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Neste trabalho, uma metodologia para otimização de processos baseada em metamodelos foi proposta. Para enfrentar problemas de simulação e otimização baseados em modelos complexos, soluções baseadas em modelos reduzidos foram propostas na literatura, designadas na literatura por metamodelos. O desempenho da otimização foi baseada em modelos kriging através do planejamento experimental Latin Hypercube Sampling. A krigagem é um método de interpolação que procura minimizar a variância estimada a partir de um modelo prévio. O principal objetivo desse trabalho foi simular o processo de produção de propeno e otimizá-lo através do método da krigagem, através dos softwares comerciais Aspen Plus® e Matlab®. Com o método kriging, atingiu-se resultados próximos daqueles obtidos através da solução rigorosa. Com a otimização, foi possível obter a melhor configuração de operação visando à minimização do consumo energético do processo.Palavras-chave: Propeno, Destilação, Otimização, Kriging

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2019-08-26T19:24:03Z No. of bitstreams: 1 GLADSON EULER LIMA JÚNIOR – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2019.pdf: 4203562 bytes, checksum: 9bcfb74de9fb38aecba8f8772ad7fff3 (MD5) Made available in DSpace on 2019-08-26T19:24:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GLADSON EULER LIMA JÚNIOR – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2019.pdf: 4203562 bytes, checksum: 9bcfb74de9fb38aecba8f8772ad7fff3 (MD5) Previous issue date: 2019-04-04 CNPq Devido aos recentes avanços tecnológicos no âmbito industrial com o desenvolvimento dos pilares da indústria 4.0 como big data, manufatura aditiva, simulação e internet das coisas (IoT), conceitos e técnicas de inteligência artificial passaram a ser amplamente difundidas. O aprendizado de máquina (ML) apresenta-se como um ramo da inteligência artificial que passou a ter seu desenvolvimento potencializado juntamente com o aumento da capacidade de armazenamento e análise de dados. O método gaussian process regressor (Kriging) apresenta-se como um dos métodos de ML indicados para aplicação em processos industriais devido a sua capacidade em lidar com respostas altamente não-lineares além de fornecer uma estimativa referente ao erro estatístico, modelando-o por meio de processos gaussianos. Visando contribuir com os avanços no âmbito industrial utilizando técnicas de ML, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da modelagem Kriging, por meio de uma metodologia desenvolvida para determinar o comportamento dinâmico de variáveis de processo. Como caso de estudo, utilizou-se um trocador de calor contracorrente, simulado no software Aspen Plus DynamicsTM pra obtenção dos dados dinâmicos das variáveis de maior grau de acoplamento do equipamento. A construção do modelo foi realizada no software PythonTM utilizando modelos de correlação estacionários (radial basis function (RBF), rational quadratic (RQ) e matern) e não estacionários (dot product) para avaliar qual modelo fornece a melhor predição. Os dados para treinamento (100 casos) e validação (10 casos) dos modelos foram gerados por meio da técnica de amostragem hipercubo latino (LHS). O modelo foi validado por meio da avaliação das métricas de erro médio quadrado (MSE), variância explicada (EVS) e coeficiente de determinação (R2), aplicadas a cada modelo de correlação. Por fim, um filtro de wavelet acoplado com um filtro média móvel foi proposto para suavização do comportamento predito pelos modelos. Os resultados indicam que para os dois outputs do modelo (temperatura de saída do fluido quente e frio), apenas a correlação dot product apresentou resultados significativos para ambos as temperaturas avaliadas, fornecendo comportamentos dentro dos limites de ± 4% de desvio para a simulação de validação escolhida para avaliação. Os testes de MSE, R2 e EVS corroboram com os resultados observados para comportamento predito das temperaturas de ambos os fluidos. Com a incorporação dos filtros foi possível confirmar a aplicabilidade dos mesmos em conjunto com modelo oriundo da correlação dot product. Due to the recent technological advances in the industrial segment with the development of the foundations of industry 4.0, such as big data additive manufacturing, simulation and internet of things (IoT), artificial intelligence concepts and techniques became widely known. The machine learning (ML) presents itself as a branch of artificial intelligence, which had its development propelled along with the rise in storage capabilities and data analysis. The gaussian process regressor method (Kriging) is one of the ML methods recommended for industrial processes applications due to its ability to deal with highly non-linear system responses, aside from the fact that it provides estimates regarding statistical error by modeling it as gaussian processes. Aiming to contribute to the advances in the industrial sphere by using ML techniques, the present work sets as goal to study Kriging modeling by the means of a methodology developed to determine the process variables dynamic behavior. As case study, it was used a counterflow heat exchanger simulated in the Aspen Plus DynamicTM software in order to obtain dynamic data of the highest coupled variables to the equipment. The model was built with the PythonTM programming language by using both stationary correlation models (radial basis function (RBF), rational quadratic (RQ) and matern) and non-stationary (dot product) to evaluate which one provided the best prediction. The model training (one hundred cases) and validation (ten cases) data sets were generated using the latin hypercube sampling (LHS) technique. The model was validated by evaluating the mean squared error (MSE), the explained variance score (EVS) and the determination coefficient (R2) applied to each correlation model. Ultimately, a wavelet filter coupled to a moving average filter was proposed to smoothen the behavior predicted by the models. The results indicate that for the two model outputs (output temperature of the hot and cold fluid) only the dot product correlation presented significant results, yielding behavior inside the range of ± 4% deviation in the validation scenario selected for appraisal. The MSE, R2 and EVS tests confirm the observed results for the predicted behavior for both fluid temperatures. The addition of filters made it possible to confirm the applicability of themselves while coupled with the resultant model from dot product correlation.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T12:26:13Z No. of bitstreams: 1 MARCÍLIO MÁXIMO DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 1518783 bytes, checksum: dfad1c1316712eda6e520bfdd752df58 (MD5) Made available in DSpace on 2018-10-17T12:26:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCÍLIO MÁXIMO DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 1518783 bytes, checksum: dfad1c1316712eda6e520bfdd752df58 (MD5) Previous issue date: 2018-04-16 A análise de processos de cristalização utilizando uma abordagem entrópica é o objetivo principal deste trabalho. Embora a modelagem de processos de cristalização esteja bem estabelecida na literatura, a representação entrópica desses processos ainda precisa ser estudada. Diante disso, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um modelo de processos de cristalização utilizando uma abordagem entrópica e avaliar os efeitos de variáveis do processo na taxa de produção de entropia do sistema. A modelagem considerando a segunda lei da termodinâmica resultou em um modelo que representa a taxa de geração de entropia de processos de cristalização. O modelo foi aplicado para um processo de cristalização em batelada por resfriamento de nitrato de potássio (KNO3). A avaliação da taxa de geração de entropia em função da temperatura foi analisada para diferentes perfis de temperatura. Os resultados indicam que o modelo entrópico do processo de cristalização em batelada possui conclusões interessantes, e o menor perfil de taxa de geração de entropia cumulativa corrobora com o maior tamanho médio dos cristais. Em conclusão, a relação entre a distribuição de tamanho de cristais e a taxa de geração de entropia pode ser aplicada em técnicas de otimização, em que a taxa de mínima geração de entropia é utilizada como um critério para melhorar a qualidade da distribuição de tamanho de cristal do produto final. The analysis of crystallization processes considering an entropic perspective is the primary purpose of this paper. Although the modeling of crystallization processes is well established in the literature, the entropic representation of these processes still needs to be studied. The main goal of this paper was the development of a model of crystallization processes using an entropic perspective and the evaluation of the effect of the process variables in the production rate of entropy of the system. The modeling considering the second law of thermodynamics was investigated, which resulted in a model that represents the entropy generation rate of the crystallization process. The model was applied for a cooling batch crystallization process of potassium nitrate (KNO3). The evaluation of the entropy generation rate as function of temperature was analyzed for different temperature profiles. The results indicate that the model brings significant findings of the entropy of the batch crystallization process, and the lowest cumulative entropy generation rate profile corroborate with the highest crystal mean weight size. In conclusion, the relationship between the crystal size distribution and the entropy generation rate can be used in optimization techniques, where the minimum entropy generation rate is a criterion to improve the quality of the crystal size distribution of the final product.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-17T15:14:14Z No. of bitstreams: 1 WILLY RODRIGO DE ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 5030697 bytes, checksum: 8a14506fd3d3d6346a2c2cd041ea7844 (MD5) Made available in DSpace on 2018-10-17T15:14:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WILLY RODRIGO DE ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2018.pdf: 5030697 bytes, checksum: 8a14506fd3d3d6346a2c2cd041ea7844 (MD5) Previous issue date: 2018-04-13 Capes Como contribuição inicial, este trabalho propõe a substituição do MPT por um código desenvolvido em MATLAB®, uma vez que este sana a deficiência do primeiro em regiões não convexas. No âmbito da operabilidade estacionária, aborda dois estudos de caso: uma mistura de correntes com diferentes restrições em vazões e temperaturas e um CSTR encamisado para condução de uma reação exotérmica. Neste, a EDS foi tratada do ponto de vista estatístico, em que quanto maior o distúrbio menor a probabilidade de ocorrência. Informações relativas ao índice de operabilidade (OI) foram inseridas em um controlador proporcional-integral de modo que este conduzisse, de forma rápida e direta, a um estado permanente que garanta as especificações desejadas. Quanto à perspectiva de operabilidade dinâmica, a proposta é fundamentada na análise a cada período. O modelo utilizado, bem como suas condições e restrições foi delimitado por um reator batelada de bancada. Uma rotina programada em VBA é capaz de realizar experimentações numéricas de forma automática e foi desenvolvida com o propósito de simular um massivo planejamento experimental utilizado na metodologia dependente do tempo. Este código cria um banco de dados série-temporal, aplica uma técnica para reconciliação dos elementos quanto ao passo e pode ser utilizada conjuntamente a grande maioria dos simuladores dinâmicos