Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-02-25T16:41:15Z No. of bitstreams: 1 2015_LuizHenriqueMoreiraPaula.pdf: 5416091 bytes, checksum: 2f703c8eacbb95bbc2ed67ec210a80ce (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-06-01T22:13:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuizHenriqueMoreiraPaula.pdf: 5416091 bytes, checksum: 2f703c8eacbb95bbc2ed67ec210a80ce (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-01T22:13:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuizHenriqueMoreiraPaula.pdf: 5416091 bytes, checksum: 2f703c8eacbb95bbc2ed67ec210a80ce (MD5) / O controle do nível do líquido no interior de um separador gás/líquido do tipo VASPS pode ser uma tarefa complicada, não linearidades associadas ao sistema dinâmico que descreve seu comportamento, combinadas a perturbações ao escoamento podem resultar em um comportamento de difícil previsão. A abordagem de controle adotada no presente trabalho foi baseada num tipo de controle robusto aplicado a sistemas em que parte de suas dinâmicas são precisamente conhecidas. O controle deslizante (Sliding Control), apesar de sua confiabilidade induz descontinuidades no sistema que podem ser prejudiciais ao atuador, no caso do VASPS, uma bomba tipo ESP. Algumas adaptações foram adotadas no sentido de se amenizar esse problema. Assim, um modelo baseado na teoria de Transientes em Fluidos foi assumido e numericamente resolvido utilizando-se o método das equações características. Neste trabalho propõe-se um controlador robusto o suficiente para manter o nível o líquido no interior do separador dentro um intervalo com limites preestabelecidos e que consiga seguir uma trajetória desejada ao longo do tempo de forma a evitar o esforço demasiado do atuador. / Liquid level control inside a subsea gas-liquid separator like VASPS, can be a difficult task. Nonlinearities of the dynamical system combined with disturbances on pipelines flow can result on randomness on liquid level behavior. The control approach chosen for the present study was a robust control generally applied to systems where parts of the dynamics are not well known. The Sliding Control despite of its reliability, induces discontinuities in the system that could be harmful to actuator, an ESP pump for VASPS case. Some adaptations were introduced in order to circumvent this problem. An imprecise system model using fluid transient theory was considered and numerically evaluated by method of characteristics. The present paper purposes a controller robust enough to keep the liquid level between specified limits, track a trajectory to be followed by level values along time and, additionally, able to avoid actuator overwork.

Atualmente a Engenharia supera novas fronteiras, principalmente devido à redução das dimensões dos equipamentos, e um exemplo desses impactos é o atual estágio de desenvolvimento da nanotecnologia. Ademais, não só as questões ambientais inerentes à contaminação do meio físico como também seu monitoramento devem ser continuamente abordadas para garantir que o profissional possa atuar nessa nova condição. O objetivo deste trabalho foi determinar como um grupo de estruturas miniaturizadas pode ser usado na remoção de partículas de um meio líquido ou gasoso e a separação de componentes de uma mistura. Também objetivou-se desenvolver uma metodologia simples de testes voltada para o estudo do comportamento dos fluidos no interior de estruturas onde material particulado e pequenas dimensões dificultam a passagem deste fluido. A utilização de canais preenchidos com material particulado ocorre tanto na Engenharia Química, para produção de compostos, como na Química, para a análise de substâncias. Os testes utilizaram equipamentos comuns em laboratório de química, uma estrutura para produção de spray, duas estruturas impactadoras distintas para remoção de partículas, e duas estruturas, denominadas como canais tridimensionais e de separação preliminar, para separação de compostos orgânicos voláteis. As substâncias puras permitem avaliar o tempo de residência e compará-lo com as misturas. As estruturas apresentaram comportamento muito semelhante quando comparadas as filmagens com o auxílio de traçadores e as simulações usando FEMLABÒ. O conjunto proposto de estruturas permite produzir spray com gotas de até 10 mm e obter uma impressão digital de compostos orgânicos em uma mistura, pois os resultados permitem montar tabelas qualitativas e semi-quantitativas que descrevem vários fenômenos, tais como, difusão, separação de compostos, perda de carga, etc. Estas estruturas apresentaram uma série de vantagens, tais como, mesodimensionamento, que facilita sua produção e manuseio, e possibilidade de uso em demonstrações de como ocorrem os fenômenos internos à estrutura. / Nowadays, mainly due to products miniaturization, engineering faces new horizons, which can be easily exemplified by the enhancement on nanotechnology development. Furthermore, not only environmental contamination but also environmental monitoring must be addressed in order to produce a systemic knowledge. Therefore, the aim of this work was to determine how a group of miniaturized structures could be used on particle removal and component separation on a mixture. Also a secondary target was to develop a simple methodology in order to determine the fluid behavior inside the structures where particle material and small dimensions hinder flow passage. The use of packed channels is common not only in Chemical Engineering, on synthesis production, but also in Chemistry, for chemical analysis. Tests were carried out using equipment normally present in Chemistry to evaluate a set of structures composed by: one spray, two different impactors and other two different