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Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-10-26T11:11:26Z No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-10-26T11:11:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Andreia Gomes Fiuza de Castro - 2021 - Completa.pdf: 2229775 bytes, checksum: 4e2d699dae819dcd44169037054ec6e9 (MD5) Previous issue date: 2021-07-28 Chromatographic separation processes have been widely used in industry as they were proved able to separate similar components into mixtures usually difficult to separate using simpler physical methods. It can operate in continuous or batch modes. Among available continuous chromatographic processes, the simulated moving bed (SMB) emerges as one technique that efficiently works in complex mixtures mainly due to its countercurrent operation without requiring movement of the solid phase. The SMB process is extensively studied and applied industrially such as in petrochemicals, pharmaceuticals and fine chemicals. The use of solvent within the dessorvent stream to act as an affinity modifier along the columns is one derivative of the traditional mode of operation, known as solvent gradient SMB (SG-SMB). The present work aims to study this latter mode of operation, through computational models built using less rigorous equations that were proven to represent the system when compared to experimental data for amino acid mixtures (tryptophan, phenylalanine and tyrosine). The available experimental data sets are input to an inverse problem for identifying the overall kinetics mass transfer coefficients, used to characterize the SG-SMB unit. It was utilized the Luus-Jaakola routine and following with the results different operating conditions were tested using the X-Equation optimization approach. The use of a design equation called X-Equation has been validated based on simulation results for a SG-SMB unit, where all optimized cases were in agreement with expected results with regard to purity of the streams, productivity and solvent consumption of the process. Processos de separação por cromatografia são muito utilizados na indústria por serem capazes de separar componentes semelhantes em misturas, normalmente difíceis de separar por métodos físicos mais simples, podendo ser contínuos ou em batelada. Dentre os processos cromatográficos contínuos, o leito móvel simulado (LMS) surge como uma técnica que atua eficientemente em misturas de difícil separação, principalmente por operar em contracorrente sem exigir movimentação (real) da fase sólida. A técnica LMS é amplamente estudada e suas aplicações encontram-se principalmente nas indústrias petroquímica, farmacêutica e de química fina. A utilização de um solvente modificador de afinidades na corrente de dessorção do LMS é uma derivação do modo tradicional de operação, sendo conhecido como LMS com gradiente de solvente (LMS-GS). O presente trabalho tem como objetivo estudar este modo de operação, por meio de modelos computacionais baseados em equacionamentos menos rigorosos, mas que se mostraram fidedignos frente aos dados experimentais para mistura de aminoácidos (triptofano, fenilalanina e tirosina). Os dados experimentais disponíveis são utilizados em uma formulação inversa para obtenção dos parâmetros cinéticos de transferência de massa, necessários na caracterização do LMS-GS. Para tal, utilizou-se o método de Luus-Jaakola e com os resultados, prosseguiu-se com as simulações de diferentes condições operacionais, obtidas pela abordagem de otimização X-Equation. A utilização da equação de projeto, denominada X-Equation, foi validada com base nos resultados de simulações para uma unidade de LMS-GS, onde todos os casos otimizados apresentaram resultados esperados quanto à pureza das correntes, produtividade e consumo de solvente do processo.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdf: 3825457 bytes, checksum: b9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdf: 3825457 bytes, checksum: b9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1 (MD5) Previous issue date: 2019-02-07 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior To estimate unknown parameters from available experimental data is a problem commonly encountered in several areas of engineering. A very used technique to obtain this estimate is the formulation and solution of an inverse problem. When implicitly formulated, through the maximum likelihood hypothesis, this problem is treated as a global optimization problem where it is necessary to obtain the minimum of a function composed by the sum of the quadratic residuals between experimental values and those obtained from a model. In this work, three heat transfer inverse problems are formulated and solved to obtain estimates of parameters such as thermal conductivity, specific heat at constant pressure, scattering albedo, among others. To do so, the technique known as Topographic Global Optimization (TGO) is employed. This technique distributes points in a search space and, through the topographical information of the objective function, selects points considered topographical minimum. These minima are then used as the initial solution for a local search method. The main objective of this work is to compare the quality of the solution obtained with the TGO when it is implemented with random point generators and different local search methods. For the generation of initial points, the pseudo-random routine known as Mersenne Twister is compared to the Sobol Sequence, which generates quasi-random points. For the local search, the well-known Nelder-Mead and Levenberg-Marquadt methods are used. Therefore, four different combinations of TGO are used - the Wilcoxon Test is used at the end for a more reliable comparison between them. The obtained results, besides pointing out the qualities and defects of the different approaches, shows a better final performance when TGO is used with the Sobol Sequence and the Nelder-Mead. Estimar parâmetros desconhecidos a partir de medidas experimentais disponíveis é um problema comumente encontrado em diversas áreas da engenharia. Uma técnica muito empregada para se obter essa estimativa é a formulação e solução de um problema inverso. Quando formulado implicitamente, através da hipótese de máxima verossimilhança, este problema é tratado como um problema de otimização global onde é necessário se obter o mínimo de uma função composta pela soma dos resíduos quadráticos entre valores experimentais e os obtidos com um modelo. Neste trabalho, três problemas inversos em transferência de calor são formulados e solucionados para se obter estimativas de parâmetros como condutividade térmica, calor específico à pressão constante, albedo de espalhamento, entre outros. Para isso, a técnica conhecida como Otimização Global Topográfica (TGO) é empregada. Tal técnica distribui pontos em um espaço de busca e, através da informação topográfica da função objetivo, seleciona pontos considerados mínimos topográficos. Esses mínimos são então utilizados como solução inicial para um método de busca local. O principal objetivo deste trabalho é comparar a qualidade da solução obtida com o TGO quando este é implementado com geradores de pontos iniciais e métodos de busca local diferentes. Para a geração de pontos iniciais, a rotina pseudo-aleatória conhecida como Mersenne Twister é comparada com a Sequência de Sobol, que gera pontos quasi-aleatórios. Já para a busca local são utilizados os bastante conhecidos métodos Nelder-Mead e Levenberg-Marquadt. Portanto, quatro combinações diferentes do TGO são utilizadas o Teste de Wilcoxon é empregado ao final para uma comparação mais confiável entre eles. Os resultados obtidos, além de apontarem as qualidades e defeitos das diferentes implementações apresentadas, mostram uma melhor performance final quando o TGO é utilizado com a Sequência de Sobol e o Nelder-Mead.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:10Z No. of bitstreams: 1 Tese_AneElidaNogueiraFrauchesAlmoaia.pdf: 1556726 bytes, checksum: 91e25f58a04963a86df1424073178a4f (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_AneElidaNogueiraFrauchesAlmoaia.pdf: 1556726 bytes, checksum: 91e25f58a04963a86df1424073178a4f (MD5) Previous issue date: 2018-11-14 When dealing with optimization problems, researches find a major dilemma regarding to the algorithm efficiency for solving a problem. On the other hand, statistics provide tools to compare efficiency in algorithms. The goal of this thesis is to perform five metaheuristcs methods (differential evolution, firefly, firefly with predation, Hooke-Jeeves particle collision, and cross-section particle collision) to solve a set of fourteen benchmark problems then compare its success rates using non-parametric statistics tools, such as Friendman and Wilcoxon. The benckmark problems were divided into two groups. The first one deals with function problems like Branin, Easom, Goldstein-Price, Rosenbrock, Zakharov, Shuberts, Hartmann, and Shekel. Those functions are commonly used for testing optimization problems performance. The second group has nonlinear algebraic equations including parameter estimation problems. Ten-variable chemical equilibrium, chemical equilibrium, pig liver problem, fertilizer experiment parameter estimation, exponential fit 4-parameters are the problems on the second group. After all the executions, the two best methods and two new methods were applied to solve an optimal control problem known as continuous stirred tank reactor in order to find the more effective method. The new methods bring the topographical heuristic combined with the differential evolution algorithm and a new population version of the particle collision algorithm. Ao lidar com problemas que envolvem otimização, os pesquisadores enfrentam um grande dilema no que diz respeito à eficiência e eficácia do algoritmo escolhido para aquela determinada situação. Por outro lado, a