Modelagem e Simulação
Projetos de Pesquisa desenvolvidos no PPGEQ - Modelagem e Simulação
| Análise da dispersão de poluentes líquidos em solos: modelagem e simulação | Observam-se frequentes acidentes envolvendo o contato de substâncias químicas tóxicas com o meio ambiente, dentre os quais podem ser citados os derramamentos acidentais de combustíveis e solventes industriais. A pesquisa tem por objetivo estudar numericamente a distribuição de substâncias contaminantes em função do tempo de contato para avaliar o impacto ambiental causado e auxiliar nas técnicas de remediação. |
| Aperfeiçoamento de tecnologia de craqueamento catalítico de petróleo em leito fluidizado, por experimentação e técnicas da fluidodinâmica computacional | Desenvolvimento de uma metodologia de aplicação das técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD) aplicada aperfeiçoamento da tecnologia de craqueamento catalítico do petróleo em leito fluidizado (FCC). |
| Aplicação de técnicas de CFD no desenvolvimento tecnológico industrial do processo de HDT pela minimização de “slug” na região de entrada do reator de HDT | O objetivo é a modelagem e simulação do escoamento na região de entrada de reatores de HDT, para previsão das condições de formação de slug, o que prejudica a operação diminuindo a eficiência dos reatores de HDT. O modelo será validado com dados da literatura. O trabalho fara uso de técnicas de fluidodinâmica computacional. |
| Desenvolvimento de Controle Preditivo Multivariável | O controle preditivo (MPC) é uma tecnologia consolidada na implementação de sistemas multivariáveis com restrições na indústria de processos atuais. Os controladores PID apresenta bom desempenho quando o processo é linear. No entanto para processos não-lineares, o PID é caracterizado pela geração de respostas lentas. Desta forma, é necessário desenvolver novas estratégias de controle preditivo (MPC) que substitua o PID no ambiente industrial. |
| Desenvolvimento de estratégia de controle para colunas de destilação de alta pureza | Colunas de destilação, em geral, constituem uma fração significativa do investimento de capital e do custo de produção de plantas químicas. Portanto, necessitam ser projetadas e controladas para manterem-se nas condições operacionais ótimas. O objetivo desse projeto é desenvolver estratégias de controle para colunas de destilação, em especial destilação de azeótropos. |
| Desenvolvimento de simuladores para treinamento de operadores industriais | Trata-se da modelagem e simulação de processos em simulador comercial (Aspen, PRO/II, DynSim, Matlab, Excel, etc.) e do desenvolvimento de plataforma para treinamento de operadores de processos. A ideia é gerar um produto a partir de softwares supervisórios já disponíveis no mercado para que operadores dos mais diversos processos e indústrias possam efetuar treinamento antes de operar um processo ainda não familiar. O desafio inédito é fazer o treinamento online, usando a Internet, e não presencial, ou seja, um grupo de operadores em outro lugar do mundo irá usar a ferramenta que será desenvolvida aqui neste projeto através da Internet usando nossos servidores clusters com acesso remoto. A avaliação de desempenho do treinamento será realizada simultaneamente ao treinamento e o resultado emitido imediatamente ao término da seção. |
| Desenvolvimento e Análise de Ambientes Industriais através de Simuladores | A simulação de processos é uma das etapas primordiais para o bom desenvolvimento de projetos da indústria química. Mas, a sua utilização, vai muito além quando associado a softwares que possam simular o ambiente industrial. Tais softwares, conhecidos como SCADA (supervisory control and data acquisition), são normalmente utilizados como ferramentas para manipulação de variáveis nas unidades. Porém, quando associados a simuladores de processos, tornam-se excelentes ferramentas para: testes de estruturas avançadas de controle, treinamento de operadores e ambientação de alunos (graduação e pós-graduação) ao dia a dia de uma sala de controle. Sendo assim, o objetivo da pesquisa é o desenvolvimento de modelos de processos em simuladores comerciais (Aspen Dynamics e DynSim), os quais serão operados por softwares SCADA (Wonderware e Elipse), podendo ainda ter estruturas avançadas de controle desenvolvidas em ambiente MatLab ou VBA-Excel e a utilização de rotinas para RTO (Real Time Optimization) através do RoMeo (Invensys/Schneider). |
