Engenharia de Sistemas e Processos
Objetivos
Esta unidade curricular tem como objetivo principal proporcionar uma formação avançada em Engenharia de Sistemas e Processos (PSE), focada na conceção e operação de sistemas de produção complexos, com ênfase no desenvolvimento e aplicação de métodos de modelação e computação para a simulação, projeto, controlo e otimização de processos químicos e biológicos. Os processos são estudados através da descrição matemática dos fenómenos físico-químicos e bioquímicos subjacentes. No final desta unidade curricular o estudante terá adquirido conhecimentos, aptidões e competências que lhe permitam:
- Compreender os conceitos fundamentais de PSE, nomeadamente as noções de sistema, modelo estacionário e dinâmico, parâmetros, graus de liberdade, variáveis de decisão contínuas e inteiras, restrições, função objetivo;
- Compreender os métodos de resolução de sistemas de equações (simulação), nomeadamente sistemas de equações algébricas, sistemas de equações diferenciais/algébricas, e sistemas de equações diferenciais, e métodos de otimização para problemas lineares (contínuos e mistos) e problemas não-lineares.
- Compreender os conceitos e métodos de simulação modular, envolvendo abordagem sequencial com partição e convergência de ciclos, ou abordagem modular simultânea.
- Ser capaz de construir modelos mecanísticos, envolvendo leis de conservação e relações constitutivas, na forma de modelo de parâmetros agregados ou distribuídos.
- Ser capaz de realizar estimação de parâmetros, envolvendo aquisição de dados, aplicação de métodos de estimação de parâmetros e análise de erros.
- Ser capaz de trabalhar com ferramentas de simulação e otimização específicas da área da engenharia química e biológica, nomeadamente ferramentas de flowsheeting (Aspen Plus), modelação dinâmica genérica (gPROMS), e otimização (AMPL).
Caracterização geral
Código
12564
Créditos
6.0
Professor responsável
Isabel Alexandra de Almeida Canento Esteves Esperança, José Paulo Barbosa Mota
Horas
Semanais - 4
Totais - 71
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
Esta U.C. não tem precedências
Bibliografia
- R. G. Rice, D. D. Do. Applied Mathematics and Modelling for Chemical Engineers. John Wiley & Sons, 1995.
- K. Hangos, I. Cameron, Process Modelling and Model Analysis, Academic Press, 2001.
- L. Biegler, Nonlinear Programming: Concepts, Algorithms, and Applications to Chemical Processes, MOS-SIAM, 2010.
- H.P. Williams, Model Building in Mathematical Programming, 5th ed., Wiley, 2013.
- Aspen Plus Users Guide (version 12.1). AspenTech, 2005.
- gPROMS Advanced Users Guide (release 5.0). Process Systems Enterprise Ltd, 2016.
- gPROMS Introductory User Guide (release 5.0). Process Systems Enterprise Ltd, 2016.
- R. Fourer, D.M. Gay, B.W. Kernighan, AMPL: A Modeling Language for Mathematical Programming, 2nd ed., Durbury/Thomson, 2003.
Método de ensino
A disponibilizar brevemente
Método de avaliação
A disponibilizar brevemente
Conteúdo
- Introdução e Conceitos gerais: Sistema, modelo, simulação, otimização.
- Modelos mecanísticos: leis de conservação, relações constitutivas, modelos dinâmicos e de estado estacionário, modelos agrupados e distribuídos.
- Solução de sistemas de equações (simulação): sistemas de equações algébricas, sistemas de equações algébrico-diferenciais, sistemas de equações diferenciais às derivadas parciais.
- Estimação de parâmetros: aquisição de dados, métodos de estimação paramétrica, análise de erros.
- Simulação modular: abordagem sequencial, partição, convergência de ciclos, abordagem modular simultânea.
- Modelação estatística/dados: modelos de regressão, redes neurais artificiais, modelos híbridos.
- Introdução à otimização de processos: programação matemática linear contínua, inteira e mista. Condições de optimalidade. Problema dual. Método de Simplex. Otimização não-linear.
- Aplicação de Ferramentas de modelação, simulação e otimização:
- Flowsheeting – ASPEN Plus, estudos de caso.
- Modelação genérica dinâmica – gPROMS, casos de estudo.
- Otimização – AMPL, casos de estudo.