Modelagem matemática do processo industrial de coqueamento retardado.

A unidade de coqueamento retardado é um processo térmico de conversão, utilizado pelas refinarias, para converter cargas residuais em produtos de baixo peso molecular e com alto valor agregado (gases, nafta e gasóleo) e coque verde de petróleo. Um pequeno aumento no rendimento líquido da unidade de coqueamento retardado proporciona benefícios económicos consideráveis, especialmente no destilado líquido. A concorrência no mercado, as restrições sobre as especificações do produto e gargalos operacionais exigem um melhor planejamento da produção. Portanto, o desenvolvimento de novas estratégias e modelos matemáticos, focados em melhores condições de operação do processo industrial e formulações de produtos, é essencial para alcançar melhores rendimentos e um acompanhamento mais preciso da qualidade do produto. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de modelo matemático do conjunto forno-reator do processo de coqueamento, a partir de informações obtidas em uma planta industrial. O modelo proposto é baseado na caracterização da carga e dos produtos em pseudocomponentes, modelos cinéticos de grupos e condições de equilíbrio liquido-vapor. Além disso, são discutidos os principais desafios para o desenvolver o modelo matemático do forno e do reator, bem como a caracterização rigorosa do resíduo de vácuo e dos produtos para determinar os parâmetros que afetam a morfologia do coque e a zona de reação no interior do reator de coque.

Proposta de modelo para o desenvolvimento de projetos minerais sustentáveis no Brasil.

A mineração brasileira, assim como todo o setor da industria de transformação, tem perdido competitividade ao longo do tempo, além disso o Brasil necessita tornar suas operações mais sustentáveis e agregar valor a sua produção industrial. A mineração é um setor onde esta questão se torna mais crítica, pois além de poder gerar forte impacto ambiental, a produção é fortemente baseada em commodities, com baixo valor agregado. Um dos caminhos para superar os obstáculos ao crescimento sustentável da mineração no Brasil é o desenvolvimento de projetos minerais inovadores. As condições estabelecidas pelo governo brasileiro para incentivo à inovação são muito abrangentes, práticas e atrativas; os recursos para financiamento são abundantes e os mecanismos para operacionalização extremamente profissionais. No entanto, na maioria das empresas brasileiras estão presentes a aversão ao risco, a falta das práticas de planejamento e de gestão de projetos e a visão de curto prazo focada na atuação corretiva, fatores que não favorecem o ambiente inovador nas empresas. Ou seja, o grande desafio para a mudança da mineração brasileira, tornando-a mais sustentável e competitiva, está na forma de pensar dos seus lideres; pois as condições existentes para desenvolvimento tecnológico estão disponíveis, mas as empresas necessitam aprender a utilizá-las. Este é um trabalho de pesquisa aplicada, que apresenta uma proposta de metodologia para desenvolvimento de projetos minerais sustentáveis, que foi utilizada por algumas empresas e obteve resultados muito positivos; com isto, é possível estabelecer um caminho que favoreça a mudança da cultura predominante, facilitando o desenvolvimento de inovações na mineração e contribuindo para o seu ganho de competitividade e sustentabilidade. A aplicação da metodologia proposta foi aplicada em um caso hipotético de mineração de ferro e os resultados foram muito positivos, demonstrando que o projeto inovador e sustentável seria muito mais competitivo que um tradicional, principalmente, em momentos de mercado em baixa.

Real time optimization in chemical process: evaluation of strategies, improvements and industrial application.