comerciais. Foi sugerida uma nova abordagem para a região desejada (DOS) baseada na região de confiabilidade conjunta de modo a estabelecer este conjunto em cada intervalo e com caráter de controle estatístico de processos. A proposta para delimitação dos entornos necessários à operabilidade apresentou respostas satisfatórias diante comportamentos convexos ou não. Os resultados mostraram que a EDSp apresentou maior eficiência em problemas não lineares, já que leva em conta um histórico na determinação de perturbações e a consideração dos extremos não necessariamente abrange os intermediários. Mediante falhas em faixas esperadas, a conciliação de operabilidade a uma malha “feedback” sempre assegurou a DOS. Foi obtido um perfil de superfícies, para monitoramento e controle da operação ao longo do tempo, que conduz à DOS requerida ao final da batelada. As an initial contribution, this work proposes the MPT replacement by a code developed in MATLAB®, since it heals the deficit of the first one in non-convex regions. In the stationary operability scope, it deals with two case studies: a mixture of streams with different restrictions in flow and temperatures and a jacketed CSTR to conduct an exothermic reaction. In this, the method treated the EDS from a statistical point of view in which as larger is the disorder lower is the probability of occurrence. Information on the operability index (OI) was entered into a proportional-integral controller so that it would lead, quickly and directly, to a steady state that guarantees the desired specifications. In dynamic operability scenery, the proposal performs analysis in each period. A batch bench reactor delimited the model as well as its conditions and restrictions. A VBA routine capable of automatically performs numerical experiments was developed with the purpose of simulating one massive experimental planning used in the time-dependent methodology. This code creates a time-series database, applies a technique for reconciling the elements in step and can be used with the vast majority of dynamic commercial simulators. A new approach for the DOS based on joint confidence region was suggested to establish this set at each interval and with statistical process control character. The proposal for shape delimitations required along the procedure showed satisfactory responses to convex and non-convex behaviors. The results showed that the EDSp presented greater efficiency in nonlinear problems since it takes into account historical data in the disturbance determination. Also, the extreme perturbation values do not necessarily cover the intermediates. Through failures in expected ranges, the reconciliation of operability and a feedback loop has always ensured DOS. Surface profiles were obtained for monitoring and control the operation over time, leading to the required DOS at the end of the batch.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-16T12:27:26Z No. of bitstreams: 1 AMANDA SANTANA PEITER - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4504888 bytes, checksum: 524c2d78079fab537fef86ee47f99f28 (MD5) Made available in DSpace on 2018-08-16T12:27:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AMANDA SANTANA PEITER - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4504888 bytes, checksum: 524c2d78079fab537fef86ee47f99f28 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 O consumo de combustíveis derivados do petróleo aumenta a cada ano, o que resulta no aumento da poluição atmosférica. Devido a isso a economia mundial necessita de fontes alternativas de energia. O biodiesel existe como alternativa ao diesel. Biodiesel pode ser obtido a partir da reação de transesterificação, na qual os triglicerídeos presentes nos óleos vegetais ou gorduras animais reagem com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador para obter os ésteres de ácidos graxos. Neste trabalho foi encontrada a cinética da reação de transesterificação de óleo de soja com metanol e com etanol, na presença de hidróxido de sódio, para produzir biodiesel. Para o biodiesel metílico a cinética foi de primeira ordem e para o etílico a cinética foi de segunda ordem. Esses dados da cinética foram utilizados para fazer simulações das reações. A técnica de fluidodinâmica computacional CFD permite um estudo profundo e detalhado, inclusive análises de campos de velocidade e pressão, sem a necessidade de técnicas experimentais avançadas de análise ou custos financeiros para montagem de planta piloto. Essa técnica é desenvolvida principalmente em pacotes comerciais como o Ansys, que oferece diversas interfaces gráficas e modelos. Neste trabalho foi criada a geometria e a malha para o tanque com os diferentes impelidores e inseridas as condições da reação para encontrar os resultados. O modelo utilizado foi o de turbulência k- ε, a cinética foi considerada de primeira ordem para o metanol e de segunda ordem para o etanol e o sistema considerado monofásico e multicomponente. A simulação para o etanol não se mostrou satisfatória, pois as frações mássicas simuladas não tiveram o comportamento semelhante ao experimental. Já para as reações com metanol, as frações mássicas obtidas pela simulação ficaram bem próximas as encontradas experimentalmente, mostrando que a simulação foi satisfatória. The consumption of fuels derived from petroleum increases every year, resulting in increased air pollution. Because of this the world economy needs alternative sources of energy. Biodiesel exists as an alternative to diesel. Biodiesel can be obtained from the transesterification reaction in which the triglycerides present in vegetable oils or animal fats react with short chain alcohol in the presence of a catalyst to obtain the fatty acid esters. In this work the kinetics of the reaction of transesterification of soybean oil with methanol and with ethanol in the presence of sodium hydroxide to produce biodiesel was found. For the methyl biodiesel the kinetics was of first order and for the ethyl the kinetics was of second order. These kinetic data were used to simulate the reactions. The CFD computational fluid dynamics technique allows in-depth and detailed study, including velocity and pressure field analyzes, without the need for advanced experimental analysis techniques or financial costs for pilot plant assembly. This technique is mainly developed in commercial packages such as Ansys, which offers several graphical interfaces and models. In this work the geometry and the mesh were created for the tank with the different impellers and the conditions of the reaction were inserted to find the results. The k-ε turbulence model was used, kinetics was considered first-order for methanol and second-order for ethanol and the system considered single-phase and multicomponent. The simulation for the ethanol was not satisfactory, since the simulated mass fractions did not have the behavior similar to the experimental one. As for the reactions with methanol, the mass fractions obtained by the simulation were very close to those found experimentally, showing that the simulation was satisfactory.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-16T13:03:53Z No. of bitstreams: 1 JULIANA CORDEIRO NUNES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 2293745 bytes, checksum: c60baeed38c440f535a6b8170f9736f4 (MD5) Made available in DSpace on 2018-08-16T13:03:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANA CORDEIRO NUNES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 2293745 bytes, checksum: c60baeed38c440f535a6b8170f9736f4 (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 A pesquisa por fontes alternativas de energia tem sido cada vez mais intensa. Nesse contexto, surge o biodiesel, biocombustível que apresenta as seguintes características: emite menos poluente que o diesel de petróleo, biodegradável, renovável, não tóxico, dentre outras. O biodiesel é produzido através da reação de transesterificação, onde o óleo vegetal ou a gordura animal reage com álcool de cadeia curta na presença de um catalisador. O óleo de girassol é uma oleaginosa com potencial utilização para a produção do biodiesel, visto que pode ser plantada no Nordeste brasileiro no período chuvoso. Após a reação de transesterificação, o produto reacional contém impurezas que precisam ser retiradas e, para isso, devem ser realizadas a lavagem e a purificação do produto reacional. Para realizar a lavagem e a purificação é necessário conhecer o equilíbrio líquido-líquido de misturas formadas por água, glicerina, biodiesel e álcool. E, para isso, pode ser preciso ter posse dos dados termodinâmicos. O objetivo deste trabalho é realizar o estudo termodinâmico sobre o equilíbrio de fases de sistemas ternários (biodiesel de girassol – álcool – glicerina) e pseudoquaternários (biodiesel de girassol – álcool – glicerina – água/ácido diluído). Para isso, foi utilizado o método da minimização da energia de Gibbs, à temperatura e pressão constantes. Para representar as fases formadas em cada sistema, foi empregado o modelo UNIQUAC. Os parâmetros de interação binária entre os compostos foram estimados através do método dos mínimos quadrados. O sistema ternário formado por biodiesel metílico de girassol – metanol – glicerina, foi analisado à 25ºC, 35ºC e 45ºC e foi observado que o efeito da temperatura foi pouco expressivo, havendo uma pequena redução da região de imiscibilidade à 45ºC. Foram estudados os sistemas pseudo-quaternários formados por biodiesel metílico de girassol – metanol – glicerina – água destilada/ácido sulfúrico diluído, o sistema ternário de biodiesel etílico de girassol – etanol – glicerina e também os sistemas pseudo-quaternários formados por biodiesel etílico de girassol – etanol – glicerina – água destilada/ácido sulfúrico diluído. Em todos os sistemas pseudo- quaternários foi observado que a presença de água/ácido diluído: aumenta a região de separação de fases, não havendo alteração expressiva no comportamento da curva ao aumentar a quantidade de água destilada/ácido diluído de 50% para 75% em relação à massa da glicerina; e diminui a solubilidade do biodiesel na fase rica em glicerina+água destilada/ácido diluído. Na modelagem termodinâmica do ELL, os dados experimentais foram comparados com os valores calculados pelo modelo UNIQUAC, onde obteve-se uma boa concordância entre os dados experimentais e os valores calculados, uma vez que o maior desvio apresentado foi de 0,27%. Isso mostra que, no estudo no ELL dos sistemas analisados, podem ser utilizados os parâmetros calculados. Observou-se que é satisfatório o uso do modelo UNIQUAC para tais sistemas. The search for alternative sources of energy has been increasingly intense. In this context, it appears the biodiesel, biofuel that has the following characteristics: it emits less pollutant than petroleum diesel, biodegradable, renewable, non-toxic, among others. biodiesel is produced through the transesterification reaction, where vegetable oil or animal fat reacts with short chain alcohol in the presence of a catalyst. Sunflower oil is an oleaginous with potential use for the production of biodiesel, since it can be planted in the Brazilian Northeast during the rainy season. After the transesterification reaction, the reaction product contains impurities that need to be removed and, for this, the wash and purification of the reaction product must be carried out. To carry out the washing and the purification it is necessary to know the liquid-liquid equilibrium of mixtures formed by water, glycerine, biodiesel and alcohol. And for that, it may be necessary to have possession of the thermodynamic data. The objective of this work is to perform the thermodynamic study on the phase equilibrium of ternary systems (sunflower biodiesel - alcohol - glycerin) and pseudo - quaternaries (sunflower biodiesel - glycerine - water / diluted acid). The Gibbs energy minimization method was used at constants temperature and pressure. To represent the phases formed in each system, the UNIQUAC model was used. The parameters of binary interaction between the compounds were estimated using the least squares method. The ternary system formed by sunflower methyl biodiesel - methanol - glycerin was analyzed at 25ºC, 35ºC and 45ºC and it was observed that the effect of the temperature was not very expressive, with a small reduction of the region of immiscibility at 45ºC. We studied the pseudo quaternary systems formed by sunflower methyl biodiesel - methanol - glycerol - distilled water / diluted sulfuric acid, the ternary l system of ethyl biodiesel of sunflower - ethanol – glycerin and also the pseudo - quaternary systems formed by sunflower ethyl biodiesel - ethanol - glycerin - distilled water / diluted sulfuric acid. In all pseudo-quaternary systems it was observed that the presence of diluted water / diluted acid: increases the region of phase separation, with no significant change in the behavior of the curve by increasing the amount of distilled water / diluted acid from 50% to 75% relative to the glycerol mass; and decreases the solubility of biodiesel in the rich phase at glycerin + distilled water / dilute acid. In the thermodynamic modeling of the LLE, the experimental data were compared with the values calculated by the UNIQUAC model, where a good agreement was obtained between the experimental data and the calculated values, since the largest deviation was 0.27%. This shows that, in the LLE study of the analyzed systems, the calculated parameters can be used. It was observed that the use of the UNIQUAC model for such systems is satisfactory.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T11:49:34Z No. of bitstreams: 1 DEBORAH ALMEIDA DOS ANJOS - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 3469250 bytes, checksum: 3edf8a20f21e939dbbc3493542611649 (MD5) Made available in DSpace on 2018-10-18T11:49:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DEBORAH ALMEIDA DOS ANJOS - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 3469250 bytes, checksum: 3edf8a20f21e939dbbc3493542611649 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 Muitos acidentes envolvem lançamentos bifásicos de produtos químicos perigosos para a atmosfera, sendo eles muitas vezes armazenados e transportados na forma de gases liquefeitos sob a sua pressão saturada. Nestes casos, ao entrar em contato com o ambiente, o produto liberado irá se dispersar como um jato de vapor com pequenas gotículas, as quais evaporam provocando alterações na temperatura e composição do gás circundante. As gotículas maiores podem cair sobre o solo (rainout) formando uma poça que irá espalhar-se e evaporar. Gotas menores que um tamanho crítico permanecerão no jato e serão evaporadas devido ao ar arrastado. Nesse sentido, tendo em vista que a estimativa do comportamento do material liberado é necessária para a avaliação do perigo, este trabalho tem como objetivo determinar a extensão da área classificada para liberações bifásicas, utilizando como estudo de caso situações de vazamento com gás liquefeito de butano, em seu estado saturado à temperatura ambiente, e propano armazenado à 321 K e 20,64 bar. Utilizou-se o modelo proposto por Long para jato turbulento subsônico e o modelo para jato bifásico apresentado em Kukkonen para prever esta extensão. A partir da análise dos resultados observou-se para o propano como componente da liberação, um resultado satisfatório quando comparado ao obtido em CFD, apresentando ambos aproximadamente 1,3 m de extensão. A extensão para a situação de vazamento do butano apresentou um valor conservativo (86 m), tendo em vista que o orifício de vazamento possui um diâmetro considerável. Estes resultados são importantes uma vez que podem auxiliar em situações semelhantes na classificação de áreas. Tendo em vista que não há na literatura dados de extensão, este trabalho possui uma inovação prática podendo servir como base para normatização do cálculo de extensão de áreas classificadas para liberações bifásicas. Many accidents involve biphasic release of hazardous chemicals into the atmosphere; they are often stored and transported in the form of liquefied gas under its saturated pressure. In these cases, in the contact with the environment, the released product will disperse as a steam jet with small droplets, which evaporate causing changes in temperature and composition of the surrounding gas. The larger droplets may fall on the ground (rainout) forming a pool that will spread and evaporate. Droplets smaller than a critical size will remain on the jet and will be evaporated due to entrained air. In this case, in view of estimate of the behavior of the released material is useful for a hazard assessment, this work aims to determine the extent of the classified area for biphasic releases, using as case studies liquefied gas leakage of butane, in its Saturated state at ambient temperature, and propane at 321 K and 20,64 bar. Used the model proposed by Long for turbulent subsonic jet and model for two-phase jet in Kukkonen to predict this extension. From the analysis of the results it was observed for propane as a release component, a satisfactory result when compared to the one obtained in CFD, presenting approximately 1.3 m extension. The extent to the leakage situation of the butane presented a conservative value (86 m), considering that the pouring hole has a considerable diameter. These results are important since they may help in similar situations in the classification of areas. In view of the lack of extension data available in the literature, this work has a practical innovation and can serve as a basis for standardization of the calculation of extension of classified areas for biphasic releases.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-19T12:15:24Z No. of bitstreams: 1 ARIANNE DE FREITAS BARROS SOARES - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1645096 bytes, checksum: d2c070ce1e85b955e552b026e872343c (MD5) Made available in DSpace on 2018-10-19T12:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARIANNE DE FREITAS BARROS SOARES - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1645096 bytes, checksum: d2c070ce1e85b955e552b026e872343c (MD5) Previous issue date: 2017-01-27 O presente trabalho estende a metodologia de análise e otimização de processos químicos via minimização da taxa de produção de entropia a um sistema considerado complexo e pouco explorado pela metodologia adotada. Com o intuito de determinar as condições ótimas operacionais do processo, um sistema de reações múltiplas, genéricas e consecutivas conduzidas em um reator de mistura perfeita foi analisado. Tendo em vista que o produto intermediário é o de interesse comercial, o desenvolvimento da metodologia foi baseado nos balanços de massa e energia associados ao balanço entrópico objetivando a minimização da taxa de produção de entropia da reação de interesse. Em conformidade com estudos antecedentes, o procedimento de otimização revelou que a obtenção de uma relação entre a temperatura de alimentação e a temperatura de operação é fundamental para que a condição de mínima produção de entropia seja alcançada. Se tratando da temperatura de reação, uma única condição operacional foi considerada ótima do ponto de vista da mínima produção de entropia, maximizando o rendimento do produto desejado; enquanto que a metodologia clássica de análise e otimização sugeriu diversos pontos operacionais, incluindo um que direciona o sistema para a maximização do produto indesejado em detrimento do produto de interesse. Por se tratar de reações consecutivas, um parâmetro construtivo do reator também foi analisado para alcançar a condição de mínima entropia. A otimização entrópica do tempo de residência revelou que quanto maior for seu valor menor será a taxa de produção de entropia. Uma análise econômica de modo simplificado foi aplicada ao sistema com o intuito de se configurar um critério de seleção de tal parâmetro. Os resultados obtidos revelaram uma nova condição operacional capaz de reduzir os custos energéticos do processo e melhorar o desempenho reacional do sistema. The present study extends the methodology of analysis and optimization of chemical process by minimizing the entropy rate production to a system considered complex and still not explored by the adopted methodology. In order to determinate the optimal operational conditions of the process, a system of multiple generic and consecutive reactions conducted in a perfect mixing reactor was analyzed. Since the intermediate product is of commercial interest, the development of the methodology was based on the mass and energy balances associated with the entropic balance aiming to minimize the entropy rate production of the reaction of interest. In accordance with previous studies, the optimization procedure revealed that obtaining a relation between inlet and operating temperatures is essential to reach the minimum entropy production condition. If treating of reaction temperature, a single operational condition was considered optimal from the point of view of minimum entropy production, while the classical analysis methodology suggested several operating points. Because it is a consecutive reaction, a constructive parameter of the reactor was also analyzed to reach the minimum entropy condition. The entropic optimization of the residence time revealed that the higher its value the lower is the entropy rate production. A simplified economic analysis was applied in order to configure a selection criterion for such parameter. The results reveals a new operating condition capable of reducing the energy costs of the process and improving the reactive performance of the system.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-09T21:45:39Z No. of bitstreams: 1 ADRIANA BARBOSA DA COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2381705 bytes, checksum: 9ae8c9d691a6fa4d5aa82e113e910d76 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-09T21:45:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADRIANA BARBOSA DA COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2381705 bytes, checksum: 9ae8c9d691a6fa4d5aa82e113e910d76 (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 Um constante estudo para o tratamento de águas residuais e descarte de efluentes é necessário a fim de lidar com normas cada vez mais rígidas nesse âmbito. As estações de tratamento de águas residuais podem ser consideradas sistemas altamente não-lineares, devido a existência de perturbações, bem como a interação de um número considerável de variáveis do processo. Neste contexto, o estudo, otimização e controle dessas plantas são essenciais para o bom funcionamento do processo em atenção às exigências. Vários métodos de otimização são propostos na literatura, e suas implementações em aplicações de engenharia podem ser significativamente melhoradas pelo uso de metamodelos representando o modelo rigoroso do processo a partir de dados computacionais. O presente trabalho trata do desenvolvimento de metamodelos, pela aplicação do modelo Kriging, para um processo de tratamento de águas residuais. Para tal, são realizadas as etapas de amostragem de pontos, por meio do Latin Hypercube Sampling, estimação dos parâmetros e validação. A metodologia proposta baseiase na geração de dados computacionais por meio do modelo rigoroso para o Benchmark Simulation Model N°2, implementado no Simulink®, e na otimização do processo utilizando os metamodelos Kriging. Estes