Orientadores: Reginaldo Guirardello, Lucio Cardozo-Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T05:19:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_LorenaBrancagliaode_M.pdf: 1007051 bytes, checksum: 2881509687072c829010312b1b5653e0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O conhecimento do equilíbrio de fases é de grande importância no projeto e análise de uma grande variedade de processos químicos, incluindo reatores e unidades de separação. É o caso, por exemplo, da indústria de produção de óleos vegetais e de produção de ácido cítrico. Geralmente, sistemas de interesse da indústria alimentícia são formados por muitos componentes. A determinação e o cálculo das propriedades termodinâmicas e do equilíbrio de fases, nesses casos, são bastante complicados. Devido à natureza não-convexa e não-linear de modelos termodinâmicos, necessários para descrever o problema do equilíbrio de fases, há um grande interesse na aplicação de técnicas de otimização para descrever o comportamento do equilíbrio. Problemas de otimização global, técnicas rápidas, seguras e robustas que têm certo grau de confiança para achar a solução global não foram ainda completamente desenvolvidos. Por isso, estudos desses métodos têm sido foco na simulação e otimização na engenharia química. Este trabalho tem como objetivo o estudo e aplicação de um método de busca estocástica para otimização global no cálculo do equilíbrio de fases de misturas complexas de sistemas de interesse da industria alimentícia. O método de busca estocástica utilizado é o algoritmo ¿simulated annealing¿ (SA) devido à sua principal vantagem em poder evitar mínimos locais (teoricamente) e de ser de fácil aplicação. A determinação do equilíbrio de fases é feita pela minimização da energia livre de Gibbs do sistema. Para a representação termodinâmica de misturas complexas de interesse da indústria alimentícia foram empregados os modelos NRTL (Non-Random-Two-Liquid) e UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical). Os dados experimentais utilizados como estudo de caso foram obtidos na literatura e foram caracterizados por meio de pseudo-componentes, uma vez que são formados por muitas substâncias diferentes. Os resultados obtidos para os casos estudados demonstraram que a aplicação da técnica de SA para minimização global da energia livre de Gibbs permite, juntamente com os modelos NRTL e UNIQUAC, a representação confiável dos dados experimentais em tempos muito bons de execução. Além disso, a técnica de SA mostrou-se robusta levando a resultados de mínimo global independentemente da estimativa inicial, mesmo para casos fortemente não-lineares e não-convexos / Abstract: In many industrial processes, during the phase of refining and separation, products form very complex mixtures. It is the case, for example, of the vegetal oil and citric acid industries. As these mixtures are formed by many components, determination and calculation of thermodynamic properties and phase equilibrium are very complicated. In this way, the use of the most rigorous methods able to calculate the phase equilibrium and to analyse the stability of phases of these mixtures becomes necessary. In this work, the determination of phase equilibrium is done by minimization of the Gibbs free energy of the system. The NRTL (Non-Random-Two-Liquid) and UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical) models were used for the thermodynamic representation of the complex mixtures, which were characterized by means of pseudo-components. Under conditions of constant temperature and pressure, the necessary and sufficient condition for a multiphase and multicomponent system to reach the equilibrium is that the Gibbs free energy is a global minimum. Based on this principle, equilibrium problems can be formulated and solved as otimization problems. The objective function for these problems is generaly highly nonlinear and usually nonconvex, and methods of global optimization are generally necessary for its minimization. The technique of global optimization studied and applied in this work is a method of random search named Simulated Annealing (SA), whose main advantages are the ability to avoid local minimum and the ease of application. The results obtained for the studied cases have demonstrated that the application of the technique of SA for global minimization of the Gibbs free energy, together with the models NRTL and UNIQUAC, allows a reliable representation of the experimental data in very short execution times. Moreover, the SA technique was robust, leading to the global minima independently of the initial estimate even for highly nonlinear and nonconvex cases / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores. / In this thesis, a new family of methods designed for multimodal optimization is introduced. In these techniques, first of all, initial solutions are generated in order to explore the search space. Secondly, these solutions are grouped in clusters using a fuzzy-clustering algorithm so that multiple optima are found. Finally, an instance of deterministic optimization method is triggered within each cluster to reach for the local optimum. This family of methods is formed by six variants combining three initialization schemes in the first phase with two local search algorithms in the third. These methods are compared against other techniques in the literature using benchmarks, obtaining promising results.

