DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

Disciplina: MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS

Código: 30-320

Carga Horária: 40 h

Créditos: 02

Pré-Requisitos: 10-153

EMENTA     

Modelagem matemática de processos da Engenharia de Alimentos. Aplicação das leis de conservação em sistemas estacionários e dinâmicos. Simulação estática e dinâmica de processos e operações da indústria. Pacotes computacionais de simulação.

OBJETIVOS     

Capacitar o aluno para o desenvolvimento de modelagem e a realização de simulação deprocessos da indústria química,  habilitando o acadêmico a aplicar os conceitos de modelagem matemática de processos da engenharia química através da aplicação das leis fundamentais de conservação de massa, energia e quantidade de movimento e de métodos matemáticos e computacionais para a simulação e otimização de processos e operações da indústria química, bem como a aplicação de softwares comerciais disponíveis. Buscando-se atender estas competências alguns objetivos específicos são delineados:

- Introduzir e consolidar a linguagem técnica utilizada para modelagem e simulação de sistemas e processos;

- Ser capaz de modelar e avaliar processos que utilizam as leis fundamentais;

- Aplicar as modelagens e conceitos trabalhados em problemas reais de engenharia de alimentos      a utilizando-se de conceitos de transferência de calor, termodinâmica e a mecânica dos fluidos, além das disciplinas profissionalizantes correlatas, como;

- Comunicar-se de forma escrita, oral e gráfica através da elaboração de relatórios técnicos de engenharia e sua apresentação;

- Trabalhar e liderar projetos e equipes multidisciplinares;

- Gerenciar projetos e liderar, de forma proativa e colaborativa, definindo estratégias e construindo o consenso nos grupos;

- Aprender de forma autônoma e lidar com situações e contextos complexos.

CONTEÚDOS CURRICULARES

UNIDADE DE ENSINO 01 - INTRODUÇÃO À MODELAGEM DE SISTEMAS E PROCESSOS

Fazer uma introdução às principais metodologias de modelagem de problemas em Engenharia, fazendo-se uma apresentação das modelagens icônica, gráfica, analítica e matemática/numérica, desenvolvendo competências básicas para implementações de modelagens em problemas industriais.

Atividade prática: Elencar uma planta, processo ou sistema de Engenharia de Alimentos e desenvolver um modelo integral capaz de representá-lo.

TDE 01 – A entrega deve ser em forma de resumo expandido (até 4 páginas), conforme modelo adotado para o curso, contendo a modelagem física e matemática, bem como os parâmetros de operação (condições de contorno) e referências bibliográficas, visando trabalhar, além das competências acima listadas, também as competências para comunicação técnica.

UNIDADE DE ENSINO 02 - MODELAGEM INTEGRAL DE PLANTAS INDUSTRIAIS

Trabalhar a modelagem integral de sistemas e plantas industriais e fazer sua aplicação em pacotes computacionais como o IT – Iteractive Thermodynamics ou o IHT – Iteractive Heat Transfer visando a análise e otimização.

Atividade Prática: A partir dos modelos desenvolvidos e/ou apresentados na etapa inicial da disciplina para uma planta, processo ou sistema de Engenharia de Alimentos, fazer a implementação da sua solução no software IT – Iteractive Thermodynamics ou o IHT –Iteractive Heat Transfer visando a análise e otimização.

TDE 02 – A entrega deve ser em forma de artigo completo (até 8 páginas), conforme modelo adotado para o CONIGTI, contendo a modelagem física e matemática, bem como os parâmetros de operação (condições de contorno) e referências bibliográficas, visando trabalhar, além das competências acima listadas, também as competências para comunicação técnica.

UNIDADE DE ENSINO 03 - MODELAGEM DIFERENCIAL DAS EQUAÇÕES DE CONSERVAÇÃO

Modelagem de sistemas e processos a partir das suas leis de conservação de massa, quantidade de movimento, energia e espécies químicas através de pacotes computacionais (Ansys CFX). A partir de problemas básicos implementar sua modelagem geométrica, malha computacional, setup da solução e parâmetros de solver, bem como a análise dos resultados, tanto para problemas estacionários como transientes.

Atividade Prática:  A partir dos modelos de conservação apresentados na etapa inicial da disciplina para um sistema ou processo, fazer a implementação da sua solução no software Ansys CFX visando a solução e análise.

TDE 03 – A entrega deve ser em forma de artigo completo (até 8 páginas), conforme modelo adotado para o CONIGTI, contendo a modelagem física e matemática, bem como os parâmetros de operação (condições de contorno), parâmetros de malha e solver, além das referências bibliográficas, visando trabalhar, além das competências acima listadas, também as competências para comunicação técnica.

METODOLOGIA

Visando desenvolver competências apresentadas, as aulas são desenvolvidas de forma variada e tem como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas com estudos dirigidos), a ativa e a sócio-interacionista. No intuito de desenvolver as competências inerentes à disciplina, podem ser utilizados recursos de multimídia como projetores de imagem e vídeo, materiais concretos e softwares matemáticos, e a contextualização se dará através da resolução de problemas reais. Os alunos desenvolverão Trabalhos Discente Efetivos no total de 10h, envolvendo resolução de exercícios e problemas reais com e sem auxílio de softwares específicos envolvendo a aplicação dos conceitos trabalhados à área de ventilação e climatização, bem como a elaboração de um projeto completo de um sistema de ar condicionado central.

AVALIAÇÃO

A avaliação da disciplina se propõe a verificar se as competências propostas neste plano de ensino foram desenvolvidas pelo acadêmico, por meio dos seguintes instrumentos de avaliação: provas escritas, projetos e Trabalhos Discentes Efetivos, estes últimos valendo 20% da média parcial.

As avaliações serão realizadas ao longo do semestre e distribuídas uniformemente de acordo com o plano de ensino. Numa aula que antecede uma avaliação serão dadas orientações a respeito da sistemática a ser adotada e os conteúdos exigidos, bem como os critérios específicos da avaliação. No instrumento de avaliação haverá de forma explícita e por escrito quanto valerá cada questão.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

GARCIA, C.. Modelagem e simulação de processos industriais e de sistemas eletromecânicos. São Paulo: Edusp, 2009.

MORAN, M. J.; SHAPIRO, H. N.; MUNSON, B. R.; DEWITT, D. P.; SILVA, C. A. B. da. (trad.). Introdução a engenharia de sistemas térmicos: Termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

MALISKA, C. R. Transferência de calor e mecânica dos fluidos computacional. 2. ed. Rio de Janeiro. LTC, 2004.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

RICE, R. G; DO, D. D. Applied mathematics and modeling for chemical engineers. New York: John Wiley & Sons, 1995.

LUYBEN, W. L. Process modeling, simulation, and control for chemical engineers. New York: McGraw-Hill, 1990.

INCROPERA, F. P.. Fundamentos da transferência de calor e de massa. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

FOX, R. W.; MCDONALD, A. T. Introdução à mecânica dos fluídos. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1995.

FREIRE, A. P. S.; MENUT P. P. M.; SU. J.. Turbulência. Vol. 1, Rio de Janeiro: ABCM, 2002.

ANSYS Inc. User's guide - CFX Solver Theory, 2009.