modelos obtidos através de dados de processo rigoroso mostram uma alta precisão e minimização do esforço computacional para o processo de otimização. A Programação Quadrática Seqüencial e o Algoritmo Genético são utilizados para a tarefa de otimização, bem como a geração do modelo de Otimização em Tempo Real. Os resultados obtidos no modelo de referência demonstram a potencialidade da metodologia proposta para minimizar o custo do processo enquanto obedecem as restrições do efluente para as águas residuais tratadas. A continuous study for improving the treatment of wastewater and the effluent disposal is necessary in order to deal with increasingly stringent environmental laws in this field. Wastewater treatment plants can be considered as highly non-linear systems, due to the existing disturbances as well as the interaction of a considerable number of process variables. In such a context, the study, optimization and control of these plants are essential for the proper operation of the process with respect to requirements. Several optimization methods are proposed in the literature and, their implementation for engineering applications can be significantly improved by the use of metamodels representing the rigorous model of the process starting from computational data. The present work deals with the development of metamodels, such as the Kriging model, a wastewater treatment process. To this end, the steps of data sampling, through Latin Hypercube Sampling, parameter estimation and validation are performed. The proposed methodology is based on the generation of computational data through the rigorous model of the Benchmark Simulation Model No. 2, implemented in Simulink®, and the optimization of the process using of the Kriging metamodels. These models obtained through the rigorous process data show a high accuracy and the computational effort of the optimization methods. The Sequential Quadratic Programming and Genetic Algorithm are used for the optimization task, as well as the generation of the Real Time Optimization model. The achieved results on benchmark model demonstrate the potentiality of the proposed methodology, to minimize the process cost while obeying the effluent restrictions of the treated wastewater.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-14T21:19:45Z No. of bitstreams: 1 PAULO GUILHERME SILVA DE GOÉS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2059035 bytes, checksum: 422a69768c36f09a757f3e56b6dd7eb0 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-14T21:19:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO GUILHERME SILVA DE GOÉS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2059035 bytes, checksum: 422a69768c36f09a757f3e56b6dd7eb0 (MD5) Previous issue date: 2016-11-07 CNPq As aplicações de novas metodologias para análise e otimização de sistemas reativos podem ser consideradas como fatores decisivos para o crescimento e a consolidação de um dado processo industrial. Vários estudos demonstram que quando fundamentações termodinâmicas, especialmente a segunda lei, são inseridas na metodologia de análise e otimização de processos químicos, melhores resultados são obtidos. Tal fato ocorre devido a capacidade da segunda lei da termodinâmica de mensurar, através da entropia, a tendência de a energia fluir em uma direção particular para que uma distribuição de energia mais uniforme seja alcançada. Tornando-se, assim, a entropia, uma propriedade de fundamental importância na análise de tais processos. Entretanto, apesar do crescente desenvolvimento destas metodologias, observa-se uma carência nos indicadores que comprovam a melhoria do sistema em estudo, isto é, falta um indicador que consiga de maneira simples e objetiva identificar a direção do estado ótimo de operação. Portanto, este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um índice de desempenho entrópico para aplicação em sistemas reacionais, o qual está fundamentado na termodinâmica clássica, em especial no conceito da máxima entropia. Tal indicador utiliza o conceito básico da máxima entropia para indicar o quão eficientemente se processou uma determinada reação química, de modo a atingir a máxima produtividade do produto de principal interesse econômico, e consequentemente, a mínima entropia do sistema final. Para ilustrar o desempenho do índice desenvolvido, utilizou-o como parâmetro para a escolha do melhor estado de operação em três estudos de casos. Através do índice desenvolvido, pode-se de maneira simples afirmar qual é a melhor condição de operação, para comprovar tal premissa um conjunto de indicadores clássicos são utilizados de maneira auxiliar. Os resultados indicam ser o índice consistente, eficiente e relevando ainda o quão afastado o processo se encontra da sua condição ótima, além de ser de fácil aplicação. The applications of new methodologies for analysis and optimization of reactive systems can be considered as decisive factor for the growth and consolidation of a given industrial process. Several studies demonstrate that when thermodynamics fundamentals, especially the second law, are inserted in the methodology of analysis and optimization of chemical process, better results are obtained. This is due to the ability of the second law of thermodynamics to measure, through entropy, the tendency for energy to flow in a particular direction so that a more uniform energy distribution is achieved. Thus, entropy becomes a property of fundamental importance in the analysis of such process. However, despite the growing development of these methodologies, there is a lack indicators that prove the improvement of the system under study, that is, an indicator that simply and objectively identifies the direction of the optimal operating state is lacking. Therefore, the objective of this work was the development of an entropic performance index for application in reactional systems, which is based on classical thermodynamics, especially in the concept of maximum entropy. This indicator uses the basic concept of maximum entropy to indicate how efficiently a given chemical reaction has been processed in order to achieve the maximum productivity of the product of primary economic interest and consequently, the minimum entropy of the final system. To illustrate the performance of the develop index, it was used as a parameter for choosing the best state of operation in three case studies. Through the developed index, one can easily state which is the best operating condition, to prove this premise a set of classic indicators are used in a auxiliary way. The results indicate that the index is consistent, efficient and also reveals how far the process is from its optimal condition, besides being easy to apply.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-08T20:19:59Z No. of bitstreams: 1 BRUNO BRITO DANTAS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1656780 bytes, checksum: eef180b8a56ee0bcd0361febde377c56 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-08T20:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BRUNO BRITO DANTAS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1656780 bytes, checksum: eef180b8a56ee0bcd0361febde377c56 (MD5) Previous issue date: 2016-10 Capes A destilação extrativa é um dos mais importantes procedimentos utilizados para a separação de misturas azeotrópicas na indústria química, porém é um método relativamente caro, tendo em vista sua alta demanda energética. As limitações dessa operação vêm estimulando durante décadas, estudos acerca de alternativas que os minimizem. A intensificação de processos por meio do acoplamento térmico entre colunas de destilação é uma opção que vem recebendo cada vez mais atenção, haja vista os bons resultados que trabalhos publicados nessa área têm apresentado. Porém, recentemente alguns estudiosos tiveram conclusões que vão de encontro à toda eficiência creditada ao acoplamento térmico, o que torna necessário ainda mais estudos a cerca dessa tecnologia. Devido a essas divergências, surgem também dúvidas a respeito do método mais adequado para a implementação de um sistema de destilação termicamente acoplado, uma vez que se observa o emprego de diversos métodos na tentativa de alcançar um design para essas configurações que nem sempre repercutem na melhor alternativa. Neste trabalho foi descrito um procedimento para a obtenção do ótimo design de sequências de destilação convencional (CS) e termicamente acoplada (TCS), além da obtenção do ótimo operacional, baseado no método de otimização desenvolvido por Figueiredo et al. (2015). A metodologia foi aplicada à simulação de dois sistemas, acetonametanol-água (M1) e acetona-metanol-DMSO (M2), e seus resultados foram comparados em termos de consumo anual total (TAC) e consumo específico de energia (SEC) com a literatura. A aplicação do procedimento de otimização alcançou reduções de até 30% e 15% do TAC das configurações CS e TCS, respectivamente, quando comparadas com a literatura, comprovando sua eficiência. Ademais, o uso de diferentes solventes nos permitiu chegar à conclusão de que nem sempre o acoplamento térmico é a melhor opção. Extractive distillation is one of the most important procedures for the separation of azeotropic mixtures in the chemical industry, but it is a relatively expensive method, given its high energy demand. The limitations of this operation has been stimulating for decades, studies on alternatives to minimize them. The intensification process through thermal coupling between distillation columns is an option that has been receiving increasing attention, considering the good results that papers published in this area have shown. But recently some researchers presented findings that go against all efficiency credited to the thermal coupling, which makes it even more necessary studies about this technology. Due to such differences, questions arise regarding the most appropriate method for implementing a distillation system thermally coupled, as observed employing various methods in the attempt at achieving a design for those configurations that impact is not always the best alternative. This paper described a procedure for obtaining the optimal design of conventional distillation sequences (CS) and thermally coupled (TCS), in addition to obtaining the optimum operating based on the optimization method developed by Figueiredo et al. (2015). The methodology was applied to the simulation of two systems, acetone-methanol-water (M1) and acetone-methanol-DMSO (M2), and their results were compared in terms of TAC and SEC with literature. The application of the optimization procedure resulted in reductions of 30% and 15% of the TAC of the CS and TCS configurations, respectively, when compared with the literature, proving its efficiency. Futhermore, the use of different solvents has allowed us to reach the conclusion that not always the thermal coupling is the best option.