estatística fornece ferramentas capazes de comparar algoritmos. Pensando nisso, esta dissertação foi desenvolvida com o objetivo de executar cinco métodos metaheurísticos (evolução diferencial, vagalumes, vagalumes com predação, colisão de partíclas com Hooke-Jeeves e colisão de partículas através de seção de choque) em um conjunto de quatorze problemas encontrados na literatura e compará-los utilizando a estatística não-paramétrica a partir dos testes de Friedman e Wilcoxon. Os problemas foram divididos em duas categorias. A primeira categoria conta com os problemas Branin, Easom, Goldstein-Price, Rosenbrock, Zakharov, Shubert, Hartmann e Shekel por serem funções amplamente utilizadas em teste de desempenho de algoritmos de otimização. A segunda categoria constitui de sistemas algébricos não lineares incluindo problemas de estimação de parâmetros, são eles: equilíbrio químico com dez variáveis, equilíbrio químico, problema do fígado de porco, estimação de parâmetros de um experimento fertilizante e ajuste exponencial com quatro parâmetros. Por fim, os dois melhores métodos foram aplicados ao problema do reator tanque agitado contínuo, sendo este um caso de controle ótimo, em conjunto com os dois novos métodos que serão apresentados neste trabalho com o objetivo de encontrar o algoritmo que seja mais eficaz em diversos tipos de problemas que precisam da otimização para serem solucionados. Os novos métodos trarão a heurística topográfica atuando em conjunto com o algoritmo de evolução diferencial e com uma versão populacional do algoritmo de colisão de partículas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:40Z No. of bitstreams: 1 Tese_MeliciaAlineCortatRibeiroTelles.pdf: 5790032 bytes, checksum: 436728d17ccdd4f18b79f449bf8ce877 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_MeliciaAlineCortatRibeiroTelles.pdf: 5790032 bytes, checksum: 436728d17ccdd4f18b79f449bf8ce877 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, modifications are proposed in the Random Restricted Window (R2W) method aiming for analysis and evaluation in order to search for more robust optimization methods, leading to more accurate results and reduced computational time. Two variants of the Modified Random Restricted Window (MR2W) algorithm were proposed, MR2W1 and MR2W2, and these three previous versions were compared to the classical Luus-Jaakola (LJ) stochastic method in different situations. Firstly, these methods were tested to obtain the global optimum of classical mathematical functions with diversified characteristics, a comparing the statistical indices obtained by MR2W1 and MR2W2, using the random number generators rand (), Mersenne Twister and Sobol. In a second moment, the three algorithms, together with the random number generators mentioned, were used to determine the parameters involving mass transfer processes of three different real problems. In the batch adsorption chromatography problem, the best performance in obtaining the parameters of interest was achieved by the LJ method, together with the Sobol. In the permeability problem in binary mixtures, the combination MR2W2 and Sobol was the one that managed to find the best set of parameters that led to more accurate results and lower computational cost. Finally, among the methods studied, regardless of the random generator, the LJ method was the only one that was able to find the global optimum in the mass transfer problem in liver, being the best set of parameters found with Sobol. The general results showed that the modifications proposed to the R2W method improved the performance of the algorithm, encouraging its application in other real problems. Neste trabalho são propostas modificações no método Random Restricted Window (R2W) visando análises e avaliações de forma a buscar métodos de otimização mais robustos, levando a resultados mais acurados e com tempo computacional reduzido. Duas variantes do algoritmo Modified Random Restricted Window (MR2W) foram propostas, MR2W1 e MR2W2, sendo estas três versões anteriores comparadas com o clássico método estocástico Luus-Jaakola (LJ) em diferentes situações. Primeiramente, estes métodos foram testados na obtenção dos ótimos globais de funções matemáticas clássicas com características diversificadas, feita uma comparação dos índices estatísticos obtidos pelo MR2W1 e MR2W2, através da utilização dos geradores de números aleatórios rand(), Mersenne Twister e Sobol. Em um segundo momento, os três algoritmos, juntamente com os geradores de números aleatórios citados, foram utilizados para a determinação dos parâmetros envolvendo processos de transferência de massa de três problemas reais distintos. No problema de cromatografia por adsorção em batelada, o melhor desempenho na obtenção dos parâmetros de interesse, foi alcançado pelo método LJ, juntamente com o Sobol. No problema de permeabilidade em misturas binárias, a combinação MR2W2 e Sobol foi aquela que conseguiu encontrar o melhor conjunto de parâmetros que levou a resultados mais acurados e com menor custo computacional. Por fim, dentre os métodos estudados, independentemente do gerador aleatório, o método LJ foi o único que conseguiu encontrar o ótimo global no problema de transferência de massa em fígado, sendo o melhor conjunto de parâmetros encontrados com o Sobol. Os resultados gerais mostraram que as modificações propostas ao método R2W melhoraram o desempenho do algoritmo, incentivando sua aplicação em outros problemas reais.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:36:41Z No. of bitstreams: 1 Tese_LucianoGoncalvesDaSilva.pdf: 2644902 bytes, checksum: c1066f58626b06c612d18c9dcda8b45f (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_LucianoGoncalvesDaSilva.pdf: 2644902 bytes, checksum: c1066f58626b06c612d18c9dcda8b45f (MD5) Previous issue date: 2016-12-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this thesis are presented solutions for the direct and inverse problem of the anomalous diffusion models proposed by Bevilacqua, Galeão and collaborators in 2011. The finite difference method was applied in the solution of the direct problem in the anomalous diffusion models with symmetrical and asymmetric distribution, while That in the solution of the model of anomalous transport phenomena two particular analytical solutions are employed, one obtained from a simple substitution of variables and another applying the technique of manufactured analytical solution. For the estimation of the parameters involved in the studied models, solutions were obtained for the inverse problem with implicit formulation and, for this, we considered the sensitivity analysis and the experimental design for the determination of the experimental sets to be used in four different stochastic approaches Optimization: Differential Evolution, Particle Collision Algorithm, Lightning Optimization Algorithm and the Bayesian approach developed using the Monte Carlo Method via Markov Chain. These stochastic methods employed are called attention to the good performance of the Lightning Optimization Algorithm, which is a proposal made in this thesis and inspired by the phenomenon of atmospheric discharges. Similar and even better results were obtained when compared to methods already known in the literature (Canonical Differential Evolution and Canonical Particle Collision Algorithm). Due to the correlation between the parameters of the anomalous diffusion models found in the experiment design and in the sensitivity analysis, a two-step solution is used here, which considers the phenomenon to be purely diffusive at a first instant and then the phenomenon Retention or acceleration for anomalous diffusion with symmetrical distribution or the advection phenomenon in the anomalous diffusion model with asymmetric distribution. The strategy used as well as the methods used to estimate the parameters involved in the models were successful in this work. Nesta tese são apresentadas soluções para o problema direto e inverso dos modelos de difusão anômala propostos por Bevilacqua, Galeão e colaboradores em 2011. O método de diferenças finitas foi aplicado na solução do problema direto nos modelos de difusão anômala com distribuição simétrica e assimétrica, enquanto que na solução do modelo de fenômenos de transporte anômalos são empregadas duas soluções analíticas particulares, uma delas obtida a partir de uma simples substituição de variáveis e outra aplicando a técnica de solução analítica manufaturada. Para a estimativa dos parâmetros envolvidos nos modelos estudados, foram obtidas soluções para o problema inverso com formulação implícita e, para isso, foi considerada a análise de sensibilidade e o projeto de experimento para a determinação dos conjuntos experimentais a serem empregados em quatro diferentes abordagens estocásticas de otimização: Evolução Diferencial (Differential Evolution), Algoritmo de Colisão de Partículas (Particle Collision Algorithm), Algoritmo de Otimização Relâmpago (Ligthning Optimization Algorithm) e a abordagem Bayesiana desenvolvida empregando o Método de Monte Carlo via Cadeia de Markov (Markov Chain Monte Carlo). Destes métodos estocásticos empregados, chama-se atenção para o bom desempenho do Algoritmo de otimização relâmpago, que é uma proposta feita nesta tese e inspirado no fenômeno de descargas atmosféricas. Resultados semelhantes e até melhores foram obtidos quando comparado com métodos já conhecidos na literatura (Evolução Diferencial e Algoritmo de Colisão de Partículas canônicos). Devido à correlação existente entre os parâmetros dos modelos de difusão anômala verificada no projeto de experimento e na análise de sensibilidade, emprega-se aqui uma solução em dois passos, que considera o fenômeno puramente difusivo em um primeiro instante e, em seguida, o fenômeno de retenção ou aceleração para a difusão anômala com distribuição simétrica ou então o fenômeno de advecção no modelo de difusão anômala com distribuição assimétrica. A estratégia empregada bem como os métodos usados para a estimativa dos parâmetros envolvidos nos modelos foram bem sucedidas neste trabalho.