| Destilação com Variação de Pressão (PSD) | A destilação por variação de pressão (pressure-swing distillation - PSD) consiste em uma técnica amplamente utilizada para separação de azeótropos sensíveis à variação de pressão. A ideia central deste método é modificar substancialmente a composição do azeótropo através da variação de pressão, utilizando colunas de destilação operando em série, a baixa pressão (LPC) e a alta pressão (HPC), de modo a o possibilitar uma separação efetiva sem a necessidade de inserir um terceiro componente. Dois tipos de configurações podem ser utilizados para a separação por PSD, a primeira consiste no HP-LP, onde o azeótropo é primeiro alimentado em uma coluna de alta pressão (HP) e os produtos são obtidos como destilado das duas torres. A segunda configuração é a LP-HP, nesta o azeótropo é alimentado primeiro em uma coluna de baixa pressão (LP) e os produtos são comumente obtidos na corrente de fundo. A escolha da configuração depende de fatores como ponto de ebulição do azeótropo e características do processo, como pressão de operação e consumo energético. No PSD a grande variação de pressão do sistema resulta em uma significativa diferença de temperatura entre as colunas, o que indica que uma grande quantidade de energia está sendo desperdiçada. Uma das maneiras de diminuir essa lacuna energética é realizar um acoplamento térmico, parcial ou total entre o condensador da coluna de alta pressão e o reboiler da coluna de baixa pressão, a fim de diminuir as fontes de irreversibilidades e aproveitar a energia dissipada. O objetivo desse projeto inclui a modelagem e simulação do PSD para as configurações convencional e com acoplamento térmico, de modo a propor uma nova abordagem do processo e uma metodologia de otimização que possa ser aplicada para minimizar o custo total anual e consumo energético, bem como definir o perfil ótimo exergético das colunas para aumento da eficiência termodinâmica. Além de avaliar a dinâmica e o controle do processo. |
| Eficiência Energética de Plantas e Processos | Melhorar a eficiência dos processos em busca da maximização dos resultados se tornou uma função crescente na indústria, pela necessidade de sobrevivência das companhias, hoje cada vez mais inseridas no mercado globalizado. Nesse sentido, a Eficiência Energética (EE) se torna, talvez, a maior preocupação das empresas. Há consenso de que EE é um dos caminhos que podem fazer grande diferença na competitividade das indústrias, tornando os produtos brasileiros mais atraentes e acessíveis ao mercado mundial. O setor industrial no Brasil representou cerca de 22% do PIB nacional em 2015, com um consumo de energia correspondente à 33% do consumo total do país. Com o objetivo de mudar esse cenário, a CNI e a ABRACE desenvolveram o Programa Aliança, uma iniciativa que visa apoiar técnica e metodologicamente as grandes companhias industriais na inserção do tema eficiência energética em suas atividades produtivas. Como o programa busca se diferenciar de outras iniciativas já testadas, a base da proposta traz elementos inovadores que procuram obter resultados de curto-prazo alinhados com estratégias de sustentação do programa no longo-termo. |
| Estabilidade de Sistemas de Controle via Procedimentos Estatísticos | Esta linha de pesquisa tem por objeto estabelecer a região de estabilidade do sistema em malha fechada com considerações estatísticas, haja vista que as raízes características podem ser consideras variáveis aleatórias. Levando-se em conta a métrica dada pela distância estatística, a qual é diferente da distância euclidiana, como também a distribuição do Chi-quadrado, é possível estabelecer a região de estabilidade robusta do sistema em malha fechada. Isto é significativo, pois pode-se monitorar continuamente tal região a fim de que decisões possam ser tomadas a tempo, visando restituir a estabilidade do sistema. |
| Estudo da termofluidodinâmica do escoamento bifásico em reservatório petrolífero heterogêneo: modelagem e simulação | Um dos métodos de recuperação secundaria de reservatórios corresponde a injeção de água visando a manutenção da pressão e, consequentemente, proporcionar o deslocamento do óleo na direção dos poços produtores. Neste sentido, esta pesquisa tem por objetivo avaliar os aspectos fluidodinâmicos do escoamento água/óleo em meios porosos heterogêneos para diferentes malhas de injeção. |
| Estudo de um sistema automático de produção de hidrogênio eletrolítico com armazenamento de energia visando o seu uso em célula a combustível | O projeto visa estudar e avaliar um sistema automático de produção de hidrogênio via eletrólise da água com uso de energia renovável. O hidrogênio assim produzido serviria como armazenamento químico de energia tendo em vista o seu uso como fonte para produção de energia elétrica via célula a combustível. |
| Estudo numérico da transferência de massa na presença de escoamento anular não estabelecido em um reator eletroquímico | Esta pesquisa visa estudar numericamente a fluidodinâmica e a transferência de massa do escoamento turbulento não estabelecido induzido por uma entrada tangencial em um reator eletroquímico formado por dois cilindros coaxiais, sendo um em níquel e outro de acrílico. |
| Ferramentas Inteligentes para Extração de Padrões em Plantas Industriais | Uso de métodos de identificação de sistemas aplicados a processos industriais. Os métodos envolvem ferramentas como rede neurais, algoritmo genético, lógica Fuzzy e polinômios. |
| Influência da forma do defletor de entrada sobre o comportamento dos fluidos em um vaso separador bifásico: modelagem e simulação | Durante a fase produtiva de um campo de petróleo é comum se observar a prospecção de água, gás e sedimentos contidos no reservatório. Esta pesquisa tem por objetivo estudar numericamente o efeito da forma do defletor sobre o comportamento dos fluidos e no processo de separação em um vaso separador. |