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T01:58:52Z No. of bitstreams: 1 THASSIO NÓBREGA GOMES - TESE PPGEQ 2016..pdf: 2654061 bytes, checksum: ac0f5ea653fa24b05725f94f3e01236b (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-23T01:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THASSIO NÓBREGA GOMES - TESE PPGEQ 2016..pdf: 2654061 bytes, checksum: ac0f5ea653fa24b05725f94f3e01236b (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 A influência do trabalho mecânico nos procedimentos de otimização via minimização da taxa de geração de entropia (EGM) de sistemas reativos e não reativos, tem sido objeto de análise nesta tese. As metodologias utilizadas na maioria dos trabalhos de otimização empregam, em sua estrutura, apenas balanços de massa e energia, desconsiderando a 2° Lei da termodinâmica a qual possui aplicações relevantes nos sistemas propostos. A metodologia usada consiste na utilização conjunta da 1° e 2° Lei da termodinâmica visando estabelecer as condições ótimas de operação do processo de produção do propileno glicol (sistema reativo) e da cristalização do ácido monocloroacético (sistema não reativo). Portanto, o principal objetivo consiste na determinação dos efeitos do sistema de agitação nos procedimentos de otimização por meio da EGM aplicada aos sistemas reativos e não reativos. Tais considerações têm sido possíveis através da análise dimensional, de acordo com o método de Rayleigh & Buckingham, que leva em conta os parâmetros físicos e geométricos e as variáveis chave do sistema. Considerando o sistema reativo observa-se um aumento significativo na taxa de conversão, de 36% (sistema de não-optimizado) a 95% (sistema optimizado) com uma consequente redução de subprodutos. Para o sistema de cristalização a inclusão do sistema de agitação permite observar um aumento da taxa de geração de entropia; tal comportamento pode produzir um impacto significante no sistema de refrigeração. Além disso, tem sido possível estabelecer a influência do trabalho do agitador no procedimento de otimização para os sistemas reativos e não reativos. Os resultados também indicam que com a utilização da análise entrópica como ferramenta de otimização, tem-se comprovado serem simples e fácil de aplicar visto que exigem baixo esforço computacional. The integration of stirring systems in the calculation and optimization procedures has suffered a significant lack of attention, what it can reflect in the results because such systems provide an additional energy to the process, besides promote a better distribution of mass and energy. This is meaningful for the reactive systems, particularly for the Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), for which the key variables and parameters, as well as the operating conditions of stirring systems can play a pivotal role. Neglected these factors can lead to sub-optimal results as can be observed in the literature. It is also well known that the sole use of the First Law of Thermodynamics as an optimization tool can not yield expected results, hence the joint use of the First and Second Laws condensed into a procedure so-called entropy generation minimization (EGM) has shown itself able to drive the system towards better results. Therefore, the main objective of this thesis is to determine the effects of key parameters of the stirring system in the optimization procedures by means of EGM applied to the reactive and non reactive systems. Such considerations have been possible by dimensional analysis according to Rayleigh and Buckingham's method, which takes into account the physical and geometric parameters and the variables of the reactive system. Consider for the simulation purpose the production of propylene glicol, the results have shown a significant increase in the conversion rate from 36% (not-optimized system) to 95% (optimized system) with a consequent reduction of byproducts. In addition, it has been possible to establish the influence of the work of the stirrer in the optimization procedure for the reactive and non reactive systems. The results also indicate that the use of the entropic analysis as optimization tool has been proved to be simple, easy to apply and requiring low computational effort.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T19:16:15Z No. of bitstreams: 2 GARDÊNIA MARINHO CORDEIRO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 4354292 bytes, checksum: 1f9e0bf89dc6a2e1c64d5fa7f2e58a85 (MD5) ANEXO_TESE.pdf: 3069265 bytes, checksum: da63715d85442ba1e5c536dc5ebe121f (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-23T19:16:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 GARDÊNIA MARINHO CORDEIRO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 4354292 bytes, checksum: 1f9e0bf89dc6a2e1c64d5fa7f2e58a85 (MD5) ANEXO_TESE.pdf: 3069265 bytes, checksum: da63715d85442ba1e5c536dc5ebe121f (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 Capes A intensificação de processos através de colunas de parede dividida (DWC) e acoplamento térmico de duas colunas (TCS) são apontadas na literatura consultada como uma das alternativas mais promissoras para redução do consumo energético do processo de destilação. Especificamente ao processo de destilação extrativa, o uso destas configurações ainda é questionável e não consensual quanto ao seu potencial de redução de custos totais. Neste trabalho, a fim de avaliar rigorosamente a viabilidade de configurações TCS, três abordagens de redução de energia (otimização, integração térmica e acoplamento térmico) são analisadas e concatenadas de modo a reduzir o custo anual total (TAC) e consumo específico de energia (SEC). O uso de um procedimento de otimização baseado no teor de solvente, com garantia de solução ótima global foi eficiente na redução desses custos, uma vez que apresentou menores resultados (de SEC e TAC) em comparação com todos os fluxogramas da literatura analisados. A inclusão de uma integração térmica para pré-aquecer a alimentação do azeótropo com a corrente de reciclo mostrou-se competitiva com o uso do acoplamento térmico. Para estender a avaliação em configurações DWC, considerando a equivalência em termos de estágio de equilíbrio com TCS, é proposto uma estratégia sistemática para obtenção de uma configuração DWC otimizada, em termos operacionais e de design. Um comparativo rigoroso entre DWC e CS (também otimizada) foi realizado e demonstrou a influência do número de estágios das colunas no desempenho dessas configurações. Em relação aos custos energéticos, todas as DWC’s mostraram-se favoráveis, entretanto, o percentual de redução de carga térmica depende de qual CS tomou-se como referencial. Os melhores resultados de TAC foram obtidos para colunas com o número de estágios bem distintos em cada lado da parede, entretanto, essas colunas não superaram os sistemas convencionais otimizados. Economicamente, a decisão sobre o tipo de configuração mais viável para uma aplicação industrial pode ser tomada como base nas estratégias apresentadas, observando o trade-off entre a capacidade de redução energética das DWC’s e os custos do processo das configurações otimizadas. The process intensification through dividing wall column (DWC) and thermal coupling of two columns (TCS) are noted in the literature consulted as one of the most promising alternatives to reduce energy consumption of the distillation process. Specifically by extractive distillation process, the use of these settings is still questionable and nonconsensual as to its potential to reduce total costs. In this work, in order to assess accurately the feasibility of TCS, three approaches of energy reduction (optimization, thermal and thermal coupling integration) are analysed and concatenated in order to reduce the total annual cost (TAC) and specific energy consumption (SEC). The use of an optimization procedure based on the solvent content, with guaranteed global optimal solution was effective in reducing these costs, since presented smaller results (SEC and TAC) compared to all studies of the literature examined. The inclusion of a thermal integration to preheat the azeotrope with the recycle proved to be competitive with the use of thermal coupling. To extend the assessment in DWC, considering the equivalence in terms of stage of equilibrium with TCS, proposed a systematic strategy for obtaining a DWC configuration optimized in terms of design and operational. A strict comparison between DWC and CS (optimized too) was performed and showed the influence of the number of stages of the columns in the performance of these configurations. In relation to energy costs, all the DWC's were favorable, however, the percentage of reduction of thermal load depends on which CS took as a reference. The best TAC’s results were obtained for columns with distinctive number of stages on each side of the wall, however, these columns do not have overcome the conventional systems optimized. Economically, the decision about the type of configuration more viable for an industrial application can be taken as the basis of the presented strategies, noting the trade-off between the ability of energy reduction of DWC's and the costs of the process of the optimized configurations.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T01:44:32Z No. of bitstreams: 1 GUSTAVO GOMES SAMPAIO CURSINO - TESE PPGEQ 2016.pdf: 5939681 bytes, checksum: 518baf4150ea2fb7085706252276b9fa (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-23T01:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GUSTAVO GOMES SAMPAIO CURSINO - TESE PPGEQ 2016.pdf: 5939681 bytes, checksum: 518baf4150ea2fb7085706252276b9fa (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 Este trabalho teve o propósito de determinar o comportamento dos gases na seção de radiação de um combustor de ar que pertence a uma planta industrial. O corpo metálico do equipamento rompeu em seu primeiro ano de operação, devido a um problema conceitual em sua geometria. A fluidodinâmica computacional (CFD), por meio do método dos volumes finitos, foi utilizada para desenvolver um modelo tridimensional que pudesse reproduzir o perfil de temperatura e o comportamento do fluxo do ar de combustão no equipamento. Na simulação, através do uso do software ANSYS CFX, foram utilizados: (i) o modelo de turbulência Reynolds Stress Model (RSM); (ii) as malhas hexaédrica, tetraédrica e prismática; (iii) o modelo de radiação P-1; e (iv) o modelo de combustão Eddy Dissipation Concept (EDC). Como resultado, foram apresentadas quatro possíveis mudanças na geometria do combustor de ar que, caso adotadas, eliminariam os riscos de novas falhas e garantiriam a continuidade operacional da unidade de processo. This paper has the objective to describe the behavior of the flow and temperature of the flue gas in the radiation section of the vessel used to preheat air in a combustor. The equipment failed in its first operational year, due to a conceptual problem in its geometry. The CFD code based on finite volume method was applied to simulate the physical model of combustor using the ANSYS CFX software, reproducing the main features of the preheater. The simulation had considered: (i) Reynolds Stress Model (RSM) as turbulence model, (ii) The meshes applied were the hexahedral, tetrahedral and prismatic, (iii) P-1 was used as the radiation model and (iv) Eddy Dissipation Concept (EDC) as combustion model. Through the simulation was possible to propose four different kind of combustor geometry modification, that the application of anyone of them would eliminate the risk of new failures, ensuring the unit production availability.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T13:04:38Z No. of bitstreams: 1 TARCISIO DAVID KONNA NUNES SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1645201 bytes, checksum: 6f9773a951b06aacdb26ff5287e21e18 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-20T13:04:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TARCISIO DAVID KONNA NUNES SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1645201 bytes, checksum: 6f9773a951b06aacdb26ff5287e21e18 (MD5) Previous issue date: 2016-03-23 Este trabalho propôs um modelo matemático para um reator do tipo CSTR (continuous stirred-tank reactor) partindo de dados experimentais da cinética da reação de transesterificação entre o óleo de soja e o acetato de metila, tendo como catalisador uma enzima, a Candida Antartica. Um volume foi proposto para reator para que o tempo médio de residência da mistura reacional fosse suficiente tal que o rendimento esperado, com base nos dados obtidos pelo Matlab®, fosse obtido na saída do reator. O estudo reacional fluidodinâmico foi feito utilizando o software comercial ANSYS® versão 15.0. Duas configurações do reator foram propostas otimização, afim de tornar o processo o mais homogêneo possível, tentando atingir as configurações do reator de mistura perfeita. Os impelidores utilizados foram o tipo pás retas inclinadas e o ripo Ribbon (Âncora), afim de avaliar qual dos impelidores consegue o rendimento satisfatório com menor potência de operação. A potência requerida foi determinada através das equações para misturadores mecânicos, sendo avaliado apenas como variável a rotação das pás. This work proposes a mathematical model to a reactor of CSTR-type (Continuous Stirred-tank reactor) starting from experimental data of the kinetics of transesterification of soybean oil and methyl acetate, with the catalyst enzyme, Candida Antarctica. A reactor volume was proposed for the average residence time of the reaction mixture was sufficient such that the expected yield, based on data obtained by Matlab, was obtained in the reactor outlet. The reaction fluid dynamic study was done using the commercial software ANSYS® version 15.0. The optimization of the reactor was proposed by comparing the reactor operation with two impellers separately in order to make the process more homogeneous as possible, trying to achieve the perfect blend of reactor configurations. The impellers used were the type inclined straight blades and Ribbon RIPO (Anchor), to determine which of the impellers can the satisfactory performance with lower power operation. The required power was determined by the equations for mechanical mixers, being rated only as a variable rotation of the blades

