in DSpace on 2015-06-20T02:07:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000470698-Texto+Completo-0.pdf: 3211899 bytes, checksum: 304adc552bbe30591d967a6721608b0c (MD5) Previous issue date: 2015 / The research work is related to the preparation of polymer composites based on polyaniline (PAni) and graphite. Polyaniline nanofibers were synthesized by the method of rapid mixing. Hybrid load (PAni/NLG) was synthesized by polymerizing aniline in the presence of graphite nanosheets (NLG). Polymer composites were prepared using differents methodologies: melt blending and in situ polymerization. In preparing polymer composites of polyethylene (PE)/PAni, PE/NLG and PE/PAni/NLG by in situ polymerization, the catalyst system was used Cp2ZrCl2/MAO. Polymeric composites by melt blending with the melt PE and conductive load were prepared in the melting chamber. The conductive loads as well as those produced composites were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), TGA (Thermogravimetric Analysis), DSC (Differential Scanning Calorimetry) and electrical properties (Probe Two Tips). Rapid mixing, nanofiber synthesis methodology was efficient, as were prepared nanofibers with a diameter of approximately 50-80 nm and with yield of the synthesis reaction of 23%. From the results it was found that the in situ polymerization was the most suitable method to produce polymeric composites in the presence of polyaniline, as the composite exhibited good load dispersion inducing the formation of the conductive network. The presence of graphite in hybrid material improves electrical conductivity of composites and the quality of nanofibers is affected positively. The methodology of the mixture by melting was not efficient to disperse the nanofiber Pani in PE matrix. / O trabalho de pesquisa está relacionado com a preparação de compósitos de polietileno (PE) contendo carga condutiva baseadas na polianilina (PAni) e grafite. Nanofibras de PAni foram sintetizadas através do método da mistura rápida. Carga híbrida (PAni/NLG) foi sintetizada por meio da polimerização da anilina na presença de nanolâminas de grafite (NLG). Compósitos foram preparados utilizando-se diferentes metodologias: mistura por fusão e polimerização in situ. Na preparação de compósitos poliméricos de polietileno (PE)/PAni, PE/NLG e PE/PAni/NLG, por meio da polimerização in situ, foi utilizado sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO. As cargas condutivas assim como os compósitos produzidos foram caracterizados por MEV (Microscopia Eletrônica de varredura), TGA (Análise Termogravimétrica), DSC (Calorimetria Diferencial de Varredura) e propriedades elétricas (Sonda de Duas Pontas). A interação entre a PAni e o sistema catalítico Cp2ZrCl2/MAO foi investigada através da Técnica da Voltametria Cíclica e de Pulso Diferencial. A mistura rápida, metodologia de síntese de nanofibras mostrou-se eficiente, pois foram preparadas nanofibras com diâmetro de aproximadamente 50-80 nm e com rendimento de reação de 23%. A partir dos resultados constatou-se que a polimerizaçao in situ foi a metodologia mais adequada para produzir compósitos poliméricos na presença de PAni, visto que os compósitos apresentaram boa dispersão da carga induzindo à formação da rede condutiva. A presença de grafite no material híbrido melhora a condutividade elétrica dos compósitos e a qualidade das nanofibras é afetada positivamente. A metodologia da mistura por fusão não foi eficiente para dispersar as nanofibras de Pani na matriz de PE.