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:38:27Z No. of bitstreams: 1 Tese_ClaudirOliveira.pdf: 8550888 bytes, checksum: efaef28fc3f0c18b0f35055257ca9461 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:38:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_ClaudirOliveira.pdf: 8550888 bytes, checksum: efaef28fc3f0c18b0f35055257ca9461 (MD5) Previous issue date: 2016-10-28 Universidade Federal do Oeste do Pará In this work, the modeling of a Simulated Mobile Bed system used for the separation of substances from 1,1 -Bi-2-naftol was developed and aims at the estimation of parameters through inverse problems using the Maximum Likelihood estimate, the Maximum a Posteriori estimation and Bayesian Inference, in a process of separation of the bi-naphthol enantiomers. We used the Dispersive Transport model in the mathematical modeling of the columns that make up the Simulated Mobile Bed. The solution of the direct problem was shown in agreement with the experimental data available in the literature and the results provided in the solution of the inverse problem are also in good agreement with the available reference values. The Particle Collision Algorithm and a population version, variant of this algorithm, were used in the minimization of the objective function in the Maximum Likelihood and Maximum a Posteriori procedures. In this work the Bayesian Inference approach is presented as a promising alternative methodology for the estimation of parameters in mass transfer problems, since it provides more reliability in the determination of the parameters of the model due to the statistical representativeness of the samples. The parameters obtained using the Bayesian approach proved to be advantageous compared to the results obtained with the stochastic algorithms. For the analysis of the efficiency of the results obtained in the solution of the inverse problem, the sensitivity analysis of the parameters present in the chromatographic modeling is carried out, followed by the experiment design and the determination of the confidence interval of the estimates. For the Dispersive Transport model equation, the strategy used in this work to solve the system of ordinary differential equations was essential to obtain low computational cost. The present work contributes scientifically to obtain reliable estimates of the parameters applying different strategies in the solution of the direct and inverse problems in the Simulated Moving Bed system due to its importance in the various areas of engineering. The use of mathematical models and methods of parameter determination, which adequately describe the phenomena involved, are of fundamental importance to achieve great advances in mass transport processes. Neste trabalho de tese foi desenvolvida a modelagem de um sistema de Leito Móvel Simulado usado para a separação de substâncias do 1,1 -bi-2-naftol e visa a estimativa de parâmetros através de problemas inversos empregando a abordagem da Máxima Verossimilhança, a estimativa por Máximo a Posteriori e Inferência Bayesiana, em um processo de separação dos enantiômeros bi-naftol. Utilizou-se o modelo de Transporte Dispersivo na modelagem matemática das colunas que compõem o Leito Móvel Simulado. A solução do problema direto se mostrou em concordância com os dados experimentais disponíveis na literatura e os resultados fornecidos na solução do problema inverso estão também em boa concordância com os valores de referências disponíveis. O Algoritmo de Colisão de Partículas e uma versão populacional, variante deste algoritmo, foram usados na minimização da função objetivo nos procedimentos de Máxima Verossimilhança e do Máximo a Posteriori. Neste trabalho a abordagem da Inferência Bayesiana apresenta-se como metodologia alternativa promissora para a estimativa de parâmetros em problemas de transferência de massa, pois fornece mais confiabilidade na determinação dos parâmetros do modelo devido à representatividade estatística das amostras. Os parâmetros obtidos por meio da abordagem Bayesiana mostrou-se vantajosas comparadas aos resultados encontrados com os algoritmos estocásticos. Para a análise da eficácia dos resultados, obtidos na solução do problema inverso, são realizadas a análise de sensibilidade dos parâmetros presentes na modelagem cromatográfica, seguido do projeto de experimento e a determinação do intervalo de confiança das estimativas. Para a equação do modelo de Transporte Dispersivo, a estratégia usada neste trabalho para a solução do sistema de equações diferenciais ordinárias foi essencial para se obter baixo custo computacional. O presente trabalho contribui cientificamente ao obter estimativas confiáveis dos parâmetros aplicando estratégias diferentes na solução dos problemas direto e inverso no sistema de Leito Móvel Simulado devido a sua a importância nas diversas áreas das engenharias. O uso dos modelos matemáticos e métodos de determinação de parâmetros, que descrevam adequadamente os fenômenos envolvidos, são de fundamental importância para conseguir grandes avanços em processos de transporte de massa.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_MarroniDeSaRego.pdf: 1232370 bytes, checksum: a61fa728dadde8829166f52ca211c5cd (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_MarroniDeSaRego.pdf: 1232370 bytes, checksum: a61fa728dadde8829166f52ca211c5cd (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Optimization methods that use optimality conditions of first and/or second order are known to be efficient. Commonly, such iterative methods are developed and analyzed in the light of knowledge concerning the mathematical analysis in n-dimensional Euclidean spaces, whose nature is of local character. Consequently, these methods lead to iterative algorithms that perform only local searches. Thus, the application of such algorithms to the calculation of global minimizers of a non-linear function, especially non-convex and multimodal, depends strongly on the location of the starting points. The Topographical Global Optimization method is a clustering algorithm, which uses an ingenious approach based on elementary concepts of graph theory, in order to generate good starting points for local search methods, from points distributed uniformly in the interior of the feasible set. The purpose of this work is two-fold. The first is a revisit to the Topographical Global Optimization method, where, for the first time, its foundations are formally described and its basic properties are mathematically proven. In this context, we propose a semi-empirical formula for computing the key parameter of this clustering algorithm, and, using a robustand efficient direction interior-point method, we extend the use of the Topographical Global Optimization method to problems with inequality constraints. The second objective is the application of this method to the phase stability analysis of mixtures, a difficult and important global optimization problem of the chemical engineering thermodynamics. Furthermore, in order to have an initial assessment of the power of this technique,first we solve 70 test problems, and then compare the performance of the method considered here with the MIDACO solver, a powerful software recently introduced in the field of global optimization. Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:47Z No. of bitstreams: 2 Tese_NelsonMachadoBarbosa_part1.pdf: 1839569 bytes, checksum: 5631ed7400252294de0f38ccb7dc2bcb (MD5) Tese_NelsonMachadoBarbosa_part2.pdf: 12565849 bytes, checksum: b335a2cf947612549f339f2aa4c95e30 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_NelsonMachadoBarbosa_part1.pdf: 1839569 bytes, checksum: 5631ed7400252294de0f38ccb7dc2bcb (MD5) Tese_NelsonMachadoBarbosa_part2.pdf: 12565849 bytes, checksum: b335a2cf947612549f339f2aa4c95e30 (MD5) Previous issue date: 2014-04-17 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The process of secondary oil recovery is commonly accomplished by injecting water or gas into the reservoir to maintain the necessary pressure for their extraction. So that the investment is viable spending extraction must be smaller than the financial return to oil production. Aiming to study possible scenarios for the exploration process, it is customary to use simulations of extraction processes. The equations that model this process of recovery are hyperbolic and nonlinear, which can be interpreted as Conservation Laws , whose solutions are complex by their discontinuous nature . These discontinuities or jumps are known as shock waves. Due to this importance, this work will be discussed a mathematical analysis of the phenomena arising from conservation laws, to then use it in the understanding of this problem. Weak solutions that physically can be interpreted as shock waves or rarefaction, so that they might be distinguished physically admissible were studied, was considered the principle of entropy, in its various forms. The simulations were performed in the fields of two-phase and three-phase flow, in which the fluids are immiscible and gravitational and diffusive effects due to capillary pressure, were discarded. Initially a comparative study of numerical resolutions in the capture of shock waves in water-oil two-phase flow was made. This study highlights LWLF k Composite method and Nonstandard. Was also presented a new renormalization function for nonstandard scheme with satisfactory results, especially in regions where the oil viscosity is much higher than the viscosity of the water. In twodimensional flow, a new method will be presented. The same is a generalization of onedimensional nonstandard schema. Finally, the adaptation of nonstandard and LWLF-4 methods for simulating in three-phase one-dimensional flows. In general, the nonstandard