Simulação de reatores de polimerização de estireno : modelagem cinética e termodinâmica

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Modelagem e simulação do campo de velocidades do vento em tormentas elétricas

Esta tese propõe um modelo para descrever o campo de velocidade do vento originado numa tormenta elétrica. O escoamento descendente que ocorre durante uma tormenta elétrica madura é modelado como um campo de fluxo axial simétrico. A evolução da velocidade do vento com o tempo é considerada por meio de uma função de modulação empírica. As flutuações da velocidade ao redor da velocidade média em evolução são representadas por um processo aleatório do tipo ruído branco em faixa. Todos os parâmetros utilizados no modelo estão relacionados a variáveis meteorológicas, tais como a altura e diâmetro da nuvem cumulonimbus causadora do evento, a diferença de pressão e a distância entre o solo e a base da nuvem. Adicionalmente considera-se que a nuvem é transportada numa direção pré escolhida pelo vento de fundo, que pode ser devido à circulação geral na região ou a um ciclone extra-tropical. O campo de velocidades do vento resulta da superposição de ambos campos. O modelo é validado comparando as velocidades do vento determinadas em eventos simulados, com registros de estações meteorológicas. Adicionalmente, perfis verticais previstos pelo modelo são comparados com vários perfis para tormentas elétricas propostos na literatura. Finalmente, séries de velocidade máximas anuais a altura padrão de 10m foram simuladas para três estações meteorológicas no sul do Brasil, para as quais dados experimentais são conhecidos, em termos do número médio de tormentas elétricas por ano e das funções distribuição de probabilidade que caracterizam o vento de fundo. A comparação com séries de registros máximos existentes é satisfatória, dando credibilidade adicional ao modelo proposto.

Modelagem Markoviana da precipitação pluvial diária e simulação do rendimento esperado de soja no município de Cruz Alta (RS)

O agronegócio da soja, caracterizado como investimento em atividade produtiva, envolve problemas de incertezas com o comprometimento definitivo de recursos, com a impossibilidade de reverter decisões tomadas e, também, com o esforço de prever a renda a ser obtida com a colheita. A questão relevante para o sojicultor é como avaliar o rendimento esperado de grãos em um contexto de incertezas, base para o cômputo da taxa de retorno do investimento na produção de soja. Este trabalho teve como objetivo estabelecer uma metodologia que associa um modelo estocástico de precipitação a um modelo de predição do rendimento da cultura de grãos de modo a permitir a atribuição de probabilidades aos rendimentos esperados de soja. Foram utilizados dados meteorológicos diários referentes à precipitação pluvial, temperatura máxima, mínima e média do ar, umidade relativa do ar, radiação solar global e velocidade do vento a 2 metros, bem como o rendimento de soja de Cruz Alta(RS) do período 1/1/1975-31/12/1997 A precipitação pluvial diária foi ajustada à cadeia de Markov de primeira ordem e dois estados e na função gama com variação sazonal para os meses de outubro a abril. Os resultados indicaram que a metodologia associando a geração de séries de precipitação pluvial, evapotranspiração da soja e evapotranspiração real, aplicadas como variáveis de entrada no modelo de predição do rendimento de grãos, possibilitou a definição da densidade de probabilidade do rendimento esperado de soja e, por conseguinte, a quantificação do risco na forma da distribuição de probabilidade acumulada do rendimento. O risco de ocorrência de um valor de rendimento de soja, menor que um valor mínimo de aceitação, quantiifcado pela sua distribuição de probabilidade acumulada, fundamentada em um fenômeno da natureza - a precipitação pluvial - que não depende da vontade humana. A obtenção do rendimento desejado envolve um processo que depende de organização, isto é, depende de fatores subjetivos, de decisões e escolhas. Enfim, um processo que comporta alternativas e depende de iniciativas humanas.

Simulação e modelagem computacionais como recursos auxiliares no ensino de física geral il.