No campo de simulação dinâmica de processos, o entendimento da natureza dinâmica de processos químicos industriais é fundamental quando questões de projeto e de sistemas de processos surgem. As abordagens atualmente aplicadas, como Resposta Degrau (RD), Função de Transferência (FT) e representação Discreta em Espaços de Estado (DEE) apresentam algumas desvantagens, principalmente relacionadas a questões de amostragem fixa e à carga computacional envolvida na sua simulação. Tendo isso em mente, uma nova abordagem é proposta, valendo-se da parametrização das entradas do sistema por splines piecewise cúbicas e da representação de sistemas em espaços de estado no domínio contínuo, onde se torna possível, a partir de poucos dados que revelem a informação dinâmica do processo, a simulação do mesmo ao longo de um horizonte. A essa abordagem foi dada o nome de Spline Dynamic Matrix (SDM), tratando-se de uma construção análoga à Matriz Dinâmica (Cutler and Ramaker 1980) proposta no início da década de 80, onde a multiplicação da variação das entradas no sistema por uma matriz que compreenda toda a informação dinâmica do sistema permite o cálculo rápido das saídas do mesmo. Suportado por essa metodologia, propõe-se juntamente a formulação de um novo controlador preditivo baseado em modelo (MPC) linear, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), onde a redução do número de variáveis do processo pode levar a uma resolução mais rápida e mais robusta. Para corroborar as proposições apresentadas, são apresentados resultados referentes à simulação de processos dinâmicos e à comparação do desempenho do novo MPC proposto com um MPC baseado em resposta degrau (versão clássica), para um estudo de caso SISO (Single Input Single Output), e com um MPC baseado em espaços de estado, para o caso MIMO (Multiple Input Multiple Output), validando o potencial e versatilidade da técnica. / In the field of dynamic simulation, an understanding of the dynamic behavior of chemical processes is important from both process design and process system perspectives. Several methodologies have been developed so far, such as Step Response (SR), Transfer Function (TF) and Discrete State Space representation (DSS). Such approaches, however, have some disadvantages, regarding simulation speed, computational load and fixed sampling. From this premise, a new approach is proposed, where the input parametrization by piecewise cubic splines is combined with state space representation in the continuous domain, guaranteeing, from few data that gathers all the process dynamic information, simulation along a certain horizon. Such representation is called Spline Dynamic Matrix (SDM), inspired in the likewise representation of the Dynamic Matrix (DM) (Cutler and Ramaker 1980) proposed in the early 80’s. The main idea resides in a multiplication of the input variation by a matrix that can embrace all the dynamic data, allowing a fast output calculation. By using this methodology, a new linear model predictive controller (MPC) is also proposed, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), where the variable diminishment could lead to a faster and more robust resolution. So that such propositions can be validated, results are presented regarding dynamic process simulation and comparison of the performance achieved by the MPC proposed in this dissertation. In order to accomplish that, one MPC based on SR representation, for a SISO (Single Input Single Output) case study, and another one based on state space representation, for a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, were used, confirming that the potential and versatility of SDM technique can be truly perceived.

Na busca pelo aumento da rentabilidade dos processos, muitas indústrias têm procurado a melhoria contínua de seus sistemas de controle. Esta dissertação trata da aplicação de técnicas de controle avançado em uma Unidade Recuperadora de Propano, sendo motivada por fatores vinculados a benefícios econômicos, tais como: aprimoramento do controle de qualidade, economia de energia, minimização do custo variável e maximização da produtividade. O desenvolvimento da estrutura de controle associado ao desempenho ótimo dessa unidade e a utilização de soluções simples, com técnicas de controle avançado adequadas ao desempenho desejado para o processo em questão são objetos de estudo dessa dissertação. Inicialmente se fez uso das técnicas clássicas da literatura para re-avaliar a estrutura da camada de controle regulatória, neste caso a escolha do emparelhamento mais adequado entre as entradas e saídas. Após foram utilizadas as técnicas de identificação de modelos dinâmicos de processo para obter a inferência da composição do contaminante no propano recuperado da unidade. Realizou-se também um estudo comparativo entre os modelos obtidos pela técnica MLR (Multiple Linear Regression) adaptada para obtenção de modelos dinâmicos e o modelo construído a partir do software Pavilion8, baseado no método auto-regressivo ARX (Autoregressive with eXogenous inputs). A viabilidade e ganhos potenciais são verificados através da implementação da nova estrutura de controle regulatório, do analisador virtual e do controlador na planta industrial. Baseado nesta implementação, estima-se poder reduzir as perdas de propano em cerca de 2% do custo variável total de propano da planta e o consumo energético por carga processada em 2,3 %. Este resultado ilustra em termos práticos o sucesso da estratégia proposta e implementada. / In order to increase the profitability of processes, many industries have sought to continuously improve their control systems. This paper discusses the application of advanced control techniques in a Propane Recovery Unit, being motivated by factors linked to economic benefits such as improved quality control, energy saving, cost variable savings and maximizing productivity. In this dissertation the development of the control structure associated with the optimal performance of this unit and the use of simple solutions, with advanced control techniques appropriate to the desired performance for the process are studied. Initially, classical techniques were used to re-evaluate the structure of the regulatory control layer, that is the most appropriate choice of the pairing between the inputs and outputs. After that, techniques were used to identify dynamic process models able to infer the contaminant in the Propane Recovered Unit. It was also a compared the models obtained by the technique MLR (Multiple Linear Regression) adapted to obtain dynamic models and the model built from the Pavilion8 software based on the method autoregressive ARX (Autoregressive with Exogenous inputs). The feasibility and potential gains are verified by implementing the new structure of regulatory control, the virtual analyzer and controller in the plant. Based on this implementation, it is estimated propane reduce losses of 2% of the variable cost of the plant of propane and steam consumption by 2.3% in processed production. This result illustrates in practical terms the success of the strategy proposed and implemented.

