Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Simulação e Otimização de Reatores Utilizando Softwares Livres
AUTORES: Bissi, L.B. (FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ (FAACZ)) ; Botan, R. (FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ (FAACZ)) ; Malta, M.A.G. (FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ (FAACZ)) ; Cometti, M.B. (FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ (FAACZ)) ; Halasz, M.R.T. (FACULDADES INTEGRADAS DE ARACRUZ (FAACZ))
RESUMO: O objetivo do trabalho é explorar softwares de simulação para otimizar e prever o comportamento de reatores
químicos, bem como validá-los utilizando dados da literatura. O processo consistia no levantamento de
trabalhos da área de cinética com modelagem, escolha dos softwares, determinação do estudo de caso,
implementação do algoritmo para simulação, validação do modelo e comparação de resultados, análises do
sistema frente a alteração das variáveis, comparação de resultados e interpretação de dados. Os softwares
utilizados foram o EMSO (Environment for Modelling, Simulation and Optimisation) e o GNU Octave (Software
livre, licenciado sob a GNU General Public License (GPL), compatível com o Matlab)), obtendo-se resultados
satisfatórios na simulação e na validação dos dados.
PALAVRAS CHAVES: Reatores químicos; Simulação; Softwares livres
INTRODUÇÃO: Devido ao cenário de ampla concorrência e a necessidade de redefinir as estratégias, técnicas e
procedimentos de simulação são amplamente adotados pelo setor produtivo para a obtenção de processos
mais econômicos. Tais processos consistem na experimentação de um sistema real por meio de um modelo
detalhado, possibilitando verificar o desempenho do processo, frente às mudanças nas suas variáveis
(BATEMAN, et al., 2013; BELHOT, FIGUEIREDO, MALAVÉ, 2001; DE MELLO, 2001; FRIGERI, et al., 2007;
PIMENTEL, 2015). Para a Engenharia Química, softwares de simulação são fundamentais, pois a análise da
influência das variáveis contribui para aumentar a eficiência dos processos, na redução de custos e para
garantir um melhor aproveitamento dos recursos (ZOCRATTO, et al., 2011). Diversos são os simuladores
disponíveis capazes de contribuir nas atividades dos engenheiros químicos, que porém, ainda não são
propagados no ensino de maneira eficaz (ZOCRATTO, et al., 2011). Diante do exposto, busca-se utilizar
softwares livres – EMSO e GNU Octave – para prever o comportamento de reatores químicos a partir de um
sistema previamente definido e utilizando modelos matemáticos conhecidos em literatura. Este trabalho tem
o intuito de ressaltar os benefícios que a modelagem e simulação desempenham na área de controle
industrial, permitindo a manipulação e validação das variáveis e auxiliando na antecipação da solução de
problemas, de forma a minimizar riscos e maximizar resultados, de forma mais rápida e econômica.
MATERIAL E MÉTODOS: Após a definição de estudos cinéticos cujos dados são fornecidos em literatura foram definidos softwares
gratuitos de simulação de reatores com base em sua eficiência comprovada nos trabalhos de referência, bem
como facilidade de acesso e utilização. De posse das informações foi necessário a implementação do
algoritmo que descrevesse o comportamento do sistema, considerando os parâmetros, condições iniciais,
variáveis e equações utilizados no estudo de caso original; validação do algoritmo, e consequentemente, do
modelo matemático, por meio de comparação dos resultados com os do trabalho de referência; por fim, foi
necessário uma análise criteriosa dos resultados obtidos pelos softwares.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O problema estudado no presente trabalho foi “Modelagem e Simulação dos Reatores Químicos BR e PFR no
EMSO e GNU Octave”, por meio do qual acompanhou-se experimentalmente a variação da concentração das
substâncias envolvidas em relação ao tempo.
A partir da modelagem utilizada por SCHULTZ et al. (2014), implementou-se o algoritmo que representa o
comportamento do sistema nos softwares escolhidos - GNU Octave e EMSO (Figura 1).
Analisando o resultado gráfico obtido através do simulador EMSO, notou-se que SCHULTZ et al. (2014)
considerou seu tempo inicial como sendo o momento antes de o reagente B ser adicionado ao reator, no
entanto, optou-se por declará-lo como sendo o instante em que o reagente B é adicionado ao sistema,
iniciando a reação. Apesar disso, foi possível considerar válido o modelo, uma vez que o comportamento da
curva foi compatível (Figura 2 - a,b). De forma análoga, o comportamento demonstrado pelas curvas plotadas
através da implementação do modelo no simulador GNU Octave, se mostrou satisfatório (Figura 2 - c).
Figura 1
Implementação do algoritmo. a) EMSO. b) GNU Octave
Figura 2
Resultados gráficos. a) Simulador EMSO obtido por SCHULTZ et al.
(2014). b) Simulador EMSO c) Simulador GNU Octave
CONCLUSÕES: Os softwares utilizados, além de possuir uma interface simples, demonstraram-se eficientes na
representação do sistema proposto. De forma adicional, ambos simuladores permitem verificar o
comportamento de sistemas frente às alterações nas variáveis e parâmetros, contribuindo para a prevenção
de possíveis problemas operacionais e na sugestão de melhorias de processo.
Estes programas, são capazes de reproduzir o comportamento de sistemas com diferentes índices de
complexidade, sendo portanto, ferramentas eficazes tanto para uso didático quanto para o controle de
processos industriais reais.
AGRADECIMENTOS: O apoio dos professores Gildásio Lechi e Maxwell Scardini Kaiser no desenvolvimento do trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BATEMAN, R. E.; BOWDEN, R. O.; GOGG, T. J.; HARREL, C. R.; MOTT, J. R. A.; MONTEVICHI, J. A. B. SIMULAÇÃO DE SISTEMAS: Aprimorando Processos de Logística, Serviços e Manufatura. 5ª Ed. Elsevier Editora Ltda. 2013.
BELHOT, R. V.; FIGUEIREDO, R. S.; MALAVÉ, C. O. O uso da simulação na engenharia. Cobenge, 2001.
DE MELLO, B. A. Modelagem e Simulação de Sistemas. URI - Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões Departamento de Engenharias e Ciência da Computação Ciência da Computação / Sistemas de Informação. Santo Ângelo. Out. de 2001.
FRIGERI, J. A.; BIANCHI, M.; BACKES, R. G. Um Estudo Sobre o Uso das Técnicas de Simulação no Processo de Elaboração e Execução dos Planejamentos Estratégico e Operacional. Porto Alegre, 2007.
PIMENTEL, C. A. Aplicação da Simulação Como Ferramenta de Apoio à Tomada de Decisão Gerencial em uma Célula de Manufatura. Universidade Metodista de Piracicaba. Faculdade de Engenharia Arquitetura e Urbanismo. Programa de Pós Graduação em Engenharia De Produção. Santa Bárbara D Oeste, 2015.
SCHULTZ, G.; LAUER, J.; LOPES, J. M.; RANGEL, R. S.; SIMONELLI, G. Modelagem e Simulação dos Reatores Químicos BR e PFR no EMSO. Enciclopédia Biosfera, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.10, n.18; p. 3756. 2014.
ZOCRATTO, B. W.; LIMA, C. E. R. M.; LOUZADA, M. C.; LEITE, P. M. da S.; CARVALHO, S. R. de; PERILLI, T. A. O Software Livre No Ensino Da Engenharia Química. Universidade Federal De Minas Gerais. Departamento de Engenharia Química. 2011.