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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Título [PT]: Estudo da otimização do processo de produção de biodiesel - modelagem, simulação e desenvolvimento de um algoritmo genético híbrido
Título [EN]: Study of optimization of biodiesel production process - modeling, simulation and development of a hybrid algorithm
Autor(es): Douglas Castilho Mariani
Palavras-chave [PT]:

Otimização. Processo de produção. Biodiesel. Modelagem matemática. Algoritimo híbrido. Brasil.

Optimization. Mathematical modeling. Biodiesel production. Hybrid algorithm. Brazil.

Nehemias Curvelo Pereira [Orientador] - UEM Márcia Marcondes Altimari Samed - UEM Marcos de Souza - UEM Luiz Mário de Mattos Jorge - UEM Eduardo Coselli Vasco de Toledo Sérgio Pérsio Ravagnani

Resumo: O biodiesel é obtido a partir do processamento de plantas oleaginosas ou óleos residuais e desponta como um substituto do diesel mineral, obtido a partir do refino de petróleo. A utilização do biodiesel vem ao encontro da necessidade da humanidade de substituir sua matriz energética, hoje baseada no petróleo, por uma fonte renovável e que contribua para a redução de emissões de compostos de carbono na atmosfera. Este trabalho tem como objetivo a modelagem, simulação e otimização de plantas de produção de biodiesel, culminando em um software que seja capaz de estudar os diversos layouts produtivos e matérias-primas que são processadas nestes layouts, através de uma interface simples e moderna, acoplada ao algoritmo de otimização que utiliza técnicas híbridas.Foram estudados os principais processos de produção de biodiesel utilizados ao redor do mundo, as matérias-primas, rotas de produção e catalisadores mais comumente utilizados nesses processos e identificou-se a falta de um layout que seja mais adequado à realidade brasileira. Com base nesta observação foi proposto um layout que melhor se ajustasse às condições do Brasil e que também fosse utilizado como base para construção do software de simulação. No desenvolvimento do software foi utilizado o simulador comercial HYSYS para predizer o comportamento termodinâmico e fluidodinâmico das operações unitárias de cada layout. Foram construídas no HYSYS as moléculas das matérias-primas que não estavam presentes em seu banco de dados, e validada a capacidade deste de representar os equipamentos dos layouts mais comuns. Foram criadas interfaces de comunicação e ii integração com as demais soluções computacionais que foram utilizadas juntamente com o HYSYS para gerar o software. O algoritmo foi desenvolvido com o objetivo de reduzir o custo final do biodiesel produzido, definindo quais os valores ótimos para as variáveis do processo produtivo para que este custo seja obtido. Dada à pluralidade dos layouts encontrados, estas variáveis são diversas em cada um deles e o algoritmo deveria ser genérico o suficiente para resolver cada um dos problemas que fossem simulados, sem necessitar de ajustes adicionais. Além do algoritmo ter de lidar com esta variedade de processos, a modelagem genérica do problema leva a um equacionamento de certa complexidade, que necessita de um método de solução robusto. Assim, foi utilizado o método não determinístico conhecido como Algoritmos Genéticos, hibridizado com um método determinístico conhecido como Algoritmo do Politopo para esta tarefa. O Algoritmo Genético Hídrido desenvolvido se mostrou robusto e capaz de lidar com o problema em questão, apresentando um resultado coerente e interessante para a definição dos set-points das variáveis, levando à redução do custo do biodiesel produzido. Este algoritmo acoplado ao software desenvolvido, que tem interface simples e moderna, cumpre o objetivo proposto de se obter uma solução computacional que permita modelagem, simulação e otimização de quaisquer processos de produção de biodiesel que utilize variados tipos de matérias-primas. Abstract: Biodiesel is obtained through the processing of oil plants and or waste oils and emerges as a substitute for mineral diesel obtained from the petrol refining. The use of biodiesel has to meet the need of humanity to replace its energy matrix, now based on oil, to a renewable source and that contribute to reducing carbon emissions in the atmosphere. This work aims at modeling, simulation and optimization of biodiesel production plants, culminating in a software that is able to study the various productive layouts and raw materials that are processed in these layouts, through a simple and modern interface, coupled to an algorithm of optimization using hybrid techniques. It was studied the main processes of biodiesel production used around the world, the raw materials, production routes and the most commonly used catalysts in these processes and it was identified the lack of a layout that is more adequate to Brazilian reality. Based on this observation it was proposed a layout that best suits the conditions in Brazil and which will also be used as a basis for building the simulation software. In the software development it was used the commercial simulator HYSYS to predict the thermodynamic and fluid-dynamic behavior of the unit operation of each layout. The molecules of raw materials that were not present in its database were built in HYSYS, and validated the ability of it to represent the equipment of the most common layouts. Communication and integration interfaces were created with other computing solutions in conjunction with HYSYS to generate the software. The algorithm was developed with the aim of reducing the final cost of the biodiesel produced, defining the optimal values for the variables of the production process so that this cost is obtained. According to the plurality of the layouts found, these variables x are different in each one and the algorithm should be generic enough to solve all problems that were simulated, without requiring additional adjustments. In addition to the algorithm have to deal with this variety of processes, the generic modeling of the problem leads to an equation of some complexity, which requires a robust solution method. Thus, it was used a non-deterministic method known as Genetic Algorithms, hybridized with a deterministic method known as Polytope Algorithm for this task. The Hybrid Genetic Algorithm developed proved robust and capable of dealing with the problem, presenting a coherent and interesting result for the definition of setpoints of the variables, leading to the cost reduction of the biodiesel produced. This algorithm coupled with the software developed, which has simple and modern interface, meets the proposed objective of obtaining a computational solution that allows modeling, simulation and optimization of any processes of biodiesel production that use various types of raw materials.

Idioma: Português Data de Publicação: 2011 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Nehemias Curvelo Pereira Co-Orientador: Prof.ª Dr.ª Márcia Marcondes Altimari Samed Instituição: Universidade Estadual de Maringá . Centro de Tecnologia . Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Nível: Tese (doutorado em Engenharia Química)/ UEM: Departamento de Engenharia Química

Responsavel: beth
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese Douglas.pdf
Tamanho: 3787 Kb (3877505 bytes)
Criado: 10-09-2013 17:26
Atualizado: 16-09-2013 14:37
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