scheme was considered the most efficient method in problems addressed, since its twodimensional version was satisfactory in capturing shock waves in two-phase flow in porous media. O processo de recuperação secundária de petróleo é comumente realizado com a injeção de água ou gás no reservatório a fim de manter a pressão necessária para sua extração. Para que o investimento seja viável, os gastos com a extração precisam ser menores do que o retorno financeiro obtido com a produção de petróleo. Objetivando-se estudar possíveis cenários para o processo de exploração, costuma-se utilizar simulações dos processos de extração. As equações que modelam esse processo de recuperação são de caráter hiperbólico e não lineares, as quais podem ser interpretadas como Leis de Conservação, cujas soluções são complexas por suas naturezas descontínuas. Essas descontinuidades ou saltos são conhecidas como ondas de choque. Neste trabalho foi abordada uma análise matemática para os fenômenos oriundos de leis de conservação, para em seguida utilizá-la no entendimento do referido problema. Foram estudadas soluções fracas que, fisicamente, podem ser interpretadas como ondas de choque ou rarefação, então, para que fossem distinguidas as fisicamente admissíveis, foi considerado o princípio de entropia, nas suas diversas formas. As simulações foram realizadas nos âmbitos dos escoamentos bifásicos e trifásicos, em que os fluidos são imiscíveis e os efeitos gravitacionais e difusivos, devido à pressão capilar, foram desprezados. Inicialmente, foi feito um estudo comparativo de resoluções numéricas na captura de ondas de choque em escoamento bifásico água-óleo. Neste estudo destacam-se o método Composto LWLF-k, o esquema NonStandard e a introdução da nova função de renormalização para o esquema NonStandard, onde obteve resultados satisfatórios, principalmente em regiões onde a viscosidade do óleo é muito maior do que a viscosidade da água. No escoamento bidimensional, um novo método é proposto, partindo de uma generalização do esquema NonStandard unidimensional. Por fim, é feita uma adaptação dos métodos LWLF-4 e NonStandard para a simulação em escoamentos trifásicos em domínios unidimensional. O esquema NonStandard foi considerado mais eficiente nos problemas abordados, uma vez que sua versão bidimensional mostrou-se satisfatória na captura de ondas de choque em escoamentos bifásicos em meios porosos.

Neste trabalho, utilizamos um método de otimização a ser aplicado a problemas de otimização de parâmetros das biociências e da engenharia química, muitos dos quais são multimodais. Nesta técnica, primeiramente são geradas soluções iniciais dentro do domínio do problema por meio da sequência quasi-aleatória de Sobol com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções foram agrupadas utilizando o algoritmo denominado Topographical Algorithm (TA). Finalmente, foram feitas buscas locais através dos métodos determinísticos de otimização Hooke-Jeeves e Rosenbrock com a finalidade de se encontrar os ótimos locais. O método é formado por duas variantes, combinando a inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que este método possa ser avaliado, seus resultados foram comparados com os obtidos por outras metodologias e os resultados alcançados são bastante efetivos. In this work, we solve parameter estimation problems from Biosciences and Chemical Engineering. These problems are highly multimodal, requiring optimization techniques that overcome local optima. In order to do so, we use a clustering optimization technique based on the topographical information on the objective function called Topographical Algorithm (TA). This algorithm consists of three steps: a uniform random sampling of solutions in the search space, the construction of the topograph, and the application of a local optimization algorithm using the topograph minima as starting points. In this work, we use the Sobol quasi-random sequence to perform the first step and the Hooke–Jeeves and Rosenbrock direct search methods for the third step. Both variants of TA are compared against other methods in the literature, and the results obtained are very effective.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:27Z No. of bitstreams: 3 Dissertacao_Raimundo_part1.pdf: 7230184 bytes, checksum: fe4a14e6ab2019782d366e6f2adefb3b (MD5) Dissertacao_Raimundo_part2.pdf: 8416126 bytes, checksum: cb1846e45fc907a8bce71de520161608 (MD5) Dissertacao_Raimundo_part3.pdf: 6318786 bytes, checksum: c15e9ab2286677ff833d67116e7341cc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:27Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertacao_Raimundo_part1.pdf: 7230184 bytes, checksum: fe4a14e6ab2019782d366e6f2adefb3b (MD5) Dissertacao_Raimundo_part2.pdf: 8416126 bytes, checksum: cb1846e45fc907a8bce71de520161608 (MD5) Dissertacao_Raimundo_part3.pdf: 6318786 bytes, checksum: c15e9ab2286677ff833d67116e7341cc (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A deduction of multicriticality criteria for the calculation of critical points of any order represents the formalization of ideas used to calculate critical points and tricritical and still extends such ideas. Of possession of this deduction can be understood the criteria of tricriticality and, with that, through a global approach by optimization problem can make the calculation of points tricritical using a suitable numerical method of global optimization. To avoid an excess of computational cost with numerical routines used in the form of finite difference approximations of the terms that make up the objective function. To simulate the P v - T relationship has been chosen by the cubic equation of State of Peng-Robinson and the classical rule of fluids of van der Vaals, for modeling the problem also calculated the tensors of order 2, 3, 4 and 5 of the stability test. The results obtained were compared with experimental data and results obtained by other authors who used numerical methods, equation of State or different approach from those used in this work. Uma dedução dos critérios de multicriticalidade para o cálculo de pontos críticos de qualquer ordem representa a formalização de ideias utilizadas para calcular pontos críticos e tricríticos e ainda amplia tais ideias. De posse desta dedução pode-se compreender os critérios de tricriticalidade e, com isso, através de uma abordagem via problema de otimização global pode-se fazer o cálculo de pontos tricríticos utilizando um método numérico adequado de otimização global. Para evitar um excesso de custo computacional com rotinas numéricas utilizou-se aproximações na forma de diferenças finitas dos termos que compõem a função objetivo. Para simular a relação P v - T optou-se pela equação de estado cúbica de Peng-Robinson e pela regra clássica de fluidos de van der Vaals, para modelagem do problema também se calculou os tensores de ordem 2, 3, 4 e 5 da função do teste de estabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e por resultados obtidos com outros autores que utilizaram métodos numéricos, equação de estado ou abordagem diferente das utilizadas neste trabalho.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:22Z No. of bitstreams: 1 TESE_JUAN.pdf: 4181749 bytes, checksum: a243b0f1ede12d75699a59f7415c29f0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_JUAN.pdf: 4181749 bytes, checksum: a243b0f1ede12d75699a59f7415c29f0 (MD5) Previous issue date: 2013-04-18 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work deals with the two-phase flow in heterogeneous porous media of fractal nature, where the fluids are considered immiscible. The porous media are modeled by the Kozeny-Carman Generalized (KCG) equation, a relationship between permeability and porosity obtained from a new power law. This equation proposed by us is able to generalize various models of the literature, and thus is of more general use. The numerical simulator developed here employs finite difference methods. Following the classic strategy called IMPES, the evolution in the time is based on an operators splitting technique. Thus, the pressure field is computed implicitly, whereas the saturation equation of wetting phase is solved explicitly in each time step. The optimization method called DFSANE is used to solve pressure equation. We emphasize that the DFSANE method has not been used before in the reservoir simulation context. Therefore, its use here is unprecedented. To minimize numerical diffusions, the saturation equation is discretized by an upwind-type scheme, commonly employed in numerical simulators for petroleum recovery, which is explicitly solved by the fourth order Runge-Kutta method. The simulation results are quite satisfatory. In fact, these results show that the KCG model is able to generate heterogeneous porous media, whose features enable to capture physical phenomena that are generally inaccessible to many simulators based on classical finite differences, as the so-called fingering phenomenon, which occurs when the mobility ratio (between the fluid phases) assumes adverse values. In all simulations presented here, we consider that the immiscible flow is two-dimensional. Thus, the porous medium is characterized by permeability and porosity fields defined in two-dimensional Euclidean regions. However, the theory discussed in this work does not impose restrictions for the their application to three-dimensional problems. O presente trabalho trata do escoamento bifásico em meios porosos heterogêneos de natureza fractal, onde os fluidos são considerados imiscíveis. Os meios porosos são modelados pela equação de Kozeny-Carman Generalizada (KCG), a qual relaciona a porosidade com a permeabilidade do meio através de uma nova lei de potência. Esta equação proposta por nós é capaz de generalizar diferentes modelos existentes na literatura e, portanto, é de uso mais geral. O simulador numérico desenvolvido aqui emprega métodos de diferenças finitas. A