Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-26T13:45:43Z No. of bitstreams: 1 EMANUEL PEREIRA SOARES - TESE (PPGCEMat) 2016.pdf: 5694808 bytes, checksum: 0e810a171e0ef5e6c6238f4884d08109 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-26T13:45:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EMANUEL PEREIRA SOARES - TESE (PPGCEMat) 2016.pdf: 5694808 bytes, checksum: 0e810a171e0ef5e6c6238f4884d08109 (MD5) Previous issue date: 2016-06-21 / A medida da Distribuição do Tempo de Residência (DTR) em tempo real durante o processo de extrusão permite realizar uma análise global do desempenho do equipamento (extrusora), proporcionando um melhor conhecimento do comportamento do fluxo do material durante todo o processo. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema ótico (hardware e software) para detecção de curvas DTR em tempo real durante a extrusão de polímeros. O sistema de detecção teve sua eficiência validada. Os resultados obtidos sugeriram que o sistema foi capaz de detectar as curvas de DTR com um elevado número de pontos, bem como se mostrou sensível a variação na concentração e no tipo de traçador utilizado; além disso, foi possível confirmar a boa reprodutibilidade das medições o que qualificou o sistema para o levantamento das curvas de DTR em tempo real. Posteriormente, foram avaliados os efeitos nas alterações das variáveis de processamento sobre a forma e os parâmetros das curvas de DTR. Foi possível confirmar que a variação na taxa de alimentação possui uma maior influência sobre as curvas DTR do que a velocidade da rosca, fato este corroborado com a literatura. também constatou-se que as alterações no Índice de Fluidez do material de fluxo afetaram a dispersão (capacidade de mistura) nas curvas de DTR. A eficiência energética do processo de extrusão também foi analisada através do levantamento da energia mecânica dissipada e da energia mecânica especifica, foi apresentada uma correlação destes parâmetros energéticos com o tempo de residencia médio. Neste trabalho também foi utilizado uma ferramenta computacional (WinTXS™) para simular as condições de processamento experimentais; a partir daí realizou-se a comparação entre os dados medidos experimentalmente e os simulados, de modo a estabelecer um grau de concordância entre os mesmos. Os resultados obtidos permitiram comprovar que medição da DTR e a simulação computacional unidimensinal são ferramentas importantes no estudo do processo de extrusão de polímeros. / The measurement of Residence Time Distribution (RTD) in real time during the extrusion process allows a comprehensive analysis of equipment performance (extruder), providing a better understanding of the material flow behavior throughout the process. This work developed an optical system (hardware and software) to detect RTD curves in real time during the extrusion of polymers. The efficiency in the detection system was validated. The results obtained suggest that the system it was able to detect the RTD curves with a large number of points, and is sensitive to variations in the concentration and type of tracer used; furthermore, it was possible to confirm the good reproducibility of the measurements which qualify the system for lifting the RTD curves in real time. subsequently, we evaluated the effects of changes in processing variables on the form and parameters of the RTD curves. It was confirmed that the variation in feed rate has a larger influence on cornering RTD than the speed of the screw, a fact corroborated by the literature. It was also found that the change in Melt Index affect the flow of material dispersion (mixing capacity) in the RTD curves. The energy efficiency of the extrusion process was also analyzed by surveying the dissipated mechanical energy and mechanical energy specifies a correlation is presented these energy parameters with the average residence time. This work also used a computational tool (WinTXS ™) to simulate the processing conditions; there after it conducted a comparison between the experimentally measured and simulated data to establish the degree of agreement there between. Results show evidence that measurement of RTD and unidimensinal computer simulation is important tools in the study of polymer extrusion process.

