O trabalho desenvolvido nesta tese propõe a aplicação do método da expansão em funções hierárquicas elaborado por Zienkiewics e Morgan (1983), para a solução das equações de conservação da massa (continuidade), conservação da quantidade de movimento (Navier-Stokes) e conservação da energia, para fluidos compressíveis em duas dimensões e em alta velocidade. Esse método consiste no emprego do método de elementos finitos utilizando a formulação Petrov-Galerkin, conhecido como SUPG (“Streamline Upwind Petrov-Galerkin”), desenvolvido por Brooks e Hughes (1982), aplicado em conjunto com uma expansão das variáveis em funções hierárquicas. A fim de testar e validar o método numérico proposto, assim como o programa computacional elaborado, foram simulados alguns casos conhecidos da literatura. Os casos estudados foram os seguintes: teste de Continuidade; teste de convergência e estabilidade; problema do degrau de temperatura e problema do choque oblíquo, onde o objetivo desse último caso era, basicamente, verificar a captura da onda de choque pelo método numérico desenvolvido. Através dos casos estudados e em função dos resultados obtidos nas simulações realizadas, conclui-se que o objetivo desse trabalho foi alcançado de maneira satisfatória, pois os resultados obtidos com o método desenvolvido nesse trabalho foram qualitativamente e quantitativamente bons, quando comparados com os resultados teóricos. / The Thesis develops a new application for the Hierarchical Function Expansion Method, proposed by Zienkiewics and Morgan (1983), for the solution of the Navier-Stokes equations for compressible fluids in two dimensions and in high velocity. This method is based on the finite elements method using the Petrov-Galerkin formulation, know as, SUPG (Streamline Upwind Petrov-Galerkin) developed by Brooks and Hughes (1982), and applied in conjunction with the expansion of the variables into hierarchical functions. To test and validate the numerical method proposed as well as the computational program developed some cases whose theoretical solution are known simulated. These cases are the following: continuity test; stability and convergence test; temperature step problem; and several oblique shocks. The objective of the last cases is basically to verify the capture of the shock wave by the method developed. The results obtained in the simulations of the cases performed with the proposed method were good both qualitatively and quantitatively when compared with the teorethical solutions. This allows us to conclude that the objective of this Thesis was satisfactorily reached.

Diversas aplicações industriais utilizam escoamentos de fluidos viscoelásticos, e em muitos casos é necessário saber se os escoamentos propagam-se no estado laminar ou no turbulento. Embora a hidrodinâmica de fluidos viscoelásticos seja fortemente afetada pelo balanço entre forças inerciais e elásticas no escoamento, o efeito da elasticidade sobre a estabilidade de escoamentos inerciais não foi completamente estabelecido. Neste trabalho, estuda-se o que ocorre durante a transição laminar-turbulenta, investigando a convecção de ondas de Tollmien-Schlichting para o escoamento incompressível, para um fluido viscoelástico, entre placas paralelas, utilizando a equação constitutiva Giesekus. Para isto, adotou-se a simulação numérica direta para verificar a estabilidade dos escoamentos à perturbações não estacionárias deste fluido. Experimentos computacionais para verificação do código foram realizados. Com os resultados numéricos obtidos, foi possível verificar e analizar a estabilidade de escoamentos utilizando-se o modelo não newtoniano Giesekus. / Several industrial applications use viscoelastic fluid flows, and it is necessary to know if the flows propagate in the laminar or turbulent state. Although the hydrodynamics of viscoelastic fluids is strongly affected by the balance between inertial and elastic forces in the flow, the effect of elasticity on the stability of inertial flows has not been completely established. In this work we study what happens during the laminar-turbulent transition, investigating the convection of Tollmien-Schlichting waves for the incompressible flow, for a viscoelastic fluid, between parallel plates, using the constitutive equation Giesekus. For this, the direct numerical simulation was used to verify the stability of the flows to the non-stationary perturbations of this fluid. Computational experiments to verify the code were performed. With the numerical results obtained, it was possible to verify and analyze the stability of flows modelled by Giesekus non-newtonian model.