evolução temporal é baseada em um esquema de separação de operadores que segue a estratégia clássica chamada de IMPES. Assim, o campo de pressão é calculado implicitamente, enquanto que a equação da saturação da fase molhante é resolvida explicitamente em cada nível de tempo. O método de otimização denominado de DFSANE é utilizado para resolver a equação da pressão. Enfatizamos que o DFSANE nunca foi usado antes no contexto de simulação de reservatórios. Portanto, o seu uso aqui é sem precedentes. Para minimizar difusões numéricas, a equação da saturação é discretizada por um esquema do tipo "upwind", comumente empregado em simuladores numéricos para a recuperação de petróleo, o qual é resolvido explicitamente pelo método Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados das simulações são bastante satisfatórios. De fato, tais resultados mostram que o modelo KCG é capaz de gerar meios porosos heterogêneos, cujas características permitem a captura de fenômenos físicos que, geralmente, são de difícil acesso para muitos simuladores em diferenças finitas clássicas, como o chamado fenômeno de dedilhamento, que ocorre quando a razão de mobilidade (entre as fases fluidas) assume valores adversos. Em todas as simulações apresentadas aqui, consideramos que o problema imiscível é bidimensional, sendo, portanto, o meio poroso caracterizado por campos de permeabilidade e de porosidade definidos em regiões Euclideanas. No entanto, a teoria abordada neste trabalho não impõe restrições para sua aplicação aos problemas tridimensionais.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:19Z No. of bitstreams: 1 Tese_PatriciaOlivaSoares.pdf: 2932794 bytes, checksum: 5789501b9a12c824b94f2e135b42ee19 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_PatriciaOlivaSoares.pdf: 2932794 bytes, checksum: 5789501b9a12c824b94f2e135b42ee19 (MD5) Previous issue date: 2013-01-04 This thesis presents a methodology for retrieving vertical temperature profiles in the atmosphere with clouds from radiance measurements made by satellite, using artificial neural networks. Vertical temperature profiles are important initial conditions for numerical weather prediction models, and are usually obtained from measurements of radiance using infrared channels. Though, when these measurements are performed in the atmosphere with clouds, it is not possible to retrieve the temperature profile with current techniques. It is a significant loss of information, since on average 20% of the pixels of the images have clouds. In this thesis, this problem is solved as a two-step inverse problem: the first step is an inverse problem of boundary condition estimation, where the radiance reaching the cloud basis is determined from radiance measured by satellite; the second step consists in determining the vertical temperature profile from the boundary condition estimated in the first step. Reconstructions of temperature profile are presented for four test cases. The results show that the proposed methodology produces satisfactory results and has great potential for use, allowing to incorporate information from a wider area of the planet and thus to improve numerical weather prediction models. Esta tese tem por objetivo propor uma metodologia para recuperação de perfis verticais de temperatura na atmosfera com nuvens a partir de medidas de radiância feitas por satélite, usando redes neurais artificiais. Perfis verticais de temperatura são importantes condições iniciais para modelos de previsão de tempo, e são usualmente obtidos a partir de medidas de radiâncias feitas por satélites na faixa do infravermelho. No entanto, quando estas medidas são feitas na presença de nuvens, não é possível, com as técnicas atuais, efetuar a recuperação deste perfil. É uma perda significativa de informação, pois, em média, 20% dos pixels das imagens acusam presença de nuvens. Nesta tese, este problema é resolvido como um problema inverso em dois passos: o primeiro passo consiste na determinação da radiância que atinge a base da nuvem a partir da radiância medida pelos satélites; o segundo passo consiste na determinação do perfil vertical de temperaturas a partir da informação de radiância fornecida pelo primeiro passo. São apresentadas reconstruções do perfil de temperatura para quatro casos testes. Os resultados obtidos mostram que a metodologia adotada produz resultados satisfatórios e tem grande potencial de uso, permitindo incorporar informações sobre uma região mais ampla do globo e, consequentemente, melhorar os modelos de previsão do tempo.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:40Z No. of bitstreams: 1 Tese_Kamilla_Vogas_Romualdo.pdf: 5124112 bytes, checksum: 7db5dd4270f4377aa000637b156755fd (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Kamilla_Vogas_Romualdo.pdf: 5124112 bytes, checksum: 7db5dd4270f4377aa000637b156755fd (MD5) Previous issue date: 2012-12-21 Several important industrial applications involving adsorption processes, citing as an example the product purification, separation of substances, pollution control and moisture among others. The growing interest in processes of purification of biomolecules is mainly due to the development of biotechnology and the demand of pharmaceutical and chemical products with high purity. The simulated moving bed (SMB) chromatography is a continuous process that has been applied to simulate the movement of the adsorbent bed, in a countercurrent to the movement of liquid through the periodic exchange of the positions of input and output currents, being operated so continuous, notwithstanding the purity of the outlet streams. This is the extract, rich in the more strongly adsorbed component, and the raffinate, rich in the more weakly adsorbed component, the method being particularly suited to binary separations. The aim of this thesis is to study and evaluate different approaches using stochastic optimization methods for the inverse problem of the phenomena involved in the separation process in LMS. We used discrete models with different approaches to mass transfer. With the benefit of using a large number of theoretical plates in a column of moderate length, in this process the separation increases as the solute flowing through the bed, i.e. as many times as molecules interact between the mobile phase and stationary phase thus achieving the equilibrium. The modeling and simulation verified in these approaches allowed the assessment and identification of the main characteristics of a separation unit LMS. The application under consideration refers to the simulation of the separation of Ketamine and Baclofen. These compounds were chosen because they are well characterized in the literature and are available in kinetic studies and equilibrium adsorption on experimental results. With the results of experiments evaluated the behavior of the direct and inverse problem of a separation unit LMS in order to compare these results, always based on the criteria of separation efficiency between the mobile and stationary phases. The methods studied were the GA (Genetic Algorithm) and PCA (Particle Collision Algorithm) and we also made a hybridization between the GA and PCA. This thesis, we analyzed and compared the optimization methods in different aspects of the kinetic mechanism for mass transfer between the adsorption and desorption of the adsorbent solid phases. Diversas aplicações industriais relevantes envolvem os processos de adsorção, citando como exemplos a purificação de produtos, separação de substâncias, controle de poluição e umidade entre outros. O interesse crescente pelos processos de purificação de biomoléculas deve-se principalmente ao desenvolvimento da biotecnologia e à demanda das indústrias farmacêutica e química por produtos com alto grau de pureza. O leito móvel simulado (LMS) é um processo cromatográfico contínuo que tem sido aplicado para simular o movimento do leito de adsorvente, de forma contracorrente ao movimento do líquido, através da troca periódica das posições das correntes de entrada e saída, sendo operado de forma contínua, sem prejuízo da pureza das correntes de saída. Esta consiste no extrato, rico no componente mais fortemente adsorvido, e no rafinado, rico no componente mais fracamente adsorvido, sendo o processo particularmente adequado a separações binárias. O objetivo desta tese é estudar e avaliar diferentes abordagens utilizando métodos estocásticos de otimização para o problema inverso dos fenômenos envolvidos no processo de separação em LMS. Foram utilizados modelos discretos com diferentes abordagens de transferência de massa, com a vantagem da utilização de um grande número de pratos teóricos em uma coluna de comprimento moderado, neste processo a separação cresce à medida que os solutos fluem através do leito, isto é, ao maior número de vezes que as moléculas interagem entre a fase móvel e a fase estacionária alcançando assim o equilíbrio. A modelagem e a simulação verificadas nestas abordagens permitiram a avaliação e a identificação das principais características de uma unidade de separação do LMS. A aplicação em estudo refere-se à simulação de processos de separação do Baclofen e da Cetamina. Estes compostos foram escolhidos por estarem bem caracterizados na literatura, estando disponíveis em estudos de cinética e de equilíbrio de adsorção nos resultados experimentais. De posse de resultados experimentais avaliou-se o comportamento do problema direto e inverso de uma unidade de separação LMS visando comparar os resultados obtidos com os experimentais, sempre se baseando em critérios de eficiência de separação entre as fases móvel e estacionária. Os métodos estudados foram o GA (Genetic Algorithm) e o PCA (Particle Collision Algorithm) e também foi feita uma hibridização entre o GA e o PCA. Como resultado desta tese analisouse e comparou-se os métodos de otimização em diferentes aspectos relacionados com o mecanismo cinético de transferência de massa por adsorção e dessorção entre as fases sólidas do adsorvente.