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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Estudo da otimizao do processo de produo de biodiesel - modelagem, simulao e desenvolvimento de um algoritmo gentico hbrido
Ttulo [EN]: Study of optimization of biodiesel production process - modeling, simulation and development of a hybrid algorithm
Autor(es): Douglas Castilho Mariani
Palavras-chave [PT]:

Otimizao. Processo de produo. Biodiesel. Modelagem matemtica. Algoritimo hbrido. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Optimization. Mathematical modeling. Biodiesel production. Hybrid algorithm. Brazil.
rea de concentrao: Sntese e Otimizao de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Nehemias Curvelo Pereira [Orientador] - UEM
Mrcia Marcondes Altimari Samed - UEM
Marcos de Souza - UEM
Luiz Mrio de Mattos Jorge - UEM
Eduardo Coselli Vasco de Toledo
Srgio Prsio Ravagnani
Resumo:
Resumo: O biodiesel obtido a partir do processamento de plantas oleaginosas ou leos residuais e desponta como um substituto do diesel mineral, obtido a partir do refino de petrleo. A utilizao do biodiesel vem ao encontro da necessidade da humanidade de substituir sua matriz energtica, hoje baseada no petrleo, por uma fonte renovvel e que contribua para a reduo de emisses de compostos de carbono na atmosfera. Este trabalho tem como objetivo a modelagem, simulao e otimizao de plantas de produo de biodiesel, culminando em um software que seja capaz de estudar os diversos layouts produtivos e matrias-primas que so processadas nestes layouts, atravs de uma interface simples e moderna, acoplada ao algoritmo de otimizao que utiliza tcnicas hbridas.Foram estudados os principais processos de produo de biodiesel utilizados ao redor do mundo, as matrias-primas, rotas de produo e catalisadores mais comumente utilizados nesses processos e identificou-se a falta de um layout que seja mais adequado realidade brasileira. Com base nesta observao foi proposto um layout que melhor se ajustasse s condies do Brasil e que tambm fosse utilizado como base para construo do software de simulao. No desenvolvimento do software foi utilizado o simulador comercial HYSYS para predizer o comportamento termodinmico e fluidodinmico das operaes unitrias de cada layout. Foram construdas no HYSYS as molculas das matrias-primas que no estavam presentes em seu banco de dados, e validada a capacidade deste de representar os equipamentos dos layouts mais comuns. Foram criadas interfaces de comunicao e ii integrao com as demais solues 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 timos para as variveis do processo produtivo para que este custo seja obtido. Dada pluralidade dos layouts encontrados, estas variveis so diversas em cada um deles e o algoritmo deveria ser genrico o suficiente para resolver cada um dos problemas que fossem simulados, sem necessitar de ajustes adicionais. Alm do algoritmo ter de lidar com esta variedade de processos, a modelagem genrica do problema leva a um equacionamento de certa complexidade, que necessita de um mtodo de soluo robusto. Assim, foi utilizado o mtodo no determinstico conhecido como Algoritmos Genticos, hibridizado com um mtodo determinstico conhecido como Algoritmo do Politopo para esta tarefa. O Algoritmo Gentico Hdrido desenvolvido se mostrou robusto e capaz de lidar com o problema em questo, apresentando um resultado coerente e interessante para a definio dos set-points das variveis, levando reduo 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 soluo computacional que permita modelagem, simulao e otimizao de quaisquer processos de produo de biodiesel que utilize variados tipos de matrias-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.
Data da defesa: 16/12/2011
Cdigo: vtls000207973
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2011
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Nehemias Curvelo Pereira
Co-Orientador: Prof. Dr. Mrcia Marcondes Altimari Samed
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Centro de Tecnologia . Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)/
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: beth
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese Douglas.pdf
Tamanho: 3787 Kb (3877505 bytes)
Criado: 10-09-2013 17:26
Atualizado: 16-09-2013 14:37
Visitas: 1435
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