Recently a periodic surface model was developed to assist geometric construction in computer-aided nano-design. This implicit surface model helps create super-porous nano structures parametrically and support crystal packing. In this thesis, a new approach for pathway search in phase transition simulation of crystal structures is proposed. The approach relies on the interpolation of periodic loci surface models. Respective periodic plane models are reconstructed from the positions of individual atoms at the initial and final states, and surface correspondence is found using a Simulated Annealing-like algorithm. With geometric constraints imposed based on physical and chemical properties of crystals, two surface interpolation methods are used to approximate the intermediate atom positions on the transition pathway in the full search of the minimum energy path. This hybrid approach integrates geometry information in configuration space and physics information to allow for efficient transition pathway search. The methods are demonstrated by examples of FeTi, VO2, and FePt. Additionally, two new particle swarm optimization (PSO) algorithms are developed and applied to crystal structure relaxation of the initial and final states. The PSO algorithms are integrated into the Quantum-Espresso open-source software package and tested against the default Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno relaxation method.

Polymer chain microstructure, including characteristics such as molecular weight and branch length, can impact the end-use properties of the polymer. The assumptions contained in deterministic models prevent examination of the structure of individual polymer chains, so removal of these assumptions is necessary to gain insight into molecular-level mechanisms that determine chain microstructure. The work presented here uses a combination of stochastic and deterministic models to examine two significant mechanistic issues in free radical polymerization. The zero-one assumption concerning the number of radicals is often made for miniemulsion polymerization using oil-soluble initiators because of accelerated termination due to radical confinement. Although most of the initiator is present inside the particles, opposing viewpoints exist as to whether the locus of radical generation is the particle phase or the aqueous phase. A well-mixed kinetic Monte Carlo (KMC) model is used to simulate the molecular weight distribution and the results are compared to estimated molecular weights for several chain-stopping events, with the finding that the dominant nucleation mechanism varies with reaction temperature and particle size. Intramolecular chain transfer to polymer, or backbiting, is often assumed to produce only short-chain branches. Using a lattice KMC model, a cumulative distribution function (CDF) is obtained for branch lengths produced by backbiting. Implementation of the CDF in both a rate-equation model and the well-mixed KMC model shows that, for the butyl acrylate solution polymerization system used for comparison, backbiting is responsible for most of the branches, including long-chain branches, even though overlap of the polymer coils in the solution is predicted, a condition which would normally be expected to lead to significant intermolecular chain transfer to polymer. The well-mixed KMC model provides a more thorough analysis of chain microstructure while the rate-equation model is more computationally efficient.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores. / In this thesis, a new family of methods designed for multimodal optimization is introduced. In these techniques, first of all, initial solutions are generated in order to explore the search space. Secondly, these solutions are grouped in clusters using a fuzzy-clustering algorithm so that multiple optima are found. Finally, an instance of deterministic optimization method is triggered within each cluster to reach for the local optimum. This family of methods is formed by six variants combining three initialization schemes in the first phase with two local search algorithms in the third. These methods are compared against other techniques in the literature using benchmarks, obtaining promising results.

Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T00:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VidalVargas_JanethAlina_D.pdf: 6980631 bytes, checksum: 2e858ba97bc5f6f4bb3b1a075776555f (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no transporte de fluidos no meio poroso é muito importante para o projeto e o sucesso dos processos de recuperação melhorada de petróleo. O deslocamento miscível é um dos métodos mais eficientes de recuperação melhorada de petróleo. O parâmetro mais relevante na eficiência do deslocamento miscível é a dispersão, que controla a evolução da zona de mistura dos dois fluidos e a propagação do fluido injetado. Neste trabalho é desenvolvido e avaliado um modelo matemático para o deslocamento miscível 1-D em meios heterogêneos. O modelo, referido como modelo de concentração total (MCT) é desenvolvido com base na equação de convecção-dispersão (ECD) considerando a interação entre a rocha e os fluidos. Os parâmetros fenomenológicos envolvidos no MCT são o coeficiente de dispersão, o coeficiente de transferência de massa, a porosidade efetiva do meio poroso no momento de deslocamento e a fração de soluto que é depositada ou retirada do meio poroso. Estes parâmetros podem ser determinados por meio de ajustes multiparâmétricos do modelo aos dados obtidos em laboratório. Para avaliar a aplicação do modelo MCT foram realizados dois experimentos A e B, cada um formado por 4 e 5 testes de deslocamento respectivamente. Os testes de deslocamento utilizaram duas salmouras e foram realizados empregando-se uma rocha carbonática. A evolução das concentrações ao longo do meio poroso foi medida por Tomografia Computadorizada de Raios-X (TC). A grande quantidade de dados dos perfis de concentração determinados a partir das imagens da TC do Experimento A foi analisada e ajustada utilizando-se o modelo MCT por meio do método metaheurístico de recozimento simulado (Simulated Annealing, SA). O procedimento de ajuste global, considerando todas as curvas do histórico de concentração, foi utilizado para a determinação dos parâmetros governantes dos fenômenos envolvidos. A quantidade de dados utilizados e a robustez do método permitiu um ajuste muito bom do modelo aos dados experimentais. Determinou-se um coeficiente de dispersão de aproximadamente 0,01cm2/s para vazão de 1 cm3/min e 0,05 cm2/s para vazão de 5 cm3/min. Foram avaliados também os parâmetros de transferência de massa e interação do fluido com o meio poroso. O Experimento B foi realizado com a finalidade de comprovar a deposição de soluto enquanto o fluido se deslocava através da amostra de rocha. No modelo MCT, este fenômeno foi quantificado por meio do parâmetro fr. Os perfis de concentração do Experimento B foram medidos na entrada, ao longo da amostra (rocha) e na saída. A partir desses perfis, foi realizado um balanço de massa para avaliar a fração de deposição de soluto (fr) formulada e determinada a partir do MCT. Os valores de fr obtidos foram de 0,2 a 0,4, que são valores coerentes com os resultados obtidos com o modelo MCT / Abstract: The knowledge of the physical phenomena involved in fluid transport in porous medium is very important for the design and successful execution of oil enhanced recovery processes. Miscible displacement is one of the most efficient recovery methods. Dispersion is a key phenomenon in miscible displacement. It controls the evolution of the mixing zone of both fluids and the propagation of injected fluid. The present study focuses on the development and evaluation of a mathematical model for the 1-D miscible and active displacement in an intrinsically heterogeneous porous media. The model, referred to as total concentration model (TCM), is developed based on the convection-dispersion equation (CDE) considering the interaction between rock and fluids. The phenomenological parameters involved in TCM are the dispersion coefficient, the mass transfer coefficient, the effective porosity of the porous medium at the time of the displacement and the amount of solute that is deposited or removed from the porous medium. These parameters may be better determined through multiparametric matching of the model to the data obtained in the laboratory. In order to evaluate the application of the TCM model, two sets of experiments (A and B), totaling 9 tests, were carried out. The tests were conducted with two brines displaced in carbonate rock samples. The concentration evolution along the porous medium was measured by X-Ray Computed Tomography (CT). The vast amount of data from the concentration profiles determined from the CT images from set A was analyzed and matched to the TCM model through the simulated annealing metaheuristic method (Simulated Annealing, SA). The global matching procedure, considering all curves in the concentration history, was used to determine the governing parameters for the involved phenomena. The amount of data used and the robustness of the method allowed a very good matching of the model to the experimental data. A dispersion coefficient of 0.01cm2/s for