O objetivo deste trabalho foi analisar o processo de ensino-aprendizagem de Física através de abordagens didáticas envolvendo o uso de atividades de simulação e modelagem computacionais em um ambiente de atividade colaborativa presencial. Num primeiro estudo, realizado a partir de uma metodologia quantitativa, avaliou-se o desempenho dos alunos em testes que tinham como tópico a interpretação de gráficos da Cinemática, antes e depois de trabalharem com atividades de simulação e modelagem computacionais em atividades extra-aula. Os resultados deste primeiro estudo mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos estudantes do grupo de controle, submetidos apenas ao método tradicional de ensino. Na seqüência, foram realizados outros dois estudos dentro de uma metodologia qualitativa, em que o foco estava no processo de ensino-aprendizagem que ocorre em ambiente de sala de aula. Foi utilizada uma abordagem que envolveu, além das atividades computacionais, um método colaborativo presencial como dinâmica de base para o estabelecimento das relações interpessoais entre o professor e a turma, e os alunos entre si.A fundamentação teórica adotada esteve baseada na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa e na teoria de Vygotsky sobre interação social. O referencial de Halloun sobre modelagem esquemática também foi utilizado. Os resultados sugerem que as atividades de simulação e modelagem computacionais são potencialmente facilitadoras de aprendizagem significativa em Física. Sugerem, também, que a atividade colaborativa presencial contribui positivamente para esse tipo de aprendizagem.

Modelagem dinâmica e simulação computacional de poços de petróleo verticais e direcionais com elevação por bombeio mecânico

LINS, Filipe C. A. et al. Modelagem dinâmica e simulação computacional de poços de petróleo verticais e direcionais com elevação por bombeio mecânico. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRÓLEO E GÁS, 5. 2009, Fortaleza, CE. Anais... Fortaleza: CBPDPetro, 2009.

Modelagem e simulação de um sistema de bombeio mecânico em poços direcionais utilizando parâmetros concentrados

This work aims presenting the development of a model and computer simulation of a sucker rod pumping system. This system take into account the well geometry, the flow through the tubing, the dynamic behavior of the rod string and the use of a induction motor model. The rod string were modeled using concentrated parameters, allowing the use of ordinary differential equations systems to simulate it s behavior

Desenvolvimento de um núcleo versátil e integrado de ferramentas CAD/CAE para a modelagem e simulação de peças mecânicas

Currently there is still a high demand for quality control in manufacturing processes of mechanical parts. This keeps alive the need for the inspection activity of final products ranging from dimensional analysis to chemical composition of products. Usually this task may be done through various nondestructive and destructive methods that ensure the integrity of the parts. The result generated by these modern inspection tools ends up not being able to geometrically define the real damage and, therefore, cannot be properly displayed on a computing environment screen. Virtual 3D visualization may help identify damage that would hardly be detected by any other methods. One may find some commercial softwares that seek to address the stages of a design and simulation of mechanical parts in order to predict possible damages trying to diminish potential undesirable events. However, the challenge of developing softwares capable of integrating the various design activities, product inspection, results of non-destructive testing as well as the simulation of damage still needs the attention of researchers. This was the motivation to conduct a methodological study for implementation of a versatile CAD/CAE computer kernel capable of helping programmers in developing softwares applied to the activities of design and simulation of mechanics parts under stress. In this research it is presented interesting results obtained from the use of the developed kernel showing that it was successfully applied to case studies of design including parts presenting specific geometries, namely: mechanical prostheses, heat exchangers and piping of oil and gas. Finally, the conclusions regarding the experience of merging CAD and CAE theories to develop the kernel, so as to result in a tool adaptable to various applications of the metalworking industry are presented

Recuperação e purificação de quitosanases usando adsorção em leito expandido com streamline DEAE com modelagem e simulação usando redes neurais