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-18T15:21:01Z No. of bitstreams: 1 SAVANA BARBOSA DE BRITO LÉLIS VILLAR - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2016.pdf: 4927740 bytes, checksum: 02efe9b034cf0c99994b28b1588c4e7a (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-18T15:21:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SAVANA BARBOSA DE BRITO LÉLIS VILLAR - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2016.pdf: 4927740 bytes, checksum: 02efe9b034cf0c99994b28b1588c4e7a (MD5) Previous issue date: 2016 Metamodelos têm sido utilizados em inúmeras aplicações de engenharia, para aproximar modelos matemáticos rigorosos quando seus códigos computacionais exigem tempo demasiadamente grande para que a sua utilização prática seja possível. Neste contexto, realizou-se uma aplicação do modelo Kriging para obtenção de resultados da metamodelagem de um processo de separação de propeno por destilação. Neste trabalho foi incluída a utilização das Redes Neurais Artificiais como parâmetro comparativo entre os metamodelos.O procedimento envolve o plano de amostragem Latin Hypercube Sampling, a seleção do tipo do metamodelo, estimação de parâmetros e validação. O desempenho dos metamodelos foi comparado com resultados obtidos através do modelo rigoroso pertencente ao simulador de processos Aspen Plus®, onde a predição dos dados mostrou-se com ótima precisão e esforço computacional significativamente menor. Outra contribuição importante deste trabalho é o desenvolvimento da metodologia para otimização baseada na predição dos dados através do metamodelo Kriging utilizando a função fmincon do software Matlab e a comparação à otimização da ferramenta Optimization do Aspen Plus®, atingindo resultados minimizados para as cargas térmicas dos refervedores das três colunas de destilação e obedecendo as restrições de pureza do produto e taxa de boilup. Metamodels have been used in many engineering applications, rigorous mathematical models to approximate when their computational codes require too great a time so that its practical use is possible. In this context, there was an application of the Kriging model to obtain metamodeling results of a propylene distillation separation process. This work included the use of Artificial Neural Networks as a comparison parameter between metamodels. The procedure involves the plan Latin Hypercube Sampling, selection of the type of metamodel, parameter estimation and validation. The performance of the metamodel was compared with results obtained from the rigorous model belonging to the process simulator Aspen Plus®, where the prediction of the data showed with great precision and significantly less computational effort. Another important contribution of this work is the development of methodology for optimization based on the prediction of data through Kriging metamodel using fmincon function of Matlab software and compared to optimize the optimization tool Aspen Plus®, reaching results for minimized thermal loads of reboilers the three-column distillation and obeying the purity of the product restrictions and boilup rate.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T19:08:32Z No. of bitstreams: 1 JOSIANE DANTAS COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2694660 bytes, checksum: b1f464f2e8b29d82a5339c5bd52471b3 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-16T19:08:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSIANE DANTAS COSTA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2694660 bytes, checksum: b1f464f2e8b29d82a5339c5bd52471b3 (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 A liga de Ni-Ti, conhecida por Nitinol, é constituída dos elementos níquel e titânio e vem sendo bastante aplicada nas mais diversas áreas: aeroespacial, automotiva, construção civil, dispositivos médicos e ortodônticos. Esse potencial de aplicação decorre das propriedades particulares de efeito de memória de forma e superelasticidade, associada a uma boa resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade. Com intuito de aumentar as aplicações desse material em dispositivos médicos, o desenvolvimento de tecnologias de união torna-se necessário para possibilitar a fabricação das mais diferentes formas geométricas e combinações entre materiais similares e dissimilares. Nesse contexto, é fundamental que se realize estudos sobre a resistência a corrosão da região em que foi feita a união (junta), principalmente quando utilizados processos de soldagem, já que podem deixar falhas induzindo a uma maior suscetibilidade a corrosão. Diante disto, neste trabalho foi realizada a união de fios ortodônticos de Ni-Ti com fios ortodônticos de Ti-Mo através do processo de soldagem TIG (“Tungsten Inert Gas”) autógeno. Como se trata de biomateriais, este estudo teve como objetivo geral avaliar a resistência à corrosão dos fios comerciais íntegros e da junta soldada Ni-Ti/Ti-Mo em solução salina tamponada SBF (“Saline Buffered Phosphate”) que simula o sangue humano, para verificar se a soldagem afetaria a resistência a corrosão das juntas. Os resultados obtidos revelaram que o processo da soldagem TIG utilizado neste trabalho gerou juntas soldadas de excelente qualidade, apresentando uma resistência à corrosão superior à dos fios íntegros. O planejamento experimental utilizado para verificar a influência da temperatura e do tempo do tratamento térmico nos resultados de corrosão, gerou um experimento ótimo com temperatura de 350°C e um tempo de 40 minutos. Este resultado foi confirmado através dos ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica. The Ni-Ti alloy, known as Nitinol, is made of nickel and titanium elements and has been widely applied in several areas: aerospace, automotive, construction, medical and orthodontic appliances. Nitinol's application potential is due to its particular superelasticity properties and shape memory effect associated with a good corrosion resistance and excellent biocompatibility. In order to increase the applications of this material in medical devices, the development of joining technologies is necessary to enable manufacture of the most different geometric shapes and combinations of similar and dissimilar materials. In this context, it is essential to conduct studies on the corrosion resistance of the region where the union (joint) was done, especially when welding processes are used, as they can leave gaps leading to greater susceptibility to corrosion. With this in mind, this work carried out the union of Ni-Ti orthodontic wire with Ti-Mo orthodontic wire through the autogenous TIG (Tungsten Inert Gas) welding process. As biomaterials are involved, this study aimed to evaluate the corrosion resistance of the upright commercial wire and welded joint Ni-Ti/Ti-Mo in buffered saline solution SBP (Saline Buffered Phosphate) which simulates human blood, to check if the welding would affect the corrosion resistance of the joint. The results revealed that the TIG welding process used in this work generated welds of excellent quality, having a corrosion resistance higher than that of intact wires. The experimental design used to determine the influence of temperature and time of heat treatment on the results of corrosion generated a great experiment with temperature of 350 ° C and a time of 40 minutes. This result was confirmed by means of electrochemical impedance spectroscopy test.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-19T11:38:41Z No. of bitstreams: 1 MIKARLA BAÍA DE SOUSA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2853939 bytes, checksum: 73cb4a3ae1a6f5afdefa786c3032de07 (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-19T11:38:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MIKARLA BAÍA DE SOUSA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2853939 bytes, checksum: 73cb4a3ae1a6f5afdefa786c3032de07 (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 CNPq O processo de corrosão está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e o desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam. Uma forma de se minimizar a corrosão em materiais metálicos é revesti-los com outros materiais. A eletrodeposição é um método muito utilizado na obtenção de revestimentos metálicos resistentes à corrosão e ao desgaste mecânico. Através da eletrodeposição é possível obter ligas metálicas, as quais são geralmente preparadas com o intuito de melhorar as propriedades dos seus constituintes iniciais. O estudo proposto tem como objetivo otimizar as variáveis de entrada (densidade de corrente e pH) e obter a liga CuZn-Ni resistente à corrosão, caracterizando-a quanto à morfologia, eficiência de corrente catódica, composição da liga, microdureza e resistência à corrosão. Para a otimização do processo de eletrodeposição da liga foi realizado um planejamento fatorial completo 32. Avaliou-se quantitativamente a influência das variáveis de entrada bem como suas possíveis interações com a realização mínima de experimentos. Estudou-se o processo de eletrodeposição de liga Cu-Zn-Ni sobre um cátodo, utilizando um banho contendo sulfato de cobre, sulfato de zinco, sulfato de níquel e citrato de sódio. Todos os experimentos foram realizados em temperatura ambiente e em triplicata, os valores ótimos encontrados através da polarização potenciodinâmica linear foram: densidade de corrente catódica de 30 mA/cm2 e pH 6,0; com esses parâmetros foi possível alcançar um potencial de corrosão de -0,31949 V, uma resistência à polarização de 948090 Ω e uma corrente de corrosão de 6,4265 nA. Os ensaios de impedância eletroquímica confirmaram os resultados obtidos pelos ensaios de polarização potenciodinâmica linear. A composição média deste depósito foi 56 w.t.% de Cu, 38 w.t.