A DOW é uma empresa que busca continuamente por alternativas para agregar maior valor aos seus produtos através da avaliação das tendências apresentadas pela indústria química. Dentro desta dinâmica, identificou-se uma grande necessidade do mercado de fluidos de corte por inibidores de corrosão mais eficientes e adequados às novas questões regulatórias. Desta avaliação surgiu o tema deste Mestrado Profissional, no qual se estudou a síntese e aplicação de alcanolamidas em fluidos de corte como inibidores de corrosão. Optou-se pela síntese enzimática na ausência de solventes orgânicos por se tratar de uma nova tecnologia à DOW e estar alinhada aos preceitos de sustentabilidades promovidos pela empresa. A escolha pela avaliação das alcanolamidas surgiu de um estudo realizado pela companhia sobre novas tecnologias utilizadas neste segmento e a possibilidade de aplicação destes compostos em outros mercados de atuação da empresa. Foram sintetizadas quatro alcanolamidas, RMEA, RMIPA, RDIPA e RAEPD, obtidas respectivamente da reação entre o ácido ricinoléico e os aminoálcoois: 2-hidroxietilamina, 1-amino-2-propanol, bis-(2-hidroxipropil)amina e 2-amino-2-etil-1,3-propanodiol. O catalisador Novozym 435 (lipase) foi utilizado em todas as sínteses, e estas realizadas de acordo com um planejamento fatorial completo 23. Os produtos sintetizados foram caracterizados por RMN 13C, 1H e dept 135, Espectroscopia no Infravermelho e Espectroscopia de Massas. O rendimento das reações foi mensurado através da técnica de HPLC. Com base nos resultados obtidos foi possível, através do planejamento fatorial, determinar as condições reacionais nas quais o rendimento é maximizado (T = 80 °C; Catalisador = 15 mol/g de ácido ricinoléico; rotação = 600 rpm). A única desvantagem deste processo de síntese foi o custo inerente ao catalisador utilizado. Após o término do planejamento fatorial foram formulados oito fluidos de corte semissintéticos com as alcanolamidas sintetizadas e dois fluidos com o inibidor convencionalmente utilizado. Após verificar a estabilidade térmica destes fluidos, a eficiência à inibição da corrosão foi mensurada através da técnica de manchamento em ferro fundido. Os fluidos contendo as alcanolamidas apresentaram melhor desempenho à inibição da corrosão, porém, não foi possível mensurar quantitativamente as diferenças observadas através desta técnica. Com isso, os compostos foram submetidos a ensaios de perda de massa e polarização potenciodinâmica em ácido clorídrico, além de microscopia atômica para avaliar o efeito dos inibidores na superfície metálica. Através destes estudos foi possível comprovar que os produtos RDIPA e RAEPD possuem maior eficiência à inibição da corrosão. O mecanismo de inibição destes compostos, determinado através de isotermas de Langmuir, ocorre por fisissorção. Após a comprovação das propriedades anticorrosivas dos compostos sintetizados, foram analisadas as seguintes propriedades dos fluidos produzidos: viscosidade, formação de espuma, ângulo de contato, desgaste Reichert, alcalinidade e contaminação microbiológica. Observou-se um aumento da viscosidade e formação de espuma do fluido concentrado. Entretanto, comprovou-se que não há impacto significativo destas propriedades durante a aplicação destes fluidos. As alcanolamidas impactaram positivamente no aumento da lubricidade e reserva alcalina dos fluidos, além de diminuir a taxa de corrosão e a susceptibilidade dos fluidos à contaminação microbiológica, e facilitar o tratamento do resíduo gerado no processo de usinagem devido a maior biodegradabilidade das alcanolamidas. / DOW is a company that continuously searches for alternatives to add greater value to their products through the assessment of trends presented by the chemical industry. Within this dynamic it was identified a great need for more efficient and suitable (to new regulatory issues) corrosion inhibitors applied in metalworking fluids. This Master Thesis came up from this evaluation, where it was studied the synthesis and application of alkanolamides in metalworking fluids as corrosion inhibitors. The enzymatic synthesis in the absence of organic solvents was the chosen production process of alkanolamides because it\'s a new technology to DOW and it\'s aligned with sustainable precepts promoted by the company. The choice for the evaluation of alkanolamides emerged from a study conducted by the company on new technologies applied in metalworking fluids and the possibility of application of these compounds in other markets. It was synthesized four alkanolamides, RMEA, RMIPA, RDIPA and RAEPD, respectively obtained from the reaction between ricinoleic acid and following amino alcohols: 2-hydroxyethylamine, 1-amino-2-propanol, bis(2-hydroxypropyl)amine and 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol. The Novozym 435 catalyst (lipase) was