Expanded Bed Adsorption (EBA) is an integrative process that combines concepts of chromatography and fluidization of solids. The many parameters involved and their synergistic effects complicate the optimization of the process. Fortunately, some mathematical tools have been developed in order to guide the investigation of the EBA system. In this work the application of experimental design, phenomenological modeling and artificial neural networks (ANN) in understanding chitosanases adsorption on ion exchange resin Streamline® DEAE have been investigated. The strain Paenibacillus ehimensis NRRL B-23118 was used for chitosanase production. EBA experiments were carried out using a column of 2.6 cm inner diameter with 30.0 cm in height that was coupled to a peristaltic pump. At the bottom of the column there was a distributor of glass beads having a height of 3.0 cm. Assays for residence time distribution (RTD) revelead a high degree of mixing, however, the Richardson-Zaki coefficients showed that the column was on the threshold of stability. Isotherm models fitted the adsorption equilibrium data in the presence of lyotropic salts. The results of experiment design indicated that the ionic strength and superficial velocity are important to the recovery and purity of chitosanases. The molecular mass of the two chitosanases were approximately 23 kDa and 52 kDa as estimated by SDS-PAGE. The phenomenological modeling was aimed to describe the operations in batch and column chromatography. The simulations were performed in Microsoft Visual Studio. The kinetic rate constant model set to kinetic curves efficiently under conditions of initial enzyme activity 0.232, 0.142 e 0.079 UA/mL. The simulated breakthrough curves showed some differences with experimental data, especially regarding the slope. Sensitivity tests of the model on the surface velocity, axial dispersion and initial concentration showed agreement with the literature. The neural network was constructed in MATLAB and Neural Network Toolbox. The cross-validation was used to improve the ability of generalization. The parameters of ANN were improved to obtain the settings 6-6 (enzyme activity) and 9-6 (total protein), as well as tansig transfer function and Levenberg-Marquardt training algorithm. The neural Carlos Eduardo de Araújo Padilha dezembro/2013 9 networks simulations, including all the steps of cycle, showed good agreement with experimental data, with a correlation coefficient of approximately 0.974. The effects of input variables on profiles of the stages of loading, washing and elution were consistent with the literature

Estudo da secagem do pedúnculo do caju em sistemas convencional e solar: modelagem e simulação do processo

This work aims to study the drying of cashew-nut pulp with different lay-out of dryers using conventional and solar energy. It concerns with the use of exceeding of the regional raw material and the suitable knowledge for the applicability of the drying systems as pathway for food conservation. Besides, it used renewable sources as solar energy to dry these agroindustrial products. Runs were carried out using a conventional tray-dryer with temperature, air velocity control and cashew slice thickness of 55°C, 65°C, 75°C; 3.0; 4.5, 6.0 m s-1; 1.0; 1.5 and 2.0 cm, respectively, in order to compare the studied systems. To evaluate the conventional tray-dryer, it was used a diffusional model of 2nd Fick´s law, where the drying curves were quite well fitted to an infinite flat plate design. For the drying runs where the room temperature had no control, it was developed a phenomenological-mathematical model for the solar dryer with indirect radiation under natural and forced convection based on material and energy balances of the system. Besides, it was carried out assays in the in natura as well as dehydrated, statistic analysis of the experimental drying data, sensorial analysis of the final dry product and a simplified economical analysis of the systems studied

Aplicações da teoria da percolação à modelagem e simulação de reservatórios de petróleo

In this thesis we study some problems related to petroleum reservoirs using methods and concepts of Statistical Physics. The thesis could be divided percolation problem in random multifractal support motivated by its potential application in modelling oil reservoirs. We develped an heterogeneous and anisotropic grid that followin two parts. The first one introduce a study of the percolations a random multifractal distribution of its sites. After, we determine the percolation threshold for this grid, the fractal dimension of the percolating cluster and the critical exponents ß and v. In the second part, we propose an alternative systematic of modelling and simulating oil reservoirs. We introduce a statistical model based in a stochastic formulation do Darcy Law. In this model, the distribution of permeabilities is localy equivalent to the basic model of bond percolation