| Modelagem e avaliação da formação de atmosferas explosivas devido à liberação de líquidos e fluidos bifásicos | Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de modelos para classificação de áreas de risco. Os modelos serão validados com dados experimentais da literatura e dados gerados nesta pesquisa. Os modelos serão uteis na delimitação da extensão e grau das zonas de risco. O principal resultado esperado, oriundo da redução na extensão das áreas classificadas superdimensionadas, é a diminuição no número de equipamentos elétricos com certificação Ex, o que colabora para redução de custos de empreendimentos, ou o aumento da segurança do processo, oriundo do aumento da extensão de áreas classificadas subdimensionadas. |
| Modelagem Entrópica, Controle e Simulação | Esta linha de pesquisa trata do desenvolvimento de procedimentos de otimização baseado na minimização da taxa de produção de entropia e da minimização das perdas de exergia do sistema. Vale salientar que a minimização dessas variáveis conduz o sistema para estados muito próximos ao estado reversível, no qual o potencial de realização de trabalho é máximo e a conversão no sistema reativo idem. |
| Modelagem, otimização e controle de processos com ênfase na maximização de desempenho | Este projeto de cunho global consiste na modelagem de processos a escolha do aluno em software comercial (Aspen, PRO/II, DynSim, Matlab,Excel, etc) com posterior otimização para maximização de lucro ou outra função objetivo qualquer usando técnicas rigorosas de otimização ou, o que é melhor, técnicas simples como o uso de métodos de amostragem como o Latin Hypercube Sampling e interpolação Kriging. Após o modelo ser otimizado para vários pontos de operação, a estrutura de controle pode ser desenvolvida usando técnicas bastante simples e já desenvolvidas de plantwide control. Existem modelos já em andamento que precisam de pequenos ajustes na modelagem. São estes: planta de biodiesel, planta de tratamento de efluentes domésticos e industriais, reator de produção de PVC, planta de amônia, planta de produção de hidrogênio em refinaria, reatores de hidrotratamento de diesel de petróleo, planta de produção de styrene, sistemas de neutralização de efluentes ácidos e básicos, ou qualquer outra planta que o aluno se sinta confortável em trabalhar. |
| Sistema para obtenção de dados experimentais e análise em tempo real para validação de modelos matemáticos | O principal objetivo deste projeto é a complementação da infraestrutura de pesquisa em Modelagem, Simulação, Otimização e Controle da Unidade Acadêmica de Engenharia Química da Universidade Federal de Campina Grande, com a aquisição e instalação de equipamentos que possibilitem a obtenção de dados experimentais na área de Catálise e Cinética Heterogênea, especificamente a aquisição de uma linha catalítica para isomerização alcanos e análise de produtos em tempo real. A isomerização de parafinas de cadeias lineares para parafinas de cadeias ramificadas é uma alternativa para produção de gasolina de alta octanagem, sendo o objetivo de muitas pesquisas em virtude da alta octanagem destes isômeros em relação as parafinas de cadeias normais. Com o sistema instalado, pretende-se: a) realizar testes de catalisadores para as reações de isomerização do n-hexano e do n-heptano; b) Desenvolver modelos para a cinética de isomerização do n-hexano e n-heptano; c) Desenvolver modelos para a cinética de desativação catalítica na isomerização do n-hexano e n-heptano; d) Validar os modelos da cinética de isomerização e de desativação catalítica utilizando os dados experimentais obtidos com o equipamento solicitado. As metas para o projeto são: a) Reduzir o tempo de desenvolvimento de pesquisas, dissertações e teses em engenharia química na UFCG; b) Viabilizar o desenvolvimento de novas pesquisas e avanços científicos na área de modelagem e simulação com a validação dos modelos; c) Aumentar o número de publicações de artigos dos integrantes da equipe em periódicos e anais de congressos de primeira linha (nacional e internacional); d) Consolidar o Programa de Pós Graduação em Engenharia Química da UFCG nas áreas de Catalise e Modelagem e Simulação. Ao final deste Projeto de Pesquisa, espera-se: a) Contribuir no avanço do estado da arte na área de Modelagem, Simulação, Otimização e Controle, assim como na área de catalise, através da divulgação da pesquisa em eventos e periódicos. |
| Validação de Modelos Matemáticos simplificados utilizados para classificação de áreas | A previsão da extensão da área de risco em torno de possíveis fontes de é de fundamental importância para a instalação com segurança e economia de equipamentos que possam ignitar combustão no caso de emissão de gases combustíveis. Existem modelos analíticos com ajustes empíricos para previsão da extensão da área classificada. A previsão com maior precisão pode ser feita com o uso de técnicas de Fluidonamica Computacional (CFD). O objetivo desta pesquisa é aplicar técnicas de CFD para cálculo da extensão da área de risco. |