used for all syntheses, and these were carried out according to a full factorial design for three factors. The synthesized products were characterized by NMR 13C, 1H and dept 135, Infrared and Mass Spectroscopy. The yield of the reactions was measured by HPLC technique. Based on the results it was possible, through the factorial design, determine the reaction conditions in which the yield is maximized (T = 80 ° C; Catalyst = 15 mol / g of ricinoleic acid; Speed = 600 rpm). The only disadvantage found of this synthesis process was the cost of the catalyst used. After the factorial design eight semi-synthetic metalworking fluids were formulated with the synthesized alkanolamides and two with the corrosion inhibitor conventionally used. After checking the thermal stability of these fluids, the corrosion inhibition efficiency was measured by staining technique of cast iron. Fluids containing alkanolamides performed better corrosion inhibition, however, was not possible to measure quantitatively the differences observed using this technique. Thus, the compounds were subjected to weight loss and potentiodynamic polarization tests in hydrochloric acid, besides the atomic microscopy to evaluate the effect of the inhibitors on the metal surface. Through these studies it was possible to demonstrate that RDIPA and RAEPD products were more efficient at inhibiting corrosion. The mechanism of inhibition of these compounds, as determined by Langmuir isotherms, is by physisorption. After checking the anticorrosive properties of the synthesized compounds, the following properties were analyzed from the formulated fluids: viscosity, foaming, contact angle, Reichert friction, alkalinity and microbiological contamination. It was observed an increase in viscosity and foaming on the concentrated fluids. However, it was found that there is no significant impact of these properties during the application of these fluids. Alkanolamides enabled an increase in lubricity and alkalinity of the formulated fluids. Additionally they reduced the corrosion rate and the susceptibility of fluids to microbiological contamination, and would make easier the treatment of the waste generated in cutting process due to their higher biodegradability.

Nesta tese estudamos dois problemas diferentes na área de átomos ultra frios: Ondas de choque em condensados de Bose-Einstein e Espalhamento inelástico de átomos em um potencial de dois poços. No primeiro problema, estudamos o fluxo supersônico de um condensado de Bose-Einstein (BEC) através de um obstáculo macroscópico impenetrável delgado no sistema da equação de Schrödinger não-linear (NLS) bidimensional. Assumindo-se que a velocidade do fluxo é suficientemente alta, reduzimos assintoticamente o problema bidimensional original de valor de contorno para o fluxo estacionário através de um obstáculo alongado ao problema do pistão dispersivo unidimensional descrito pela NLS 1D dependente do tempo, no qual a coordenada original x reescalonada faz o papel de tempo e o movimento do pistão está vinculado à geometria do obstáculo. Duas ondas de choque dispersivas (DSWs) são geradas no fluxo, cada uma sendo formada em uma extremidade (frontal e traseira) do obstáculo. A DSW frontal é descrita analiticamente construindo-se soluções de modulação exatas para as equações de Whitham e a para a DSW traseira, empregamos a regra de quantização de Bohr-Sommerfeld generalizada para descrever a distribuição dos sólitons escuros. Propomos uma extensão da solução de modulação tradicional, a fim de incluir o padrão de ship-wave linear formado fora da região da DSW frontal. Realizamos simulações numéricas 2D completas e verificamos a validade das previsões analíticas. Os resultados deste problema podem ser relevantes para experimentos recentes sobre o fluxo de BECs através de obstáculos. No segundo problema, estudamos uma mistura atômica de dois átomos fermiônicos leves de spin 1/2 e dois átomos pesados em um potencial de dois poços. Processos de espalhamento inelástico entre ambas as espécies atômicas excitam os átomos pesados e renormalizam a taxa de tunelamento e a interação entre os átomos leves (efeito polarônico). A interação efetiva dos átomos leves muda de sinal e se torna atrativa quando o espalhamento inelástico é forte. Observamos também o cruzamento de níveis de energia, de um estado onde cada poço contém apenas um férmion (espalhamento inelástico fraco) para um estado onde um poço contém um par de férmions e ou outra está vazio (espalhamento inelástico forte). Identificamos o efeito polarônico e o cruzamento dos níveis de energia estudando-se a dinâmica quântica do sistema. / In this thesis we study two different problems in the field of ultracold atoms: Shock waves in Bose-Einstein condensates and Inelastic scattering of atoms in a double well. In the first problem, we