O aprimoramento dos meios para obtenção do bioetanol a partir de diferentes tipos de biomassa traz novos problemas e desafios para a engenharia. O Brasil, devido a fatores climáticos e uma produção de etanol a partir da cana de açúcar já estabilizada, possui uma posição mundial vantajosa na produção sucroalcooleira. Otimizar os meios já existentes e os em desenvolvimento pode não somente aumentar a eficiência da produção, como também reduzir os impactos ambientais causados pelo modelo de produção atualmente utilizado. O processo de fermentação é utilizado tanto na produção de etanol de primeira como de segunda geração, portanto melhorias no desempenho dos fermentadores contribui de maneira significante para o melhor aproveitamento da matéria prima. Diversas tentativas de melhorias são apresentadas na literatura, principalmente por meio do estudo de parâmetros do escoamento que podem influenciar o processo fermentativo, como tensão de cisalhamento, perfis de velocidade e tempo de residência, assim como a influência da geometria do fermentador sobre esses parâmetros. Em alguns estudos, algoritmos de otimização são utilizados para determinar os melhores coeficientes das reações químicas, mas não há estudos, até o momento, que proporcionem otimização simultânea dos parâmetros da geometria e do escoamento em um fermentador contínuo, presentes em cerca de 30% das usinas brasileiras. O objetivo deste trabalho é obter os parâmetros geométricos ideais para um fermentador contínuo, de forma a minimizar a tensão de cisalhamento a variância da distribuição de tempos de residência (DTR) no fermentador. O Ansys CFX® foi utilizado como ferramenta na simulação computacional do escoamento. As geometrias dos fermentadores ideais para cada um dessas análises, obtidas utilizando Algoritmos Genéticos e otimização univariada, respectivamente, foram propostas neste estudo. / The enhancement of bioethanol production means from different types of biomass presents significant problems and engineering challenges. Due to climate and a well-established sugar-cane ethanol production, Brazil is in a privileged position in the global ethanol production scenario. Providing effective means to optimize existing production methods can both improve the efficiency and reduce the environmental impact of the currently used production model. Improvements on this process can have a significant effect in several stages of production, once the production process is used both for first and second-generation ethanol. Several attempts to improve the ethanol production process are presented in the literature. Most studies have investigated how to improve parameters such as shear stress, velocity profiles and residence time, and of the influence of the bioreactor geometry on the parameters. The use of genetic algorithms has been reported in some cases, but there have not been reports on studies combining the optimization of flow parameters and algorithms to choose ideal geometric parameters for continuous fermenters, used in 30% of Brazilian industries in the field. The main aim of this study is to obtain ideal geometric parameters for a continuous fermenter, in order to maximize or minimize flow parameters that can influence on the fermenting process. The aim of this study is obtain the ideal geometry parameters for a continuous fermenter, minimizing two of flow parameters which can influence the fermentation process, namely the shear stress and the variance of residence time distribution (RTD). The flow parameters was obtained by computational fluid dynamics. The ideal fermenter geometries was obtained by two different optimization methods: the genetic algorithms and univariate optimization. The ideal geometries was proposed in this study.

Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T14:32:14Z No. of bitstreams: 2 TESE Fabiano Sousa Arruda Silva.pdf: 2673217 bytes, checksum: 75dfa50aee85c261943e3cea67af3692 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T14:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Fabiano Sousa Arruda Silva.pdf: 2673217 bytes, checksum: 75dfa50aee85c261943e3cea67af3692 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / CAPES / O processo de reforma catalítica do metano com dióxido de carbono produzindo gás de síntese foi desenvolvido e avaliado em reator de leito fluidizado recorrendo-se à atividade do catalisador formulado Ni(4,9% em massa)/γ-Al2O3; 250 g). O sistema operacional foi previamente caracterizado quanto às suas características físicas envolvendo avaliações experimentais de perdas de carga (cerca 30,0 kPa), velocidade mínima de fluidização1073 K, obteve-se o valor de umf = 0,42 cm/s e estimações dos parâmetros representativos dos comportamentos das fases gasosa via DTR e sólida via radiação gama. Foram quantificadas no gás a porosidade de bolha do leito  0,80 B  , a constante de equilíbrio de adsorção do metano KA = 36,5 x 10-5 m3/kg e o coeficiente global de transferência de massa gás-sólido KBE = 147,3 min-1; e referente ao sólido, com atenuações linear e mássica de μ = 1,47 cm-1 e μm= 1,84 cm2/g, foram indicados decréscimos de porosidade (0,25 – 0,16) e densidade do sólido ao longo do leito (0,7 – 0,43). Operações reativas isotérmicas atingindo regimes estacionários foram conduzidas alimentando-se os reagentes em mistura com argônio (CO2/CH4 = 5,00, 3,00, 1,00, 0,70 v/v, tempo espacial na faixa de 16,70 - 21,40 gcat.s.cm-3) à 1073 K, sob 1.0 bar. Predições segundo o modelo de duas fases em leito fluidizado borbulhante, contendo os parâmetros físicos e cinéticos estimados, proporcionaram simulações dos perfis de concentração dos componentes do processo, convergindo para validações frente à operacionalização em reator de leito fluidizado. As simulações decorrentes resultaram, a uma razão molar de alimentação CO2/CH4 = 5,0, tempo espacial de 21,40 gcat.s/cm3, conversões 74% do metano e 81% do dióxido de carbono,e rendimentos de 57% do hidrogênio e 23% do monóxido de carbono.