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:03Z No. of bitstreams: 1 TESE_Ana_Carolina.pdf: 1369020 bytes, checksum: 0f4cbfc21b98e1cbbb6a4b4e1b577a74 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_Ana_Carolina.pdf: 1369020 bytes, checksum: 0f4cbfc21b98e1cbbb6a4b4e1b577a74 (MD5) Previous issue date: 2011-07-04 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this thesis, a new family of methods designed for multimodal optimization is introduced. In these techniques, first of all, initial solutions are generated in order to explore the search space. Secondly, these solutions are grouped in clusters using a fuzzy-clustering algorithm so that multiple optima are found. Finally, an instance of deterministic optimization method is triggered within each cluster to reach for the local optimum. This family of methods is formed by six variants combining three initialization schemes in the first phase with two local search algorithms in the third. These methods are compared against other techniques in the literature using benchmarks, obtaining promising results. Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:04Z No. of bitstreams: 1 Tese_Joviana.pdf: 1492386 bytes, checksum: ca741ad1e54a61f2d63486f05f839e4e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Joviana.pdf: 1492386 bytes, checksum: ca741ad1e54a61f2d63486f05f839e4e (MD5) Previous issue date: 2010-12-13 The phase equilibrium calculation is an important problem in engineering processes, for example, in the separation by distillation, in extraction processes, and simulation of the tertiary petroleum recovery, among others applications. But, before this calculation is advisable a phase stability analysis, which will determine if a given mixture presents one or more phases. Such stability analysis can be approached as an optimization problem, called the minimization of the tangent plane distance function to molar Gibbs free energy, where thermodynamic models, with a non-convex and also non-linear nature, are used to describe this problem. Such fact has been motivating a large interest in robust and efficient techniques for optimization of problems related with the phase equilibrium thermodynamics. As has been highlighted in the literature, in order to provide a complete prediction of the phase equilibrium, the determination of the global minimizer of the objective function related with the stability test is not enough. Is also necessary the obtaining of all its stationary points. Thus, the development of methodologies for this challenging task became a new research area of global optimization applied to the phase equilibrium thermodynamics, with common interests in chemical and petroleum engineering. The focus of the present work is a new methodology to solve the stability test problem. For such, here it is used the called Generating Set Search method, which accomplishes local searches in points of a net previously generated by an evolutionary methaheuristic, the Particle Swarm algorithm. To obtain more than one stationary point, polarized merit functions are minimized, where the poles of such merit functions are the points previously found. The methodology proposal was tested in the analysis of fourteen polar mixtures, previously considered in the literature. The results showed that the proposed method is robust and efficient, being capable to find all stationary points previously indicated in the literature, besides the global minimizers. For two ternary mixtures, it was noticed that this method detected some stationary points not obtained before by the interval analysis method, a reliable technique very diffused in the literature. The stability analysis using only the Particle Swarm algorithm together with the polarization technique (without the local search done by the Generating Set Search method) constitutes other methodology for the resolution of the problem considered here. That use is a secondary novelty of this work. This simplified methodology exhibited also a significant robustness, being capable to find all the stationary points. However, when compared with the more general approach proposed here, in some cases, where the merit function presents a more complex geometry, it was observed that such simplification can consume a relatively large computational time. Therefore, the simplified methodology is less efficient. O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jardel da Silva Costa texto completo.pdf: 421877 bytes, checksum: 79356ab8be075007342776a0af7a83b8 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Jardel da Silva Costa texto completo.pdf: 421877 bytes, checksum: 79356ab8be075007342776a0af7a83b8 (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Because of its importance, the so-called Lennard-Jones problem has attracted researchers from various fields of pure and applied science. This problem boils down to find the coordinates of a system with three-dimensional Euclidean space, which correspond to minimum potential energy. This problem plays a fundamental role in determining the stability of molecules in highly branched arrangement, such as proteins. The main difficulty in solving the problem of Lennard-Jones from the fact that the objective function is non-convex and highly nonlinear with several variables, thus presenting a large number of local minima. Here, we used some methods of stochastic global optimization, where we seek to compare the results of the numerical algorithm, in order to see which are better suited to the minimization of the potential. In this study, we addressed only micro groups having 3-10 atoms. The results were also compared with the currently best known results in literature. The optimization algorithms were all implemented in C + +. Devido à sua importância, o chamado problema de Lennard-Jones tem atraído pesquisadores de diversos campos da ciência pura e aplicada. Tal problema resume-se em achar as coordenadas de um sistema no espaço Euclidiano tridimensional, as quais correspondem a um mínimo de um potencial de energia. Esse problema desempenha um papel de fundamental importância na determinação da estabilidade de moléculas em arranjos altamente ramificados, como das proteínas. A principal dificuldade para resolver o problema de Lennard-Jones decorre do fato de que a função objetivo é não-convexa e altamente não-linear com várias variáveis, apresentando, dessa forma, um grande número de mínimos locais. Neste trabalho, foram utilizados alguns métodos de otimização global estocástica, onde procurou-se comparar os resultados numéricos dos algoritmos, com o objetivo de verificar quais se adaptam melhor à minimização do referido potencial. No presente estudo, abordou-se somente micro agrupamentos possuindo de 3 a 10 átomos. Os resultados obtidos foram comparados também com o melhores resultados conhecidos atualmente na literatura. Os algoritmos de otimização utilizados foram todos implementados em linguagem C++.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:42:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Anselmo Domingos Biasse BDTD.pdf: 3348779 bytes, checksum: 1f2e4436ef03a8ec71056fcb9e51e6e7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Anselmo Domingos Biasse BDTD.pdf: 3348779 bytes, checksum: 1f2e4436ef03a8ec71056fcb9e51e6e7 (MD5) Previous issue date: 2009-09-01 The understanding of the phenomena of adsorption and diffusion in surfaces are fundamental in the development of materials of high performance used in a series of processes of great industrial relevance. The modelling of materials porous adsorbents through network models has its potential once one can study the phenomena at the microscopic level incorporating a series of important statistical parameters in the understanding of the mechanisms in that scale. In this work of master's degree dissertation, in a first moment, square two-dimensional networks were used with an approach of site-site percolation to model surfaces subject to the conditions of adsorption in infinite time, with the intention of studying the isotherms of adsorption in processes batch. In the first part a statistical relationship was observed in the determination of the isotherms of adsorption, in that the probability of adsorption was conditioned to the number of molecules in the liquid phase. In the second it leaves were different incorporate types and sizes of molecules, being observed different behaviors of the isotherms of adsorption in agreement with the variation of those molecules adsorbed. Another phenomenon of interest was the study of the Percolation Threshold using different types and sizes of molecules, being observed specific behaviors for each case. This way, it can be obtained parameters of the isotherms related with the types and studied molecular sizes, being observed a strong dependence of those with the size of the molecule, once the selectivity to the adsorption increases with the size of the molecule. Still in this 1st part they were also calculated the occupation probability related with the entropy, observing behaviors in the occupation probability to each stage of time. In a second moment, it was studied of the diffusion dynamics, by "random walk" or random walkers, in square and cubic netwares, in that were obtained potency laws for each dimension. Aspects as axial dispersion and porosity were incorporate in the simulations, being noticed specific behaviors for each case. A compreensão dos fenômenos de adsorção e difusão em superfícies é fundamental no desenvolvimento de materiais de alto rendimento utilizados em uma série de processos de grande relevância industrial. A modelagem de materiais adsorventes porosos através de modelos de rede tem seu potencial uma vez que se pode estudar os fenômenos a nível microscópico incorporando uma série de parâmetros estatísticos importantes na compreensão dos mecanismos