Neste trabalho foi desenvolvido um procedimento computacional para síntese de redes de trocadores de calor que sejam flexíveis (capazes de operar sujeito a incerteza) e controláveis. A síntese foi baseada em uma superestrutura proposta na literatura que tem como objetivo minimizar simultaneamente o custo operacional e de investimento do projeto. Considerações gerais baseadas nessa formulação foram discutidas neste trabalho. Assumiu-se incerteza nas temperaturas de entrada e vazões de cada corrente. Inicialmente foi implementado um procedimento para geração de projetos flexíveis baseado numa estratégia em dois estágios. O primeiro estágio precede a operação (fase de projeto) onde as variáveis de projeto são escolhidas, i.e. a existência e a dimensão dos equipamentos. Num segundo estágio (fase de operação) as variáveis de controle, i.e. os graus de liberdade adicionais, são ajustados de acordo com a realização dos parâmetros incertos. O estágio de projeto é realizado através de um problema de otimização multiperíodo, onde cada período corresponde a um cenário operacional, resultando em um problema do tipo MINLP. Com o objetivo de explorar a estrutura bloco-diagonal de problemas dessa natureza, uma técnica de decomposição baseada no conceito de relaxação Lagrangeana foi desenvolvida como uma alternativa para resolução de problemas de larga escala. A etapa de operação consiste numa análise de Flexibilidade tendo como objetivo checar se o projeto obtido no estágio anterior é capaz de operar na região de incerteza especificada. Esta análise é realizada através da avaliação do Índice de Flexibilidade, através da estratégia do conjunto ativo resultando em um problema MI(N)LP. Caso o projeto seja suficientemente flexível, passa-se para a etapa seguinte, caso contrário, o ponto crítico que define a solução desse problema é adicionado ao conjunto inicial de cenários operacionais e o problema multiperíodo é resolvido novamente. Este procedimento é resolvido iterativamente até que se tenha um projeto flexível. Neste caso, um problema MILP é resolvido com o intuito de selecionar a estrutura de controle, baseado na minimização de métricas de controlabilidade, que garantem manter as temperaturas de saída em suas respectivas referências usando controladores do tipo PI (Proporcional Integral). A flexibilidade efetiva, obtida após a implementação da estrutura de controle é avaliada, e possíveis pontos críticos são adicionados e o projeto é refeito. Por fim, através da geração de modelos dinâmicos e projeto dos controladores, o desempenho do projeto pode ser checado. / In this work it was developed a computational framework for synthesis of flexible and controllable Heat Exchanger Network. The synthesis was accomplished based on the superstructure proposed in the literature for minimizing simultaneously the operating cost and the investment cost. The general assumptions used by this formulation were discussed. It was assumed uncertainty in the inlet temperatures and flowrates. The framework for flexible design is based on the termed two stage strategy. The first stage is prior to the operation (design phase) where the design variables are chosen, i.e. the existence and dimension of the equipments. At the second stage (operation phase) the control variables are adjusted during operation on the realizations of the uncertain parameters. The design stage was accomplished with a multiperiod optimization problem resulting in a MINLP formulation. In order to exploit the block diagonal structure of multiperiod problems, a decomposition technique based on the concept of Lagrangean Relaxation was developed as an alternative in order to solve the formulation for large scale problems. The operation stage checks whether the design selected in the previous step is able to operate over the space of uncertain parameters. This step was assessed by the Flexibility Index evaluation through a MI(N)LP formulation using the Active set strategy. If the design is sufficient flexible the procedure terminates; otherwise, the critical point obtained from the flexibility evaluation is included in the current set of periods, and a new multiperiod problem is solved in order to obtain a new design. Once the flexible design is achieved a MILP model is solved in order to define the control structure selection according to controllability metrics, i.e. the set of manipulated inputs (taken from the general set of potential manipulations) that can ensure the outlet temperatures target using standard feedback controllers, e.g. PID controllers. The effective flexibility is evaluated in order to check if the design is feasible for the given control structure selection, otherwise a new critical point is identified and the multiperiod design is performed again. Later on, the dynamic model and closed loop performance can be checked.