study the supersonic flow of a Bose-Einstein condensate (BEC) past a slender impenetrable macroscopic obstacle in the framework of the twodimensional (2D) defocusing nonlinear Schr¨odinger equation (NLS). Assuming the oncoming flow speed sufficiently high, we asymptotically reduce the original boundary-value problem for a steady flow past a slender body to the one-dimensional dispersive piston problem described by the nonstationary NLS equation, in which the role of time is played by the stretched x-coordinate and the piston motion curve is defined by the spatial body profile. Two steady oblique spatial dispersive shock waves (DSWs) spreading from the pointed ends of the body are generated in both half-planes. These are described analytically by constructing appropriate exact solutions of the Whitham modulation equations for the front DSW and by using a generalized Bohr-Sommerfeld quantization rule for the oblique dark soliton fan in the rear DSW. We propose an extension of the traditional modulation description of DSWs to include the linear ship-wave pattern forming outside the nonlinear modulation region of the front DSW. Our analytic results are supported by direct 2D unsteady numerical simulations and are relevant to recent experiments on Bose-Einstein condensates freely expanding past obstacles. In the second problem, we study a mixture of two light spin-1/2 fermionic atoms and two heavy atoms in a double well potential. Inelastic scattering processes between both atomic species excite the heavy atoms and renormalize the tunneling rate and the interaction of the light atoms (polaron effect). The effective interaction of the light atoms changes its sign and becomes attractive for strong inelastic scattering. This is accompanied by a crossing of the energy levels from singly occupied sites at weak inelastic scattering to a doubly occupied and an empty site for stronger inelastic scattering. We are able to identify the polaron effect and the level crossing in the quantum dynamics.

[pt] A reinjeção de gás é uma técnica empregada para o aumento do fator de recuperação de reservatórios de petróleo. Em campos marítimos, quando o volume de gás produzido na unidade estacionária de produção (plataforma) é muito elevado e não se dispõe de infraestrutura para exportá-lo para terra, a reinjeção de todo o gás produzido pode requerer vazões suficientemente altas para causar danos à coluna de injeção do poço em decorrência da vibração induzida pelo escoamento. Esse problema pode ser ainda mais crítico para injetores com completação inteligente, que são instrumentados com sensores e válvulas de controle de fluxo e cujo monitoramento e controle são realizados por meio de cabos elétricos e hidráulicos instalados ao longo da coluna do poço. O risco da falha no sistema de completação inteligente torna-se, portanto, um limitante para a vazão máxima do gás que pode ser reinjetado no poço. Nestes casos, não havendo como exportar o gás produzido, a alternativa é reduzir a produção de petróleo da plataforma. Esta dissertação aborda o problema da vibração induzida pelo escoamento em poços injetores de gás equipados com sistemas inteligentes de completação. Modelou-se a geometria de um poço real a fim de realizar as análises computacionais da dinâmica do escoamento. Devido as altas vazões envolvidas, a abordagem do caso exige um tratamento adequado da turbulência. Para tal, fez-se uso dos métodos Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) e Large Eddy Simulation (LES). O primeiro é um modelo estacionário que prevê as estatísticas estacionárias baseando-se em equações de transporte para as mesmas. O segundo é um modelo transiente, que resolve a maior e mais energética parte do espectro das flutuações turbulentas. A partir da análise computacional com os dois modelos foram estimadas as amplitudes e espectros de frequência das forças de excitação dinâmicas produzidas pelo escoamento sobre os componentes do sistema de completação inteligente na região mais crítica da coluna de injeção. Para o caso estudado, um poço injetor de gás com uma coluna de 4 1/2´´ em um revestimento de 9 5/8´´ e vazão máxima nominal de 4,5 x 10(6) m(3)/d, as forças de excitação sobre os componentes críticos do sistema de completação inteligente atingiram amplitudes máximas da ordem de 10 N/m numa faixa de frequência de até 150 Hz, valores considerados satisfatórios para a operação do poço estudado. A metodologia desenvolvida neste trabalho pode ser estendida para outras configurações de poços injetores com completação inteligente. / [en] Reinjection of produced gas is a well-known technique of enhanced oil recovery. In offshore fields, the production units do not always have the proper infrastructure to export the produced gas to shore. In these cases, if the gas volumes are too high, reinjecting it into the reservoir