a 1 cm3/min flow rate; and 0.05 cm2/s for a 5 cm3/min flow rate was determined. The parameters of mass transfer and of the fluid interaction with the rock porous structure were also evaluated. Experiment B was carried out in order to double check solute deposition while flowing through the rock sample. In the TCM model, the phenomenon was quantified by the fr parameter. The concentration profiles of Experiment B were measured at the input, along the rock sample and at the output. From these profiles a mass balance was carried out to evaluate the fraction of solute deposited (fr) during the experiment. The determined values for fr were 0.2 to 0.4, figures that are consistent with the results obtained with the TCM matching procedure / Doutorado / Reservatórios e Gestão / Doutora em Ciências e Engenharia de Petróleo

Thesis (S.M.)--Joint Program in Oceanographic Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Ocean Engineering; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 1999. / Bibliography: p. 111-112. / by Kevin Xu. / S.M.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 2646193 bytes, checksum: 043989a54d6611e19c06eb6bcd7bba69 (MD5) Previous issue date: 2006-06-23 / Neste trabalho é proposta uma estratégia de solução para a construção otimizada de distritos postais. Distrito Postal consiste num conjunto de segmento de eixo de logradouros conectados. Dada uma localidade formada por inúmeros segmentos de logradouros, esse trabalho propõe o arranjamento de subgrupos conexos de segmentos de eixos de logradouros de modo a compor um distrito postal. A estratégia é transformar o sistema de logradouros de uma localidade em um grafo. A partir desse grafo, extrair seus respectivos subgrafos cíclicos que são entendidos como entidades atômicas. Essas entidades atômicas passam por um processo de montagem até comporem um conjunto de distritos postais. A metodologia aqui apresentada divide o trabalho em duas fases distintas: a primeira compreende o processo de obtenção dos subgrafos cíclicos; e a segunda compreende o processo de montagem de distrito postal. O processo de obtenção de subgrafos cíclicos consiste na obtenção da envoltória convexa do grafo e posterior extração dos subgrafos cíclicos tangentes às arestas dessa. Isso de forma sequencial, ou seja, determina-se a primeira envoltória convexa do grafo e extraemse seus respectivos subgrafos tangentes; determina-se a segunda envoltória convexa e extraem-se seus subgrafos, e assim sucessivamente. O trabalho de determinação da envoltória convexa e de extração dos subgrafos cíclicos é feito através de operações da geometria computacional. O processo de construção dos distritos postais se dá através da clusterização dos subgrafos cíclicos, usando como ferramenta a meta-heurística Simulated Annealing. O problema do Carteiro Chinês e Carteiro Chinês Capacitado são formulações suporte para o presente trabalho. O objetivo principal do trabalho é obter, de forma rápida e eficiente o distrito postal otimizado, com menor percurso improdutivo possível, oferecendo agilidade no processo de distribuição domiciliária de objetos postais. / This study proposes a strategia solution for the optimized construction of postal districts. Postal District is a set of segments of publics areas connecteds. Given a locality composed of uncounted segments of publics areas, this study proposes an arrangement of connects subgroups of publics areas with the goal of composing a postal district. The strategy is to transform the system of public areas of a place in a graph and from this graph, to extract their respective cyclical subgraphs that are understood as atomics entities. Those atomics entities are submited by an assembly process until compose a group of postal districts. The methodology here presented divides the study in two different phases: the first one understands the process of obtaining of the cyclical subgraphs; and the second one is understood as the assembly process of postal district The process of obtaining of cyclical subgraph consists in the obtaining of the hull convex of the graph and subsequent extracting up the cyclical subgraphs tangent to edge of that. That is, in a sequential way, in other words, it is determined the first convex hull of the graph and extract up their respective tangent subgraphs; it is determined the second convex hull and extract up their subgraphs and so forth. The study of determination of the convex hull and extracting of the cyclical subgraphs is done through operations of the computational geometry. The process of construction of the postal districts is given through the clustering of the cyclicals subgraphs, using as a tool the meta- heuristic Simulated Annealing. The Chinese Postman's Problem and Capacited Chinese Postman's Problem are formulations support for the present study. The main objective of the study is to obtain, in a fast and efficient way the optimized postal district, with smaller unproductive course possible, offering agility for the process of domiciliary distribution of postal objects.