structures (one of them with five different outlets) for separation of volatile organic compounds. Tests were performed in liquid and gaseous phases and used several reactants (kerosene, gasoline, acetone, 2-propanol and ethanol) and their mixtures; pure reactants allow evaluation of the resident time and comparison with mixtures behavior. Simulations were also performed and the structure behavior evaluated by tracers shows good agreement with simulations data. The whole group of structures allows the production of spray with up to 10mm droplet dimension and the footprint of components in a mixture, i.e., the obtained data can be disposed as qualitative and quantitative tables, which describe several phenomena, such as diffusion, separation of compounds, load loss, etc. These structures present several advantages since dimensions on mesorange not only facilitate their production and manipulation bur also allow to unravel phenomena occurring inside the structures.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciana Sutil.pdf: 1255337 bytes, checksum: 2293f0c6daa03660dbb43fead13f4ba9 (MD5) Previous issue date: 2009-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apple pomace, the main solid residue from the juice or cider processing of the Southern States of Brazil, may be used as raw material for extraction of minerals, organic acid, sugar and dietary fibers as well as for production of alcohol, citric acid and some kind of enzymes and secondary metabolites. This change of such residue into raw material with a high economic value requires its chemical and microbiological stabilization, usually done by dehidration. Such dehydration process of apple pomace from four different varieties (Gala, Fuji, Catarina and Joaquina) were done in an adiabatic equipment following a procedure that comprises heated circulating air at 90°C during six hours and an additional step at 52,5°C until the mass temperature start rising what indicates the end of the drying. The stabilized apple pomace was used to extract sucrose, glucose and fructose, their three main soluble sugars, present in high amount. The procedure to recover this sweetener comprehends aqueous extraction at room temperature, purification by hydroalcoolic despectinization, and deionization by ion exchange chromatography and concentration at vacuum and low temperature. The relative proportion of these sugars were confirmed by enzymatic analysis in each step of the process and by HPLC at the final product, concentrated up to 70oBrix. The sweeteners from the four varieties were characterized instrumentally by NMR, FTIR MID with the data analyzed by multivariate procedure PLS. Aiming to allow the use of this product as a natural sweetener it were further evaluated to know the relative sucrose sweetener power, as well as its characteristics of appearance, flavor and taste evaluated by eight judges using the Quantitative Descriptive Analysis (QDA). The acceptances were determined by affective techniques in a scale of 7. The dried pomace has an average of 8g/100g as equilibrium moisture and after ground and sieved the dried pomace retained at 60 Mesh. The colorimetry CIELAB showed a Luminosity of 67, overcoming 50, the limit of dimness/bright. The step of aqueous extraction of sugars from the dried pomace showed 26g of sugars (100%), the step of hydroalcoolic despectinization 24g of sugars (92,3%), the deionization by ion exchange chromatography 21g of sugars (80,77%) and the step of concentration at vacuum 11,02g of sugars (42,40%), with conservation of relative proportion during all the process. The multivariate analysis (PLS), correlation between the dates from NMR and IR, showed Rval/sac=0,99; Rval/glu=0,98; Rval/fru=0,98. Though the sensory evaluation the relative sucrose sweetener power found to be 1,15, with acceptance of 75,70% and defined as acidity, astringency, apple flavor, yellow color and turbidity by QDA. With single sensory characteristics to the category, beyond the good acceptance, the apple sweetener characterized instrumentally with high correlation and microbiologically stable, is an alternative the use of wastes with many applications. / Considerado como resíduo na agroindústria da maçã, o bagaço constitui-se em matéria prima para a obtenção de componentes nobres, como minerais, ácidos orgânicos, compostos fenólicos, pectinas, açúcares e fibras dietéticas, assim como para a produção de álcool, de ácido cítrico, de vários tipos de enzimas e de metabólitos secundários. Para a transformação deste resíduo em matéria-prima, favorecendo a agregação de valores em produtos de interesse comercial, há necessidade de um processo de estabilização química e microbiológica do bagaço, que pode ser feita por desidratação. O processo de desidratação do bagaço de quatro diferentes variedades (Gala, Fuji, Catarina e Joaquina) foi conduzido em equipamento adiabático com ar aquecido a 90ºC por seis horas (até início da perda de massa), seguido de uma etapa complementar a 52,5ºC, temperatura da massa em secagem, até estabelecimento da umidade de equilíbrio, momento de interrupção do processo. O bagaço estabilizado foi usado para extração de frutose, glucose e sacarose, seus três principais açúcares solúveis, presentes em quantidade expressiva. Os métodos de recuperação destes açúcares compreenderam a extração aquosa à temperatura ambiente, a purificação pela despectinização hidroalcoólica e desionização por cromatografia de troca iônica, a concentração sob vácuo a baixa temperatura. A proporção ternária de frutose, glucose e sacarose foi confirmada por análise enzimática em cada etapa do processo e por HPLC no produto final, de concentração maior que 70°Brix. Os adoçantes obtidos das quatro variedades de maçã foram