may require elevated flow rates, increasing the risk of mechanical failures due to flow induced vibration on the well completion equipment. This problem may be even more critical in the case of injector wells with intelligent completion systems, which are monitored and controlled with the aid of electrical and optical cables running along the injection tubing. In many instances, to avoid fatigue damage in the intelligent completion equipment, the production unit has to be restricted to allowable rates. This work focus on the problem of flow induced vibration in injector wells equipped with intelligent completion systems. A real well has been modeled in order to perform computational fluid dynamic analysis and understand the turbulent flow near the discharge of the downhole inflow control valves. The problem was modeled using both the Averaged-Reynolds Navier-Stokes and Large Eddy Scale turbulent models. In the first, the flow is stationary and the variables are time-averaged. In the second model, transient analysis is performed considering only the large length scales. Combining the two models, the amplitudes and frequency spectra of the dynamic forces that excite the components of the injector well are estimated. In the case studied, a well with tubing of 4 1/2´´ in a 9 5/8´´ casing and with a maximum nominal gas injection flow rate of 4.5 x 10(6) m(3)/d, the dynamical loads on the critical intelligent completion components were estimated presenting amplitudes of the order of 10 N/m and frequency ranges up to 150 Hz, values that were considered safe for the operation of the analyzed well. The methodology developed in this work can be extended to model other configurations of high flow rate injector wells.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-07T16:42:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoGaseificadorTipo.pdf: 600936 bytes, checksum: 0de9c466832c23a25a0f22bd65d49fa6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-16T16:39:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoGaseificadorTipo.pdf: 600936 bytes, checksum: 0de9c466832c23a25a0f22bd65d49fa6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-16T16:39:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoGaseificadorTipo.pdf: 600936 bytes, checksum: 0de9c466832c23a25a0f22bd65d49fa6 (MD5) Previous issue date: 2010 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO2, CH4, SO2, N2 e NOx) nos gases de combustão após a sistema de limpeza. / The gasification is a thermo-chemical conversion of biomass in fuel gas which can be used as a fuel in internal combustion engines or as a syngas for chemical industry. To quantify the performance of a gasifier we must quantify the energy contained in the gas produced and relate to the amount of energy contained in the biomass that feeds the gasifier, Energy Efficiency, and even with regard to levels of carbon converted from biomass into the gas produced, Carbon Conversion. This paper assesses the energy efficiency and carbon conversion in a prototype of an Indian downdraft gasifier type produced by a local company (Floragás). The gasifier nominal parameters are: gas production capacity of 45 kWt, açaí seeds consumption of 15 kg/h. The gasifier reactor dimensions are ID 150 mm and height in 2000 mm). Its energy efficiency and rate of carbon conversion were quantified, the drop in pressure due to the reactor bed and the gas temperature were also measured at the reactor exit and quantified the concentration of tar, particulate and not condensable gases (CO, CO2, CH4, SO2, N2 and NOx) in the flue gas after cleaning system.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-08T12:05:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPropriedadesFluxo.pdf: 3658637 bytes, checksum: 5ef9b6c40111a35572e482d419a130e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T13:53:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPropriedadesFluxo.pdf: 3658637 bytes, checksum: 5ef9b6c40111a35572e482d419a130e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T13:53:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoPropriedadesFluxo.pdf: 3658637 bytes, checksum: 5ef9b6c40111a35572e482d419a130e6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Um dos fatores que afetam o fluxo de produtos sólidos em silos é o teor de umidade, o qual se destaca por favorecer a formação de arcos coesivos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho focou a determinação das propriedades de fluxo do produto lama vermelha e sua classificação quanto à sua escoabilidade em função da variação do teor de umidade. Tendo os teores de umidade influência no escoamento em tremonhas cônicas revestidas de chapas metálicas lisas e UHMW (Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular). Nesse intuito se utilizou o aparelho de cisalhamento direto “Jenike Shear