nessa escala. Neste trabalho de dissertação de mestrado, em um primeiro momento, foram utilizadas redes bidimensionais quadradas com abordagem de percolação de sítio-sítio para modelar superfícies sujeitas às condições de adsorção em tempo infinito, com o intuito de se estudar as isotermas de adsorção em processos batelada. Numa primeira parte foi observada uma relação estatística na determinação das isotermas de adsorção, em que a probabilidade de adsorção estava condicionada ao número de moléculas na fase líquida. Na segunda parte foram incorporados diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados diferentes comportamentos das isotermas de adsorção de acordo com a variação dessas moléculas adsorvidas. Outro fenômeno de interesse foi o estudo do Limiar de Percolação utilizando diferentes tipos e tamanhos de moléculas, sendo observados comportamentos específicos para cada caso. Desta forma, pode-se obter parâmetros das isotermas relacionados com os tipos e tamanhos moleculares estudados, sendo observado uma forte dependência daqueles com o tamanho da molécula, uma vez que a seletividade à adsorção aumenta com o tamanho da molécula. Ainda nesta primeira parte foram calculados também a probabilidade de ocupação relacionada com a entropia, observando comportamentos na probabilidade de ocupação a cada etapa de tempo. Em um segundo momento, foi estudado a dinâmica de difusão, mediante random walk ou passeadores aleatórios, em redes quadradas e cúbicas, em que foram obtidas leis de potência para cada dimensão. Aspectos como dispersão axial e porosidade foram incorporadas nas simulações, sendo abservados comportamentos específicos para cada caso.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:59Z No. of bitstreams: 1 Tese Mauricio Rodrigues Silva BDTD.pdf: 3273609 bytes, checksum: 3d1c723b1900886f22b1ceac1e0afff3 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Mauricio Rodrigues Silva BDTD.pdf: 3273609 bytes, checksum: 3d1c723b1900886f22b1ceac1e0afff3 (MD5) Previous issue date: 2009-06-22 This paper aims to present solutions for nonlinear systems with multiple roots, using a hybrid algorithm. For this purpose was developed and implemented an algorithm based on random search method proposed by Luus and Jaakola (1973) as a step in search of random starting points, which will be refined through the algorithm of Hooke and Jeeves. The differential of this work is to propose a hybrid algorithm, using the characteristics of the Luus-Jaakola algorithm and Hooke and Jeeves as a search and refinement stages respectively. For this, the above algorithms are encapsulated in functions in the hybrid algorithm. Besides these two steps, the hybrid algorithm has two other important characteristics, which is the execution repeated until to reach a sufficient number of distinct solutions, which is then undergo a process of classification of solutions by interval, where each interval generates a set solutions to close, which in turn is subject to the final stage of minimization, resulting in only one value per class of solution. Thus each class provides a unique solution, which is part of the final set of solutions of the problem, because this algorithm is applied to problems with multiple solutions. So, the hybrid algorithm developed was tested, with the standard, several problems of classical non-linear programming, in particular the unrestricted problems with multiple solutions. After the tests, the results were compared with algorithm Luus-Jaakola, and the Interval Newton/Generalized Bisection method (IN/GB), in order to obtain a quantitative and qualitative analysis of their performance. Finally it was found that the hybrid algortimo achieved higher when compared to the others. Este trabalho tem como objetivo apresentar soluções de sistemas não-lineares com raízes múltiplas, através de um algoritmo híbrido. Para esta finalidade foi desenvolvido e implementado um algoritmo de busca aleatória baseado no método proposto por Luus e Jaakola (1973) como etapa de busca aleatória dos pontos iniciais, que são refinados através do algoritmo de Hooke e Jeeves. O diferencial deste trabalho foi propor um algoritmo híbrido, utilizando as características dos algoritmos Luus-Jaakola e Hooke e Jeeves como etapas de busca e refinamento respectivamente. Para isso, os algoritmos acima são encapsulados em funções no algoritmo híbrido. Além destas duas etapas, o algoritmo híbrido possui duas outras características importantes, que é a execução repetida até que se alcance um número suficiente de soluções distintas, que são então submetidas a um processo de classificação de soluções por intervalo, onde cada intervalo gera um conjunto de soluções próximas, que por sua vez, são submetidas à etapa final de minimização, resultando em apenas um valor de solução por classe. Desta forma cada classe produz uma única solução, que faz parte do conjunto final de soluções do problema, pois este algoritmo é aplicado a problemas com múltiplas soluções. Então, o algoritmo híbrido desenvolvido foi testado, tendo como padrão, vários problemas clássicos de programação não-linear, em especial os problemas irrestritos com múltiplas soluções. Após os testes, os resultados foram comparados com o algoritmo Luus-Jaakola, e o Método de Newton Intervalar / Bisseção Generalizada (IN/GB - Interval Newton/Generalized Bisection), com a finalidade de se obter uma análise quantitativa e qualitativa de seu desempenho. Por fim comprovou-se que o algortimo Híbrido obteve resultados superiores quando comparados com os demais.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Julliany Sales Brandao BDTD.pdf: 1541872 bytes, checksum: f8b62692d4c6a7de5a24740ed1410500 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Julliany Sales Brandao BDTD.pdf: 1541872 bytes, checksum: f8b62692d4c6a7de5a24740ed1410500 (MD5) Previous issue date: 2009-05-22 This dissertation presents the application of the one new approach using Genetic Algorithm in solving One-Dimensional Cutting Problems, in order to minimize two objectives, usually conflicting, the number of processed objects and setup, simultaneously. The cutting problem basically consists in finding the best way to obtain parts of distinct sizes (items) from the cutting of larger parts (objects) with the purpose of minimizing an specific cost or maximizing the profit. The disposition of the items on the object for the making of cuts during its production is called the cutting pattern. The setup is the machine's preparation time. The model problem, the objective function, the method denominated SingleGA and the steps used to solve the problem are also presented. The obtained results of the SingleGA are compared to the following methods: SHP, Kombi234, ANLP300 and Symbio, found in literature, verifying its capacity to find feasible and competitive solutions. The computational results show that the proposed method, which only uses a genetic algorithm to solve these two objectives inversely related, provides good results. Esta dissertação apresenta a aplicação de uma nova abordagem utilizando Algoritmo Genético na resolução do Problema de Corte Unidimensional na minimização de dois objetivos, geralmente conflitantes, o número de objetos processados e o setup, simultaneamente. O problema de corte consiste, basicamente, em encontrar a melhor maneira de obter peças de tamanhos distintos (itens) a partir do corte de peças maiores (objetos) com o objetivo de minimizar alguma espécie de custo ou maximizar o lucro. A disposição dos itens no objeto para a realização de cortes durante sua produção é denominada padrão de corte. E o setup é o tempo de preparação de máquina. O modelo do problema, a função objetivo e o método proposto denominado SingleGA, bem como os passos utilizados para sua resolução, também são apresentados. Os resultados obtidos pelo SingleGA são comparados com os métodos SHP, Kombi234, ANLCP300 e Symbio, encontrados na literatura, a fim de verificar a capacidade de encontrar soluções viáveis e competitivas. Os resultados computacionais mostram que o método proposto, o qual utiliza apenas um algoritmo genético para resolver esses dois objetivos inversamente relacionados, proporciona bons resultados.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:39Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Carolina Rios Coelho BDTD.pdf: 867663 bytes, checksum: 9ea43484661881d19c4bee3ac0519749 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Carolina Rios Coelho BDTD.pdf: 867663 bytes, checksum: 9ea43484661881d19c4bee3ac0519749 (MD5) Previous issue date: 2009-02-26 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work, we attack a parameter optimization problem from Biophysics, where the aim is to obtain the substrate concentration rate of a liver. This problem is highly non-linear, multimodal, and with non-differentiable objective-function. We solve it using optimization methods from the literature and three methods introduced in this work. The latter methods are based on the hybridization of a stochastic technique which explores the search space, with a direct search deterministic technique which exploits the most promising areas. Our results show that the new optimization methods perform better than those from the literature. Neste trabalho, abordamos um problema de otimização de parâmetros da biofísica em que o objetivo é a obtenção da taxa média de concentração de substrato no fígado. Este problema é altamente não-linear, multimodal e com função-objetivo não-diferenciável. Resolvemos o mesmo através de métodos de otimização da literatura e introduzimos três métodos de otimização. Os métodos introduzidos neste trabalho são baseados na hibridização de um método estocástico, que explora o espaço de busca, com um método determinístico de busca direta, que faz uma busca local mais refinada nas áreas mais promissoras deste espaço. Os novos métodos são comparados aos da literatura e é verificado que o desempenho dos primeiros é superior.