caracterizados instrumentalmente por RMN, FTIR – MID e analisados por procedimento multivariado PLS. Para permitir seu uso como adoçante natural, o poder edulcorante relativo à sacarose foi determinado, bem como suas características sensoriais quanto à aparência, aroma e sabor, avaliadas por oito julgadores e utilizando a Análise Descritiva Quantitativa (ADQ). A aceitação foi determinada por técnica afetiva em escala de sete pontos. O bagaço desidratado apresentou umidade de equilíbrio de aproximadamente 8g/100g e a maior fração dos grânulos, após moagem e tamisação, passaram no crivo de 60 Mesh. A colorimetria CIELAB indicou uma luminosidade da ordem de 67, ultrapassando o limite, pois, de escuro/claro que se situa no valor 50. A etapa de extração aquosa dos açúcares do bagaço desidratado apresentou 26g de açúcares (100%), a etapa de eliminação do álcool 24g de açúcares (92,30%), a de troca iônica 21g de açúcares (80,77%) e a de concentração final 11,02g de açúcares (42,40%), com preservação da proporção ternária durante todo processo. A análise multivariada (PLS), correlação entre os dados obtidos por RMN, FTIR – MID, indicou Rval/sac=0,99; Rval/glu=0,98;Rval/fru=0,98. Através da análise sensorial o poder edulcorante do adoçante de maçã foi de 1,15 em relação a sacarose, apresentando aceitação de 75,70% e definido por doçura inicial e final, acidez, adstringência, aroma de maçã, cor amarelada e turbidez, segundo a ADQ. Com características sensoriais peculiares à categoria, além de boa aceitação, o adoçante de maçã, caracterizado instrumentalmente com elevada correlação e estável do ponto de vista microbiológico, apresenta-se como alternativa de aproveitamento de resíduos com inúmeras aplicações.

Atualmente a Engenharia supera novas fronteiras, principalmente devido à redução das dimensões dos equipamentos, e um exemplo desses impactos é o atual estágio de desenvolvimento da nanotecnologia. Ademais, não só as questões ambientais inerentes à contaminação do meio físico como também seu monitoramento devem ser continuamente abordadas para garantir que o profissional possa atuar nessa nova condição. O objetivo deste trabalho foi determinar como um grupo de estruturas miniaturizadas pode ser usado na remoção de partículas de um meio líquido ou gasoso e a separação de componentes de uma mistura. Também objetivou-se desenvolver uma metodologia simples de testes voltada para o estudo do comportamento dos fluidos no interior de estruturas onde material particulado e pequenas dimensões dificultam a passagem deste fluido. A utilização de canais preenchidos com material particulado ocorre tanto na Engenharia Química, para produção de compostos, como na Química, para a análise de substâncias. Os testes utilizaram equipamentos comuns em laboratório de química, uma estrutura para produção de spray, duas estruturas impactadoras distintas para remoção de partículas, e duas estruturas, denominadas como canais tridimensionais e de separação preliminar, para separação de compostos orgânicos voláteis. As substâncias puras permitem avaliar o tempo de residência e compará-lo com as misturas. As estruturas apresentaram comportamento muito semelhante quando comparadas as filmagens com o auxílio de traçadores e as simulações usando FEMLABÒ. O conjunto proposto de estruturas permite produzir spray com gotas de até 10 mm e obter uma impressão digital de compostos orgânicos em uma mistura, pois os resultados permitem montar tabelas qualitativas e semi-quantitativas que descrevem vários fenômenos, tais como, difusão, separação de compostos, perda de carga, etc. Estas estruturas apresentaram uma série de vantagens, tais como, mesodimensionamento, que facilita sua produção e manuseio, e possibilidade de uso em demonstrações de como ocorrem os fenômenos internos à estrutura. / Nowadays, mainly due to products miniaturization, engineering faces new horizons, which can be easily exemplified by the enhancement on nanotechnology development. Furthermore, not only environmental contamination but also environmental monitoring must be addressed in order to produce a systemic knowledge. Therefore, the aim of this work was to determine how a group of miniaturized structures could be used on particle removal and component separation on a mixture. Also a secondary target was to develop a simple methodology in order to determine the fluid behavior inside the structures where particle material and small dimensions hinder flow passage. The use of packed channels is common not only in Chemical Engineering, on synthesis production, but also in Chemistry, for chemical analysis. Tests were carried out using equipment normally present in Chemistry to evaluate a set of structures composed by: one spray, two different impactors and other two different structures (one of them with five different outlets) for separation of volatile organic compounds. Tests were performed in liquid and gaseous phases and used several reactants (kerosene, gasoline, acetone, 2-propanol and ethanol) and their mixtures; pure reactants allow evaluation of the resident time and comparison with mixtures behavior. Simulations were also performed and the structure behavior evaluated by tracers shows good agreement with simulations data. The whole group of structures allows the production of spray with up to 10mm droplet dimension and the footprint of components in a mixture, i.e., the obtained data can be disposed as qualitative and quantitative tables, which describe several phenomena, such as diffusion, separation of compounds, load loss, etc. These structures present several advantages since dimensions on mesorange not only facilitate their production and manipulation bur also allow to unravel phenomena occurring inside the structures.