% de Zn e 6 w.t. % de Ni. As ligas encontradas apresentaram brilho, aderência e boa resistência à polarização e através da difração de raios-x concluiu-se que a liga obtida é cristalina. O estudo da morfologia acusou a presença de nódulos esféricos de vários tamanhos na superfície da liga. A composição química dos revestimentos parece ser o fator mais importante para a microdureza dos revestimentos, já que o experimento com maior conteúdo de zinco apresentou o valor mais elevado de microdureza, que foi de 571 HV. Estas ligas podem ter grande utilidade em várias aplicações nas indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, navais, de construções civis e automobilísticas em decorrência de algumas características especiais, como alta resistência à corrosão e ao desgaste e ao baixo sobrepotencial de evolução do hidrogênio da liga Cu-Zn-Ni. The corrosion process is constantly transforming metallic materials, so that their durability and behavior no longer satisfy their goals. One way to minimize corrosion in metallic materials is to coat them with other materials. Electrodeposition is a widely used method in obtaining metallic coatings resistant to corrosion and mechanic wear. Through electrodeposition, it is possible to obtain alloys, which are generally prepared in order to improve the characteristics of their initial constituents. The proposed study has, as a goal, to optimize the input variables (current density and pH), and obtain the Cu-Zn-Ni alloy resistant to corrosion. A 32 experimental design was used to optimize the electrodeposition process. Both the input variable influence, and their possible interactions, performing less experiments as possible, were quantitatively evaluated. The electrodeposition process of the Cu-Zn-Ni on a cathode was studied, using a bath containing copper sulfate, zinc sulfate, nickel sulfate and sodium citrate. All experiments were conducted at room temperature and in triplicate. The best reached values, through linear potentiodynamic polarization, were: cathode current density of 30 mA/cm2 and pH 6.0; with those parameters, it was possible to reach a potential of -0.31949 V, a 948090 Ω polarization resistance, and a 6.4265 nA current density. Electrochemical impedance spectroscopy confirms the linear potentiodynamic polarization results. Its chemical composition, in average, was 56 w.t. % of Cu, 38 w.t.% of Zn, and 6 w.t.% of Ni. Those found alloys showed bright, adherence and good resistance to polarization, and, through X-ray diffraction, it is concluded that the alloy is crystalline. The morphology study pointed out the presence of spherical nodules with different sizes on the alloy surface. The chemical composition of the coatings seems to be the most important factor for the coatings microhardness, since the experiment with the highest zinc content showed the highest microhardness value, which was 571 HV. Those alloys may have great utility in many applications in chemical, oil, petrochemical, naval industries, civil construction and automobile industries, because of some special characteristics, such as high resistance to corrosion and wear, and low overpotential for hydrogen evolution reaction of the Cu-Zn-Ni alloy.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T21:46:49Z No. of bitstreams: 1 FELIPE VIEIRA SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2547099 bytes, checksum: 7ba6e13e6f00650d6050d29d5473f708 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-23T21:46:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FELIPE VIEIRA SANTOS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2547099 bytes, checksum: 7ba6e13e6f00650d6050d29d5473f708 (MD5) Previous issue date: 2015-03-17 Durante a produção do cloro diversas impurezas são incorporadas ao produto e sua remoção se dá durante o processamento. A remoção das impurezas é fator fundamental não só para garantir a qualidade do produto final como também do ponto de vista de segurança, pois determinados contaminantes geram riscos de explosão. Nas etapas de processamento a remoção de uma das principais impurezas se dá no pré-resfriador, equipamento que consiste numa torre de pratos que tem função de além de remover os contaminantes pesados também reduz a temperatura do gás para sucção do compressor. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver uma simulação estacionária em simulador comercial que reproduza as condições de operação de um pré-resfriador de cloro tais como perfil de temperatura nas bandejas, perfil de pressão e hidráulica da coluna, tendo como estudo de caso um dos equipamentos de uma das plantas de processamento de cloro da Braskem S.A. Foi realizada uma descrição detalhada da função do equipamento no processo e um breve histórico contemplando as atualizações tecnológicas realizadas desde a primeira identificação da necessidade deste tipo de equipamento no processamento de cloro até o impacto na última década com a assinatura do protocolo de Montreal. Também foi realizada uma discussão sobre os principais parâmetros hidráulicos de colunas de pratos que afetam seu desempenho e estabilidade. É apresentada uma breve discussão sobre eficiência de pratos e os métodos para a estimativa deste parâmetro. No desenvolvimento da simulação foi utilizado o simulador comercial ASPEN Plus V8.4. Foi utilizado bloco RADFRAC para as seções da coluna além de um bloco separado para o refervedor. Foi realizado ajuste dos parâmetros da simulação aos dados de planta e realizada análise de sensibilidade para identificação da resposta dos principais parâmetros às variáveis chave e realização de diagnóstico quanto ao desempenho do equipamento. Foi verificado que a simulação reproduziu satisfatoriamente os dados de planta e que para os parâmetros normais de operação existem limitações hidráulicas que levam a instabilidade do mesmo. Foram realizadas recomendações para ajuste do sistema e estabilização da operação do equipamento. During the Chlorine production many impurities are incorporated to de product and it´s removed along the chlorine processing. Impurities removal is a key factor to assure not only product quality but also from a safety stand point, due to the fact that many of these impurities represent explosion hazards. On the processing process, the removal of one of the most hazardous impurity takes place at the pre-cooler, a trayed-column that besides removing the heavy impurities chills the chlorine gas prior to compression. The main objective of the present work was to develop a steady-state simulation on a commercial simulation software that represents the operating parameters of a pre-cooler like temperature profile along the trays, pressure profile and column hydraulics using as a case study a piece of equipment installed at one of Braskem S.A. chlorine processing plants. A detailed description of the equipment purpose and a brief description of the main technology updates since the first designed one back to 1930 until the Montreal Protocol signature and it´s impacts on the technology. It is also presented a discussion regarding the main hydraulic parameters and its effects on column performance and stability. A brief discussion regarding plate efficiency and the predictive methods. The simulation was developed under ASPEN Plus V8.4. A RADFRAC block was the choice to model the column sessions and a separated FLASH block to reboiler. Plant data were used to adjust and validate the simulation and a sensitivity analysis took place to verify the response of the process parameter to variation on the key process input variables, a diagnostic of equipment performance was performed as well. It was concluded that the use of the simulation was satisfactory to reproduce plant data and identified that some hydraulic constrains that leads to operational instability are possibly in place. Recommendations are given to stabilize the equipment operation and adjust at the equipment design.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-23T20:34:24Z No. of bitstreams: 1 ALYSON SILVESTRE SANTIAGO – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2014.pdf: 1626315 bytes, checksum: a4f283a010ca8f77bb130e704407b33c (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-23T20:34:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALYSON SILVESTRE SANTIAGO – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2014.pdf: 1626315 bytes, checksum: a4f283a010ca8f77bb130e704407b33c (MD5) Previous issue date: 2014-12-18 A produção de biocombustíveis no Brasil tem atingido patamares elevados, levando o país a ganhar destaque em nível mundial, no que se refere à produção e desenvolvimento de energias renováveis, incluindo definitivamente os biocombustíveis na matriz energética do país. Este trabalho tem como objetivo avaliar a peneira molecular CTA+-MCM-41 na reação de transesterificação do óleo de soja através da rota metílica, utilizando catálise heterogênea para produzir o biodiesel, além de avaliar a dispersão do óxido de magnésio na superfície deste catalisador. A peneira molecular CTA+-MCM-41 é obtida por um processo térmico a 60 °C por 24h utilizando o brometo de cetiltrimetilamônio, o hidróxido de tetrametilamônio, etanol e água deionizada. Para a síntese do gel que deu origem à peneira molecular, foi utilizada a seguinte composição molar: 1TEOS:0,3 CTABr:11NH3:144H2O:40ETOH. O biodiesel foi obtido a partir da reação de transesterificação do óleo de soja por rota metílica, cujas condições de operação seguiram um planejamento experimental 2² com três repetições no ponto central, onde os fatores estudados foram os efeitos das variáveis temperatura e tempo de reação. Para a caracterização dos materiais obtidos, utilizou-se uma combinação de técnicas de Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Através do DRX pode-se observar a presença dos picos característicos da peneira molecular antes e após os processos de impregnação do metal e sua respectiva calcinação, que comprovaram o não ordenamento do material a longas distâncias no eixo dos canais mesoposoros analisados. Na reação de transesterifição sem a presença do catalisador, obteve-se conversões máximas de 84,1%, tendo sua performance melhorada na presença do CTA+-MCM-41 chegando a conversões próximas a 100%. Diante dos resultados obtidos concluiu-se que os catalisadores sintetizados têm grande potencial na produção de biodiesel. The production of biofuels in Brazil aims to increase the productivity and development of renewable energy, including biofuels in the country's energy matrix. This work aims to evaluate the molecular sieve CTA+-MCM-41 in the transesterification reaction of soybean oil through the methyl route by using heterogeneous catalysis to produce biodiesel and also to evaluate the dispersion of magnesium oxide on the surface of this catalyst. The molecular sieve CTA+-MCM-41 is obtained by a thermal process at 60 °C for 24 hours, using cetyltrimethylammonium bromide, tetramethylammonium hydroxide, ethanol and deionized water. For synthesize the gel which results in the molecular sieve, the following molar composition was used: 1TEOS:0.3CTABr:11NH3:144H2O:40ETOH. Biodiesel has been obtained by the transesterification reaction of soybean oil through the methyl route, whose operating conditions followed a 22 experimental design with three replicates in the center point, where the investigated factors were the effects of temperature and reaction time variables. For characterization of the obtained materials, a combination of X-Ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy techniques was used. Through the XRD, it is possible to observe the presence of the characteristic peaks of the molecular sieve before and after the processes of impregnation of the metal and its respective calcination, which prove the non-ordering of the material at long distances in the axis of the analyzed mesophores channels. At the absence of the catalyst, the conversions were up to 84.1%, with a performance increasing at the presence of the CTA+-MCM-41, reaching values close 100%. Based on the results obtained it was concluded that the synthesized catalysts have a great potential for use in the production of biodiesel.