Atualmente, a consciência de que os recursos naturais são esgotáveis e que a geração de poluentes deve ser evitada para impedir um sério problema ambiental, são aspectos que já estão sendo considerados na indústria química. Isto se reflete em uma das principais preocupações enfrentadas por este setor: a minimização de efluentes. O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um problema padrão na área de integração mássica para recuperação de água de processos, sugerindo uma metodologia que ajude a solucionar esta grande preocupação. O problema padrão proposto é suficientemente simples para sua rápida compreensão, e complexo o suficiente para representar uma típica situação industrial. Na metodologia empregada, técnicas de integração mássica como: reuso, reciclo e regeneração são utilizadas, alternativamente ao tratamento de final de tubulação, a fim de reduzir a demanda de água consumida e minimizar a quantidade de efluente líquido tratado e descartado. A síntese da rede de integração mássica foi feita através da construção de uma superestrutura, contendo todas as possíveis configurações em potencial para o sistema proposto. A solução do problema foi obtida via programação não linear mista inteira (MINLP). Um estudo comparativo entre as diversas configurações obtidas foi realizado. Uma análise da operabilidade das principais configurações da rede de integração mássica foi feita para garantir que a rede sintetizada seja operável.

Nesta dissertação visa-se estudar e propor alternativas de solução para a proteção de estruturas e sistemas elétricos contra fogo numa unidade de craqueamento catalítico de uma refinaria de petróleo, por meio de proteção passiva. A proteção passiva tem por finalidade garantir a integridade das estruturas sujeitas a incêndio, durante um determinado período de tempo, para possibilitar, no caso da refinaria, a realização de procedimentos de parada da unidade de forma segura e controlar o incêndio a fim de diminuir a possibilidade de propagação do fogo para outras áreas. Com base em técnicas de análise de riscos fez-se a identificação de zonas potencialmente sujeitas a cenários de acidente envolvendo jato de fogo e/ou incêndio em poça. A delimitação das áreas onde haveria necessidade de proteção passiva foi realizada com base em modelos para jatos de fogo e incêndio em poça já estabelecidos na literatura. O dimensionamento da proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos com o uso de diversos materiais usados comercialmente para este fim foi estimado com base em equações empíricas desenvolvidas por Jeanes, 1980, Stanzak, 1973 e PABCO, 1984, e, para alguns casos particulares foi feita uma verificação por solução numérica da equação da condução do calor em meio sólido.Assim, foram determinados quais os materiais mais adequados em cada caso de aplicação e qual a espessura em que deve ser aplicado para que a temperatura no elemento estrutural ou no sistema elétrico não atinja a sua determinada temperatura crítica em um período de tempo pré-determinado. Para os casos de elementos estruturais como colunas de sustentação da unidade de seção cilíndrica, o principal material para proteção passiva é a argamassa projetada e para perfil I, é o emprego de placas de gesso. Já para o caso de sistemas elétricos, podem ser utilizadas tanto tintas intumescentes quanto as mantas reforçadas com fibras minerais, esta escolha depende da geometria do sistema em que será empregado. Da comparação entre estes dois métodos pode-se concluir que o dimensionamento da proteção passiva fazendo o uso das correlações empíricas é menos conservativo que para o caso do uso da equação da difusão do calor resolvida por método numérico. Porém, os resultados diferem dentro de um limite considerado aceitável (em torno de 15%) levando-se em consideração os erros embutidos em cada método de cálculo. É importante mencionar que as correlações empíricas são de mais simples aplicação por possuir apenas operações matemáticas básicas. Usando as correlações empíricas para os perfis cilíndricos de aço (diâmetro de 0,1524 m e espessura de parede de 0,0254 m), a espessura de revestimento estimada com o uso das correlações empíricas necessária para garantir que a temperatura na interface entre os dois materiais não atinja 550°C em duas horas seria de 13,5 mm para argamassa projetada, 19,7 mm para vermiculita com silicato de sódio e 34,5 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Cabe ressaltar que com a realização desta dissertação busca-se uma integração entre o mestrado acadêmico e o meio empresarial com o desenvolvimento de trabalhos de natureza acadêmica que tenham aplicação direta na prática. Espera-se assim permitir que Universidade dê retorno à sociedade que a mantém e propiciar que setores da sociedade possam usufruir da capacidade disponível na academia.