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No meio científico são bastante utilizados os modelos matemáticos para avaliar as características hidrodinâmicas de reatores, porém a literatura é pobre em informações relativas à aplicação do equacionamento matemático em regime não-permanente. Neste trabalho foi aplicado um modelo matemático simulando a hidrodinâmica de reatores tubulares com dispersão para avaliar o efeito da variação de vazão afluente sobre os parâmetros hidrodinâmicos. As simulações foram efetuadas considerando vazão e volume constantes, vazão e volume variáveis e vazão variável e volume constante. Foi investigada a influência de dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau, para aplicação de modelos matemáticos e determinação das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR) experimentais. Teoricamente ambos devem fornecer os mesmos resultados embora o ensaio em pulso costume apresentar maior sensibilidade experimental. Conforme esperado, ambos os ensaios apresentaram os mesmos resultados finais. Também foram avaliados os traçadores empregados nos dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau. Foram empregados três traçadores diferentes - verde de bromocresol, azul de bromofenol e eosina Y que proporcionaram curvas com diferentes características. Como ferramenta auxiliar da modelação foram estudas a determinação das curvas DTR experimentais com auxílio de duas técnicas distintas. Para calibrar o modelo matemático proposto foram utilizados dados de reatores em escala de bancada com diferentes configurações submetidas a variações de vazões afluentes. Os dados de um reator UASB em escala piloto - submetido a variações cíclicas de vazão afluente de 40 e 60% - foram empregados para calibrar e verificar o modelo matemático proposto. Os resultados encontrados com o modelo matemático proposto nesta pesquisa demonstraram que a variação de vazão afluente não deve ser negligenciada. O modelo utilizado representou adequadamente o reator UASB. Seus resultados, quando comparados aos modelos matemáticos que não consideram a variação de vazão, mostraram que para flutuações de vazão elevadas, vazões com valores até 60% maiores do que a vazão média, os valores dos coeficientes de difusão diferem significativamente em função das hipóteses empregadas no desenvolvimento do modelo matemático. / Mathematical models for hydrodynamic characteristics evaluation of reactors are commonly used however there is a lack of information in the literature concerning the application of mathematical modeling for non-steady state flow. In this thesis, it is presented a non-steady mathematical model to simulate the hydrodynamic behavior of pipe flow reactors with diffusion in order to evaluate the effect of the variation of the influent flowrate in the hydrodynamic parameters. The simulations were performed considering constant flowrate and volume, variable flowrate and volume and, variable flowrate and constant volume. It was investigated the influence of two types of stimulus-response assays, pulse and step function, on the application of mathematical models and the determination of the experimental retention time distribution curves. Theoretically, both tests should provide the same results although the pulse stimulus assay usually presents higher experimental sensitivity. As it was expected, both tests presented the same final results. The tested tracers were also evaluated in relation to the pulse and step stimulus-response tests. Three tracers were tested (bromocresol green, bromophenol blue and eosin Y) and it was shown that they provided different curves. It was studied the construction of the experimental retention time distribution curves using two procedures as an auxiliary tool for modeling. The proposed mathematical model was calibrated with data of bench scale reactors submitted to different cyclical variations of flowrates. Moreover, data of UASB reactor in pilot scale - submitted to 40 and 60% of cyclical variations of flowrates were utilized to calibrate and verify the obtained mathematical model. The results found with the mathematical model proposed in this research showed that the variations in influent flow rate can not be neglected. The model adequately represented a pilot scale UASB reactor. The results showed that the diffusion coefficients differ significantly for high flowrate fluctuations, when compared to other mathematical models that do not incorporate variable flowrate, depending upon the hypothesis used to derive the model.