A determinação do espectro de relaxação de polímeros utilizando dados de tensão oscilatória de baixa amplitude pode ser calculada assumindo-se que existe uma única função contínua H(λ) capaz de descrever o comportamento viscoelástico linear. O objetivo deste trabalho é determinar esta função ou uma aproximação da mesma utilizando um algoritmo estocástico denominado Simulated Annealing. A estratégia proposta é similar a proposta por Jensen (2002), entretanto, a lista de resfriamento do algoritmo foi modificada, objetivando-se uma maior robustez do referido algoritmo. A ferramenta computacional foi calibrada de forma a estimar com acurácia o espectro de relaxação discreto de outros polímeros. Os métodos de interpolação lagrangeana e de regressão não-linear foram aplicados para obter a função contínua do espectro de relaxação, a partir de um conjunto discreto de dados. Os resultados obtidos para o polietileno linear de baixa densidade (PELBD) comprovaram a eficiência da ferramenta computacional de otimização, sendo extremamente próximos aos fornecidos pelo reômetro AR 2000 (CENPES/PETROBRAS). / The determination of the relaxation spectrum using data from small amplitude oscillatory shear rate was accomplished by assuming that exists a unique continuous function H(λ) which describes linear viscoelasticity. The aim of this work is to determine this function or a close approximation using a computer stochastic algorithm called Simulated Annealing (SA). The strategy is the same proposed by Jensen, but the cooling schedule of SA algorithm was modified, in order to enhance the robustness of the referred algorithm. Besides, a calibration procedure was conducted for estimate accurate relaxation spectrum for other polymers. Lagrangean interpolation and nonlinear regression techniques were applied in order to obtain the continuous function that represent relaxation spectrum, using discrete data. The results generated for low linear density polyethylene (LLDPE) indicate the efficiency of the optimization computational tool, being extremely close to that produced by AR 2000 rheometer (CENPES/PETROBRAS).

A determinação do espectro de relaxação de polímeros utilizando dados de tensão oscilatória de baixa amplitude pode ser calculada assumindo-se que existe uma única função contínua H(λ) capaz de descrever o comportamento viscoelástico linear. O objetivo deste trabalho é determinar esta função ou uma aproximação da mesma utilizando um algoritmo estocástico denominado Simulated Annealing. A estratégia proposta é similar a proposta por Jensen (2002), entretanto, a lista de resfriamento do algoritmo foi modificada, objetivando-se uma maior robustez do referido algoritmo. A ferramenta computacional foi calibrada de forma a estimar com acurácia o espectro de relaxação discreto de outros polímeros. Os métodos de interpolação lagrangeana e de regressão não-linear foram aplicados para obter a função contínua do espectro de relaxação, a partir de um conjunto discreto de dados. Os resultados obtidos para o polietileno linear de baixa densidade (PELBD) comprovaram a eficiência da ferramenta computacional de otimização, sendo extremamente próximos aos fornecidos pelo reômetro AR 2000 (CENPES/PETROBRAS). / The determination of the relaxation spectrum using data from small amplitude oscillatory shear rate was accomplished by assuming that exists a unique continuous function H(λ) which describes linear viscoelasticity. The aim of this work is to determine this function or a close approximation using a computer stochastic algorithm called Simulated Annealing (SA). The strategy is the same proposed by Jensen, but the cooling schedule of SA algorithm was modified, in order to enhance the robustness of the referred algorithm. Besides, a calibration procedure was conducted for estimate accurate relaxation spectrum for other polymers. Lagrangean interpolation and nonlinear regression techniques were applied in order to obtain the continuous function that represent relaxation spectrum, using discrete data. The results generated for low linear density polyethylene (LLDPE) indicate the efficiency of the optimization computational tool, being extremely close to that produced by AR 2000 rheometer (CENPES/PETROBRAS).