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:10Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoMarceloOliveiraDiasBDTD.pdf: 2228509 bytes, checksum: 6eac3852864ab045db5c88e2764d63c0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoMarceloOliveiraDiasBDTD.pdf: 2228509 bytes, checksum: 6eac3852864ab045db5c88e2764d63c0 (MD5) Previous issue date: 2008-03-03 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This work presents a management model to improve the regional integrated solid waste management. Our model is developed based on a previous work, considering economic, social and environmental issues, and using as inputs the waste generation nodes, the number of thermal and biological treatment facilities, the number of landfills, and time. The problem formulation involves a linear problem formulation, where an objective function expressing the difference between costs and benefits must be minimized. In order to optimize this problem, we employed the random-search Luus-Jaakola algorithm. O presente trabalho apresenta a implementação de um modelo utilizado como ferramenta para aumentar a eficiência do sistema de gerenciamento regional integrado de resíduos sólidos. Este modelo desenvolvido com base no trabalho publicado por M. El-Fadel et al (2002) leva em consideração tanto as questões econômicas como as questões sócio-ambientais, e utiliza como fontes de entrada as seguintes variáveis: número total de fontes de geração de resíduos, número de estações de processamento de resíduos, número de instalações de tratamento térmico e de tratamento biológico dos resíduos sólidos, número de aterros sanitário e tempo. O problema foi abordado envolvendo a formulação de um modelo matemático linear, no qual uma função objetivo, que expressa a diferença entre todos os custos quantificáveis e os benefícios advindos da implementação do sistema de gestão e gerenciamento integrado de resíduos sólidos, deve ser minimizada através de métodos de otimização. Neste trabalho, o método de otimização utilizado foi o algoritmo de busca aleatória Luus-Jaakola.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:06Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoFernandaBarbosaPovoleriBDTD.pdf: 1069836 bytes, checksum: e13b94ee43a688b7278a620967346cb7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoFernandaBarbosaPovoleriBDTD.pdf: 1069836 bytes, checksum: e13b94ee43a688b7278a620967346cb7 (MD5) Previous issue date: 2007-08-31 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The objective of the present work is to present a study of solid-vapor-liquid three-phase equilibrium for methane hydrates. The analysis of three-phase equilibrium has several applications for water-hydrocarbon systems, since it permits, for example, determination of stability region for methane hydrates and natural gas hydrates. We have started seeking in literature about the state-of-art for thermodynamic behaviour and phase equilibrium for hydrates. And then the models proposed by Ballard (2002) and Zhang et al. (2005) were implemented. Zhang et al. (2005) have proposed a phase equilibrium for single-guest gas hydrates at temperatures below 300 K. Their approach has combined the van der Waals Platteeuw theory for the hydrate phase and the Peng Robinson equation of state for both fluid phases (vapor and aqueous phase) (1976) modified by Stryjek and Vera (1986). Ballard s (2000) approach has allowed the hydrate distortion from its standard state and has gave a more accurate composition of the hydrate and has improved hydrate formation predictions at high pressures. As a direct result of accounting for a changing hydrate volume, the cage radii were functions of the hydrate volume. Thus, Ballard have proposed the hydrate phase equilibrium by Gibbs energy minimization in a multi-phase flash routine. Thus, this work presents the Zhang et al. (2005) and Ballard s (2002) approaches for hydrate thermodynamic behavior and makes an analysis and comparison of them. To compute the flash problem, we use the tool lsqnonlin (built-in of MATLAB® software). The algorithm lsqnonlin is based on the Levenberg-Marquadt method. O objetivo do presente trabalho é apresentar um estudo sobre o equilíbrio de fases sólido-líquido-vapor para hidratos de metano. A análise do equilíbrio trifásico sólido-líquido-vapor tem encontrado diversas aplicações para sistemas hidrocarboneto-água, uma vez que permite, por exemplo, a determinação da região de estabilidade de hidratos de metano e hidratos de gás natural. Inicialmente foi feita uma pesquisa sobre o estado da arte no que diz respeito ao comportamento termodinâmico e equilíbrio de fases de hidratos. Foram implementados os modelos apresentados por Ballard (2002) e Zhang et al. (2005). A proposta de Zhang et al. (2005) é aplicável para equilíbrios de fases a temperaturas abaixo de 300 K. Sua abordagem combinou a teoria de van der Waals e Platteeuw para a fase hidrato com a equação do estado de Peng-Robinson (1976) modificada por Stryjek e Vera (1986) para ambas as fases fluidas (fase vapor e fase aquosa). A abordagem de Ballard (2000) considerou a distorção do hidrato do seu estado padrão, o que fornece uma exata composição do hidrato e melhora a previsão da formação dos hidratos a altas pressões. Ao esclarecer a mudança de volume no hidrato, o raio da gaiola do hidrato é uma função do seu volume. Com isso, Ballard propôs uma nova abordagem considerando tal variação de volume e gerou um equilíbrio de fases em uma rotina de flash multifásico através da minimização da energia livre de Gibbs. Assim, o presente trabalho apresenta as abordagens de Zhang et al. (2005) e Ballard (2002) para o comportamento termodinâmico de hidratos e faz uma análise e comparação entre eles. Para resolver o problema do flash computacionalmente, foi utilizada a ferramenta lsqnonlin (built-in do software MATLAB®). O lsqnonlin é um algoritmo baseado no método de Levenberg-Marquadt.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:41:03Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoJoaquinGiovanniDiazGaleanoBDTD.pdf: 2000042 bytes, checksum: d40e753137a2842ddfef0905f46e620c (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:41:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoJoaquinGiovanniDiazGaleanoBDTD.pdf: 2000042 bytes, checksum: d40e753137a2842ddfef0905f46e620c (MD5) Previous issue date: 2007-04-18 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Double retrograde vaporization is a thermodynamic phenomenon where, instead of a ordinary dew point curve, the locus of dew points exhibits two domes, at temperatures lightly above to critical temperature of the more volatile component, and has an S-shape, at temperatures lightly below to referred critical temperature, both within a very limited composition range. These facts imply, respectively, in the existence of four or three roots of the system of nonlinear equations that describes the dew point calculation problem. The rapid increase in inexpensive computing power has contributed to a rise of interest in solving difficult nonlinear problems by stochastic and heuristic optimization methods. In present work, the nonlinear systems with simple bound constraints were solved with success by simulated annealing (SA) algorithm. This algorithm is a (well-known) method based on a stochastic approach to obtain a global minimum of an objective function within reasonable computing time. In this case, we used an auxiliary nonnegative objective function, and we developed a strategy that permits to find more than one solution of nonlinear systems, i.e., more than one global minimum of the auxiliary functions. We also implemented and tested a adaptive random search algorithm, proposed by Luus and Jaakola (1973). The thermodynamic problem was modeled using the original Peng-Robinson equation of state, and the classical one fluid van der Waals mixing rule, for the binary systems of methane + n-butane and ethane + limonene. The results obtained indicate that the proposed methodology was capable to find all dew points for a specified vapor phase composition. A vaporização retrógrada dupla é um fenômeno termodinâmico onde, ao invés de uma usual curva de ponto de orvalho, o lugar geométrico dos pontos de orvalho apresenta duas abóbadas (ou domos), em temperaturas ligeiramente acima da temperatura crítica do componente mais volátil, e tem uma forma em S , em temperaturas ligeiramente abaixo da referida temperatura crítica, ambos dentro de um intervalo de composição muito limitado. Estes fatos implicam, respectivamente, na existência de quatro ou três raízes das soluções do sistema de equaões que descreve o problema do cálculo dos pontos de orvalho. O rápido crescimento da capacidade computacional a baixo custo tem contribuído para um súbito interesse em resolver difíceis problemas não-lineares por métodos de otimização estocásticos e heurísticos. No presente trabalho, os sistemas não-lineares com simples restrições de limitação foram resolvidos com sucesso pelo algoritmo Simulated Annealing (SA). Este algoritmo é um método bem conhecido baseado numa abordagem estocástica para obter um mínimo global de uma função-objetivo com um razoável tempo de computação. Neste caso, usamos uma função-objetivo auxiliar não-negativa e desenvolvemos uma estratégia que permite encontrar mais de uma solução dos sistemas não-lineares, isto é, mais de um mínimo global da função auxiliar. Também foi implementado um algoritmo de busca aleatória adaptativo, proposto por Luus e Jaakola (1973). O problema termodinâmico foi modelado com a equação de Peng-Robinson original e com a regra clássica de misturas de van der Waals, para os sistemas binários metano + n-butano e etano + limoneno. Os resultados indicam que a metodologia proposta é capaz de localizar todos os pontos de orvalho a partir de uma especificação da composição da fase vapor.