No campo de simulação dinâmica de processos, o entendimento da natureza dinâmica de processos químicos industriais é fundamental quando questões de projeto e de sistemas de processos surgem. As abordagens atualmente aplicadas, como Resposta Degrau (RD), Função de Transferência (FT) e representação Discreta em Espaços de Estado (DEE) apresentam algumas desvantagens, principalmente relacionadas a questões de amostragem fixa e à carga computacional envolvida na sua simulação. Tendo isso em mente, uma nova abordagem é proposta, valendo-se da parametrização das entradas do sistema por splines piecewise cúbicas e da representação de sistemas em espaços de estado no domínio contínuo, onde se torna possível, a partir de poucos dados que revelem a informação dinâmica do processo, a simulação do mesmo ao longo de um horizonte. A essa abordagem foi dada o nome de Spline Dynamic Matrix (SDM), tratando-se de uma construção análoga à Matriz Dinâmica (Cutler and Ramaker 1980) proposta no início da década de 80, onde a multiplicação da variação das entradas no sistema por uma matriz que compreenda toda a informação dinâmica do sistema permite o cálculo rápido das saídas do mesmo. Suportado por essa metodologia, propõe-se juntamente a formulação de um novo controlador preditivo baseado em modelo (MPC) linear, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), onde a redução do número de variáveis do processo pode levar a uma resolução mais rápida e mais robusta. Para corroborar as proposições apresentadas, são apresentados resultados referentes à simulação de processos dinâmicos e à comparação do desempenho do novo MPC proposto com um MPC baseado em resposta degrau (versão clássica), para um estudo de caso SISO (Single Input Single Output), e com um MPC baseado em espaços de estado, para o caso MIMO (Multiple Input Multiple Output), validando o potencial e versatilidade da técnica. / In the field of dynamic simulation, an understanding of the dynamic behavior of chemical processes is important from both process design and process system perspectives. Several methodologies have been developed so far, such as Step Response (SR), Transfer Function (TF) and Discrete State Space representation (DSS). Such approaches, however, have some disadvantages, regarding simulation speed, computational load and fixed sampling. From this premise, a new approach is proposed, where the input parametrization by piecewise cubic splines is combined with state space representation in the continuous domain, guaranteeing, from few data that gathers all the process dynamic information, simulation along a certain horizon. Such representation is called Spline Dynamic Matrix (SDM), inspired in the likewise representation of the Dynamic Matrix (DM) (Cutler and Ramaker 1980) proposed in the early 80’s. The main idea resides in a multiplication of the input variation by a matrix that can embrace all the dynamic data, allowing a fast output calculation. By using this methodology, a new linear model predictive controller (MPC) is also proposed, Spline Dynamic Matrix Controller (SDMC), where the variable diminishment could lead to a faster and more robust resolution. So that such propositions can be validated, results are presented regarding dynamic process simulation and comparison of the performance achieved by the MPC proposed in this dissertation. In order to accomplish that, one MPC based on SR representation, for a SISO (Single Input Single Output) case study, and another one based on state space representation, for a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, were used, confirming that the potential and versatility of SDM technique can be truly perceived.