No meio científico são bastante utilizados os modelos matemáticos para avaliar as características hidrodinâmicas de reatores, porém a literatura é pobre em informações relativas à aplicação do equacionamento matemático em regime não-permanente. Neste trabalho foi aplicado um modelo matemático simulando a hidrodinâmica de reatores tubulares com dispersão para avaliar o efeito da variação de vazão afluente sobre os parâmetros hidrodinâmicos. As simulações foram efetuadas considerando vazão e volume constantes, vazão e volume variáveis e vazão variável e volume constante. Foi investigada a influência de dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau, para aplicação de modelos matemáticos e determinação das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR) experimentais. Teoricamente ambos devem fornecer os mesmos resultados embora o ensaio em pulso costume apresentar maior sensibilidade experimental. Conforme esperado, ambos os ensaios apresentaram os mesmos resultados finais. Também foram avaliados os traçadores empregados nos dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau. Foram empregados três traçadores diferentes - verde de bromocresol, azul de bromofenol e eosina Y que proporcionaram curvas com diferentes características. Como ferramenta auxiliar da modelação foram estudas a determinação das curvas DTR experimentais com auxílio de duas técnicas distintas. Para calibrar o modelo matemático proposto foram utilizados dados de reatores em escala de bancada com diferentes configurações submetidas a variações de vazões afluentes. Os dados de um reator UASB em escala piloto - submetido a variações cíclicas de vazão afluente de 40 e 60% - foram empregados para calibrar e verificar o modelo matemático proposto. Os resultados encontrados com o modelo matemático proposto nesta pesquisa demonstraram que a variação de vazão afluente não deve ser negligenciada. O modelo utilizado representou adequadamente o reator UASB. Seus resultados, quando comparados aos modelos matemáticos que não consideram a variação de vazão, mostraram que para flutuações de vazão elevadas, vazões com valores até 60% maiores do que a vazão média, os valores dos coeficientes de difusão diferem significativamente em função das hipóteses empregadas no desenvolvimento do modelo matemático. / Mathematical models for hydrodynamic characteristics evaluation of reactors are commonly used however there is a lack of information in the literature concerning the application of mathematical modeling for non-steady state flow. In this thesis, it is presented a non-steady mathematical model to simulate the hydrodynamic behavior of pipe flow reactors with diffusion in order to evaluate the effect of the variation of the influent flowrate in the hydrodynamic parameters. The simulations were performed considering constant flowrate and volume, variable flowrate and volume and, variable flowrate and constant volume. It was investigated the influence of two types of stimulus-response assays, pulse and step function, on the application of mathematical models and the determination of the experimental retention time distribution curves. Theoretically, both tests should provide the same results although the pulse stimulus assay usually presents higher experimental sensitivity. As it was expected, both tests presented the same final results. The tested tracers were also evaluated in relation to the pulse and step stimulus-response tests. Three tracers were tested (bromocresol green, bromophenol blue and eosin Y) and it was shown that they provided different curves. It was studied the construction of the experimental retention time distribution curves using two procedures as an auxiliary tool for modeling. The proposed mathematical model was calibrated with data of bench scale reactors submitted to different cyclical variations of flowrates. Moreover, data of UASB reactor in pilot scale - submitted to 40 and 60% of cyclical variations of flowrates were utilized to calibrate and verify the obtained mathematical model. The results found with the mathematical model proposed in this research showed that the variations in influent flow rate can not be neglected. The model adequately represented a pilot scale UASB reactor. The results showed that the diffusion coefficients differ significantly for high flowrate fluctuations, when compared to other mathematical models that do not incorporate variable flowrate, depending upon the hypothesis used to derive the model.

La Tesis Doctoral "Estudio de la recuperación de cromo hexavalente mediante un reactor electroquímico de compartimentos separados por separadores cerámicos" se centra en la posibilidad de recuperación del cromo hexavalente procedente de las disoluciones de mordentado de las industrias de metalizado de plásticos mediante la utilización de un reactor electroquímico de compartimentos separados por separadores cerámicos fabricados a diferente presión y diferente composición de almidón. Con la recuperación de este metal se pretende por una parte, minimizar la contaminación producida en la etapa de mordentado, y por otra parte conseguir un ahorro de materias primas puesto que una vez recuperado este metal podría ser utilizado de nuevo en el proceso de mordentado. El estudio electroquímico de los baños de mordentado ha permitido analizar las condiciones idóneas de trabajo, tanto a potencial de electrodo constante, como a intensidad constante para los separadores cerámicos ubicados entre los compartimentos del reactor electroquímico. El objetivo es seleccionar aquel separador cerámico cuya resistencia a la migración iónica sea la mínima, pero que a la vez su resistencia a la convección y a la difusión de especies sea la máxima. Mediante el separador cerámico seleccionado se pretende evitar el paso del Cr(VI) hacia el compartimento catódico, donde se reduciría a Cr(III) produciendo un menor rendimiento del proceso. Con los estudios previos se ha realizado la puesta en marcha del reactor electroquímico de compartimentos separados por separadores cerámicos, donde se ha evaluado el efecto del potencial y la intensidad de trabajo sobre la recuperación del metal sobre las principales "figuras de mérito" del reactor, como son: el grado de conversión, el rendimiento eléctrico, la productividad específica, la energía específica consumida, que se alcanza para un tiempo teórico, t100. Por último con los estudios del reactor electroquímico a escala piloto, se ha determinado un model / Reyes Pineda, H. (2007). Estudio de la recuperación de cromo hexavalente mediante un reactor electroquímico de compartimentos separados por separadores cerámicos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1947 / Palancia