A produção de petróleo no pré-sal pode ser associada a contaminantes como o CO2. As plataformas instaladas neste polo possuem o sistema de remoção de CO2 usando permeação em membrana polimérica, que separa a corrente de gás em uma pobre em CO2 e outra rica neste. Este trabalho propõe um modelo para simulação da separação de gases utilizando permeador de gases do tipo espiral em contra-corrente. Este modelo utiliza equações baseadas em fenômenos de transporte e termodinâmica, tais como: comportamento real dos gases, variação da permeância com temperatura, transferência de calor dentro do equipamento e efeito Joule-Thomson. A validação foi feita utilizando dados da literatura para separações isotérmicas e dados obtidos em permeador instalado em plataforma de petróleo. Utilizou-se metodologia de reconciliação de dados e agrupamento para tratamento dos dados industriais, o que permitiu maior eficiência na reconciliação dos parâmetros do modelo. A partir da modelagem proposta determinaram-se os parâmetros de processos mais relevantes, permitindo a simulação de condições operacionais diferentes das utilizadas na regressão e a verificação da influência da variação de cada uma das condições operacionais. / The production of oil in pre-salt field is associated with contaminants such as CO2. The rigs installed in this field have a CO2 removal system using permeation on polymer membrane, which separates the gas stream in a stream with low CO2 content and another one with high CO2 content. This paper proposes a model for simulation of gas separation using spiral type permeator of gases in countercurrent flow. This model uses equations based on transport and thermodynamic phenomena such as: real behavior of gases, permeance dependence with temperature, heat transfer inside the equipment and Joule-Thomson effect. The validation was performed using literature data for isothermal separations and data from permeator installed on the oil rig. Was used data reconciliation methodology and clusterization for treatment of industrial data, allowing more efficient reconciliation of the model parameters. From the proposed model were determined the most relevant process parameters, allowing the simulation of operating conditions different than those used in the regression and verification of the influence of the change of each of the operating conditions.

A produção de petróleo no pré-sal pode ser associada a contaminantes como o CO2. As plataformas instaladas neste polo possuem o sistema de remoção de CO2 usando permeação em membrana polimérica, que separa a corrente de gás em uma pobre em CO2 e outra rica neste. Este trabalho propõe um modelo para simulação da separação de gases utilizando permeador de gases do tipo espiral em contra-corrente. Este modelo utiliza equações baseadas em fenômenos de transporte e termodinâmica, tais como: comportamento real dos gases, variação da permeância com temperatura, transferência de calor dentro do equipamento e efeito Joule-Thomson. A validação foi feita utilizando dados da literatura para separações isotérmicas e dados obtidos em permeador instalado em plataforma de petróleo. Utilizou-se metodologia de reconciliação de dados e agrupamento para tratamento dos dados industriais, o que permitiu maior eficiência na reconciliação dos parâmetros do modelo. A partir da modelagem proposta determinaram-se os parâmetros de processos mais relevantes, permitindo a simulação de condições operacionais diferentes das utilizadas na regressão e a verificação da influência da variação de cada uma das condições operacionais. / The production of oil in pre-salt field is associated with contaminants such as CO2. The rigs installed in this field have a CO2 removal system using permeation on polymer membrane, which separates the gas stream in a stream with low CO2 content and another one with high CO2 content. This paper proposes a model for simulation of gas separation using spiral type permeator of gases in countercurrent flow. This model uses equations based on transport and thermodynamic phenomena such as: real behavior of gases, permeance dependence with temperature, heat transfer inside the equipment and Joule-Thomson effect. The validation was performed using literature data for isothermal separations and data from permeator installed on the oil rig. Was used data reconciliation methodology and clusterization for treatment of industrial data, allowing more efficient reconciliation of the model parameters. From the proposed model were determined the most relevant process parameters, allowing the simulation of operating conditions different than those used in the regression and verification of the influence of the change of each of the operating conditions.