The increasing economic competition drives the industry to implement tools that improve their processes efficiencies. The process automation is one of these tools, and the Real Time Optimization (RTO) is an automation methodology that considers economic aspects to update the process control in accordance with market prices and disturbances. Basically, RTO uses a steady-state phenomenological model to predict the process behavior, and then, optimizes an economic objective function subject to this model. Although largely implemented in industry, there is not a general agreement about the benefits of implementing RTO due to some limitations discussed in the present work: structural plant/model mismatch, identifiability issues and low frequency of set points update. Some alternative RTO approaches have been proposed in literature to handle the problem of structural plant/model mismatch. However, there is not a sensible comparison evaluating the scope and limitations of these RTO approaches under different aspects. For this reason, the classical two-step method is compared to more recently derivative-based methods (Modifier Adaptation, Integrated System Optimization and Parameter estimation, and Sufficient Conditions of Feasibility and Optimality) using a Monte Carlo methodology. The results of this comparison show that the classical RTO method is consistent, providing a model flexible enough to represent the process topology, a parameter estimation method appropriate to handle measurement noise characteristics and a method to improve the sample information quality. At each iteration, the RTO methodology updates some key parameter of the model, where it is possible to observe identifiability issues caused by lack of measurements and measurement noise, resulting in bad prediction ability. Therefore, four different parameter estimation approaches (Rotational Discrimination, Automatic Selection and Parameter estimation, Reparametrization via Differential Geometry and classical nonlinear Least Square) are evaluated with respect to their prediction accuracy, robustness and speed. The results show that the Rotational Discrimination method is the most suitable to be implemented in a RTO framework, since it requires less a priori information, it is simple to be implemented and avoid the overfitting caused by the Least Square method. The third RTO drawback discussed in the present thesis is the low frequency of set points update, this problem increases the period in which the process operates at suboptimum conditions. An alternative to handle this problem is proposed in this thesis, by integrating the classic RTO and Self-Optimizing control (SOC) using a new Model Predictive Control strategy. The new approach demonstrates that it is possible to reduce the problem of low frequency of set points updates, improving the economic performance. Finally, the practical aspects of the RTO implementation are carried out in an industrial case study, a Vapor Recompression Distillation (VRD) process located in Paulínea refinery from Petrobras. The conclusions of this study suggest that the model parameters are successfully estimated by the Rotational Discrimination method; the RTO is able to improve the process profit in about 3%, equivalent to 2 million dollars per year; and the integration of SOC and RTO may be an interesting control alternative for the VRD process.

Proposta de um modelo de gestão de resíduos industriais para o setor calçadista de Franca-SP com vistas à Política Nacional de Resíduos Sólidos

Criado inicialmente com a função básica de proteção aos pés, o calçado tornou-se um objeto de desejo e um acessório essencial de moda. Entre 1950 a 2015, estima-se que a produção mundial passe de 2,5 bilhões de pares produzidos para 25 bilhões de pares por ano, crescimento bem maior do que a população mundial. O couro, principal matéria-prima para a confecção de calçados, caracteriza-se por gerar grandes quantidades de resíduos ao longo de toda a cadeia produtiva. Especificamente na indústria coureiro-calçadista, o problema concentra-se nos elevados volumes de resíduos gerados na atividade produtiva, podendo causar desperdícios e grandes volumes de resíduos a serem descartados, envolvendo, principalmente, questões financeiras e ambientais. Países como Alemanha e Estados Unidos possuem legislação específica sobre a gestão de resíduos desde os anos 1970. No Brasil, depois de mais de 20 anos de tramitação no Congresso Nacional, em 2010, foi instituída a Política Nacional de Resíduos Sólidos, que reúne princípios, objetivos, instrumentos, diretrizes e metas, que deverão ser adotados pelos governos nas esferas federal, estadual e municipal, bem como pelas empresas com vistas à gestão integrada e ao gerenciamento ambientalmente adequado dos resíduos sólidos. Dessa forma, o objetivo desta tese foi desenvolver um modelo de gestão de resíduos industriais para o setor calçadista de Franca-SP com vistas à Política Nacional de Resíduos Sólidos. O desenvolvimento do modelo teve como ponto de partida um estudo bibliográfico sobre o assunto e, na sequência, por intermédio de uma pesquisa aplicada, conseguiu-se, em um primeiro momento, analisar a situação atual para compreender o modelo de gestão de resíduos vigente e realizar uma pesquisa de diagnóstico dos resíduos industriais do setor. Tal pesquisa possibilitou verificar que atualmente, esses resíduos, são enviados em sua totalidade para aterros sanitários, possibilitou também sua quantificação e cálculos dos custos envolvidos para transporte e destinação. Na sequência, realizaram-se estudos sobre a viabilidade técnica e financeira para tratamento térmico desses resíduos e a busca de benchmark no setor. O estudo também proporcionou uma contribuição de caráter mais prático e/ou gerencial ao recomendar diretrizes para a elaboração de um plano de gestão integrada de resíduos industriais para o setor, e uma proposta de gestão compartilhada dos resíduos industriais entre a entidade de classe e as indústrias calçadistas, com vistas à eliminação de envio desses resíduos para aterros. Dessa forma, contribuiu também para a elaboração do Plano Municipal de Gestão Integrada de Resíduos Sólidos do município em questão. Nesse sentido, após as análises e desdobramentos das etapas anteriores, foi possível propor um modelo de gestão de resíduos industriais, bem como demonstrar sua viabilidade técnica e financeira. Tal modelo foi denominado \"Modelo de Equiparação de Custos com Eficiência Ambiental\".