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-30T16:15:44Z No. of bitstreams: 1 TALLES CAIO LINHARES DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 2048638 bytes, checksum: 8906a39fa89dff7c77323f97499594a3 (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-30T16:15:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TALLES CAIO LINHARES DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 2048638 bytes, checksum: 8906a39fa89dff7c77323f97499594a3 (MD5) Previous issue date: 2014-09 CNPq O monômero cloreto de vinila (MVC), matéria prima usada para a obtenção do policloreto de vinila (PVC), é produzido comercialmente em larga escala através da decomposição térmica do 1,2-dicloroetano (EDC) em um reator tubular inserido em um forno industrial. O PVC possui aplicações que vão desde produtos médico-hospitalares e embalagens para alimentos até peças de alta tecnologia como as usadas em equipamentos espaciais. O principal problema enfrentado na operação é a formação de uma camada de coque no interior do reator que limita o tempo de operação. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de modelos matemáticos para a previsão do comportamento de um reator de craqueamento térmico de EDC. Um total de três modelos foram formulados, o primeiro modelo serviu para estruturação do algoritmo e para a análise geral da metodologia usada. No segundo modelo uma cinética reacional mais complexa envolvendo composto estáveis e radicais foi implementada, a deposição de coque foi considerada o que possibilitou estimar o seu impacto no tempo de produção e nas variáveis do processo como: pressão, temperatura e conversão. O último modelo foi desenvolvido utilizando técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) e forneceu as distribuições na direção radial e ao longo do reator para as variáveis do processo. Os resultados obtidos de todos os modelos estão em concordância com dados industriais disponíveis. Os modelos I e II podem ser usados para realização de testes no processo sem a necessidade de utilização de unidade piloto e como ponto de partida para a otimização nos fornos de craqueamento, enquanto o modelo em CFD pode contribuir para estudo de melhorias de projeto deste tipo de reator. The vinyl chloride monomer (MVC) raw material used to obtain the polyvinyl chloride (PVC), is commercially produced on a large scale by thermal decomposition of 1,2dichloroethane (EDC) inserted into a tubular reactor in an oven industrial. PVC has applications ranging from medical products and food containers to high-tech parts like those used in space equipment. The main problem faced in the operation is the formation of a layer of coke inside the reactor which limits the time of operation. The present work is the development of mathematical models for predicting the behavior of reactor thermal cracking of EDC. A total of three models were formulated, the first model was used to structure the algorithm and the overall analysis of the methodology used. In the second model a more complex reaction kinetics involving radicals and stable compound was implemented, coke deposition was found which allowed to estimate their impact on production time and the process variables such as pressure, temperature and conversion. The last model was developed using computational fluid dynamics (CFD) and provided the distributions in the radial direction and along the reactor for the process variables. The results of all the models are in agreement with industrial data available. Models I and II can be used for testing the process without the need of using pilot unit and as a starting point to optimize the cracking furnaces while the CFD model study can contribute to improvements in the design of this type reactor.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-30T17:11:57Z No. of bitstreams: 1 MORGANA DE VASCONCELLOS ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 6485490 bytes, checksum: ac573f517948e0ae4fa9b0adcf3f0f41 (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-30T17:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MORGANA DE VASCONCELLOS ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 6485490 bytes, checksum: ac573f517948e0ae4fa9b0adcf3f0f41 (MD5) Previous issue date: 2014-07-24 CNPq Capes Diante do número de acidentes com dutos na indústria petrolífera, diversas pesquisas vêm buscando o aperfeiçoamento das tecnologias de detecção de vazamento, fazendo-se necessário o conhecimento do comportamento do(s) fluido(s) no interior da tubulação. O trabalho tem como objetivo geral o estudo termofluidodinâmico do escoamento água-óleo em uma conexão tê na presença de vazamento. Para isto, foi construído um domínio tridimensional e foi simulado o escoamento não isotérmico de água testando-se os modelos de turbulência k-Ɛ padrão, SST e RNG k-Ɛ e utilizando as equações da conservação de massa, momento e energia. Foram simulados os escoamentos bifásicos de água-óleo em uma conexão tê com vazamento, variando-se a fração volumétrica de óleo e as temperaturas das misturas nas seções de entrada. Comparando os perfis de velocidade e temperatura com dados experimentais observou-se que o modelo k-Ɛ padrão representou satisfatoriamente o comportamento do escoamento. Notou-se que quanto menor a fração volumétrica de óleo no escoamento, maior a pressão a montante do vazamento e que a região de encontro entre o duto principal e o duto secundário apresentou os maiores gradientes de pressão. From the large number of accidents involving pipelines in the oil industry, many researcher have the objective of improving the tecnologies of leak detection, where the knowledge of the behavior (s) fluid (s) inside the pipe is necessary. The work aims to describe the thermofluid dynamics study of oil-water flow in a pipe with tee junction and with the presence of leakage. For this, a three-dimensional domain was built and it was simulated the nonisothermal flow of water by testing models of turbulence k-Ɛ standard, SST e RNG k-Ɛ, using the equations of conservation of mass, momentum and energy. Comparing the profiles of velocity and temperature with experimental data, it were observed that the k-Ɛ standard model well represented the flow pattern behavior satisfactorily. The water-oil two-phase flow in a tee junction with leakage was simulated, varying the volume fraction of oil mixtures and temperatures of the input sections. It was noted that the smaller the volume fraction of oil in the flow, the greater the pressure upstream of the leak and the region where the main duct is linked to the secondary duct showed higher pressure gradients.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-30T16:52:44Z No. of bitstreams: 1 RAPHAEL DA SILVA EDUARDO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 2452018 bytes, checksum: 88b5f90f5371eb8c9bb004e2e69c6bd8 (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-30T16:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAPHAEL DA SILVA EDUARDO - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2014..pdf: 2452018 bytes, checksum: 88b5f90f5371eb8c9bb004e2e69c6bd8 (MD5) Previous issue date: 2014 Capes A síntese de Fischer-Tropsch, reação de polimerização de gás de síntese na presença de um catalisador, se apresenta como uma oportunidade sustentável de geração de combustíveis de alta qualidade. Diante da necessidade de desenvolvimento de novos materiais, este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de catalisadores Fe/Cu/K/SBA-15TEOS e Fe/Cu/K/SBA-15CCA na síntese de Fischer-Tropsch. Os catalisadores foram preparados utilizando peneiras moleculares do tipo SBA-15 como suporte, sintetizadas com diferentes fontes de sílica (tetraortosilicato-TEOS e cinzas da casca de arroz-CCA). Os metais foram impregnados por via úmida, utilizando sais como precursores metálicos. As peneiras moleculares SBA-15TEOS e SBA-15CCA foram caracterizadas por Difração de raios X (DRX), Espectrometria de raios x de Energia Dispersiva (EDX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Capacidade de Adsorção Física de Nitrogênio (BET). Os catalisadores Fe/Cu/K/SBA-15TEOS e Fe/Cu/K/SBA-15CCA foram caracterizados por Difração de raios X (DRX), Espectrometria de raios x de Energia Dispersiva (EDX), Capacidade de Adsorção Física de Nitrogênio (BET) e Redução a Temperatura Programada (RTP). Pelos resultados obtidos, a peneira molecular SBA-15CCA se assemelhou à SBA-15TEOS, sendo caracterizadas como materiais mesoporosos de morfologia típica, porém com resultados distintos de área específica (490 m2/g para SBA-15TEOS e 112 m2/g para SBA-15CCA). Os catalisadores apresentaram composições de sílica, ferro, cobre e potássio nas proporções pré-definidas e boa dispersão sobre a peneira molecular, a qual manteve sua estrutura mesoporosa, porém com redução de área específica após impregnação (257,3 m2/g para Fe/Cu/K/SBA-15TEOS, 91,7 m2/g para Fe/Cu/K/SBA15CCA). Pelos resultados de RTP, foi possível verificar as faixas de temperatura de redução típicas das fases óxidas do ferro e a influência do cobre nesse processo. A avaliação catalítica na síntese de Fischer-Tropsch foi satisfatória na razão molar H2/CO de 1:1, convergindo a altas frações de hidrocarbonetos líquidos. O catalisador Fe/Cu/K/SBA-15TEOS proporcionou excelente conversão a hidrocarbonetos de frações mais pesadas C10+ (78,18%); o catalisador Fe/Cu/K/SBA-15CCA apresentou moderada conversão a hidrocarbonetos líquidos C5+ (54,47%). The Fischer-Tropsch polymerization reaction of synthesis gas in the presence of a catalyst, is presented as a sustainable opportunity to generate high quality fuels. Given the need for development of new materials, this work aims to evaluate the performance of catalysts Fe/Cu/K/SBA-15TEOS and Fe/Cu/K/SBA-15CCA in Fischer-Tropsch synthesis. The catalysts were prepared using molecular sieves type SBA-15 as support, synthesized with different silica sources (TEOS - tetraortosilicate and rice husk ash - CCA). The metals were impregnated wet method using metal salts as precursors. The molecular sieves SBA-15TEOS and SBA-15CCA were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray Spectrometry Energy Dispersive (EDX), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Physical Adsorption Capacity of Nitrogen (BET). The Fe/Cu/K/SBA-15TEOS and Fe/Cu/K/SBA-15CCA catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray Spectrometry Energy Dispersive (EDX), Physical Adsorption Capacity of Nitrogen (BET) and Temperature Programmed Reduction (TPR). From the results obtained, the molecular sieve SBA15CCA resembled the SBA-15TEOS, being characterized as mesoporous materials typical morphology, but with different results of specific area (490 m2/g for SBA15TEOS and 112 m2/g for SBA- 15CCA). The catalysts showed compositions of sílica, iron, potassium and copper in pre-defined and good dispersion of the molecular sieve, which retained its mesoporous structure proportions, but with reduced specific area after impregnation (257.3 m2/g for Fe/Cu/K/SBA-15TEOS 91.7 m2/g for Fe/Cu/K/SBA-15CCA); By the TPR results, it was possible to check the temperature ranges typical reduction of iron oxides phases and the influence of copper in this process. The catalytic reviewed in Fischer-Tropsch synthesis was satisfactory molar ratio H2/CO of 1:1, the converging high fractions of liquid hydrocarbons. The catalyst Fe/Cu/K/SBA-15TEOS provided excellent conversion to hydrocarbons heavier fractions C10+ (78.18%); Fe/Cu/K/SBA-15CCA catalyst showed moderate conversion to liquid hydrocarbons C5+ (54.47%).