Cell”, juntamente com três superfícies (acrílico, metálica e de UHMW) de parede. Para determinar o fator de fluxo da tremonha e o ângulo de inclinação com a horizontal, recorreu-se a metodologia gráfica proposta por Jenike para fluxo mássico. E na determinação do diâmetro mínimo da moega, aplicaram-se as equações propostas por Jenike e Enstad. Verificou-se que a lama vermelha é coesiva e possui fluxo do tipo difícil, com pouca variação para os teores de umidades estudados. A rugosidade das paredes testadas teve uma suave influência na inclinação da tremonha. Enquanto os resultados do diâmetro da moega sofreram variação em relação aos níveis de umidade analisados para a lama vermelha. A partir das observações feitas para o escoamento no silo modelo de acrílico se verificou que a medida que se eleva o teor de umidade mais difícil se torna o fluxo do produto lama vermelha. / One of the factors that affect the flow of bulk solids in silos is the moisture content, which stands out by favoring the formation of cohesive arches. In this sense, the aim of this work focused on determining the flow properties of the product red mud and its classification as to its flowability due to the variation of moisture content. Having the moisture influence on the flow in conical hoppers lined with smooth metal plates and UHMW (Ultra High Weight Polyethylene molecular ). To that end we used the direct shear apparatus "Jenike Shear Cell", along with the two wall surfaces. To determine the factor flow from the hopper and the angle of inclination to the horizontal, we used the graphics methodology proposed by Jenike for mass flow. And in determining the minimum diameter of the hopper, we applied the equations proposed by Jenike and Enstad. It was found that red mud is cohesive and has flow type hard with little variation for levels of moisture studied. The roughness of parades tested had a mild influence on the slope of the hopper. While the results of diameter variation experienced hopper relative moisture levels analyzed for red mud. From the observations made to flow in the silo acrylic model has been found that it rises to the level of moisture becomes more difficult the flow of red mud product.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-10T11:52:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalReator.pdf: 6155129 bytes, checksum: 1a054f005cea1bbb8517a8f33aabd18a (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T15:55:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalReator.pdf: 6155129 bytes, checksum: 1a054f005cea1bbb8517a8f33aabd18a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T15:55:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalReator.pdf: 6155129 bytes, checksum: 1a054f005cea1bbb8517a8f33aabd18a (MD5) Previous issue date: 2011 / Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H2, CO, N2 e CH4. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H2, 11% de CO, 1,3% de CH4. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m3. / A bed of small-scale gasifier was a designed, built and operated in order to investigate the parameters that influence the gasification process of a fixed bed of açai seeds. The reactor type was a stratified downdraft open top and the dimensions are 15 cm of inner diameter and 1.5 m of height, with thermal insulation. The gas produced was collected downstream of the gasification bed and condensed for tar removal, which was subsequently quantified by Karl Fisher titration. After removal of tar, the produced gas was introduced in a Micro GC to be quantified in molar percentage of H2, CO, N2 and CH4. The temperature profile of the bed was measured with thermocouples type K, positioned along the longitudinal axis of the bed, with a distance of 10 cm between each other. The air flow was measured using a Pitot tube and a micromanometer. The acquisition of temperature data was made by a datalogger and the mass air flow rate was logged using the RS232 communication of the micromanometer. The experimental procedures were performed over 4 hours of operation of the gasification bed and the biomass average consumption was 1,6 kg/h. Six temperature profiles, mass flow of the incoming air, the bed pressure drop, concentrations of gases and tar content in the condensable gas, were obtained. It was found that the gasifier bed of acai can be operated in a wide range of air flow rates from 2 to 5 kg/h, with the amount of energy of the gas produced ranging from 5 to 15 MJ/h. The typical concentrations of gases obtained for the produced gas were 13% of H2, 11% of CO, 1,3% and CH4. The maximum cold gas efficiency resulted in 57% and and average tar content was 155 g/m3.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-11T12:33:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InteracaoCfdDem.pdf: 2681948 bytes, checksum: b188acc52b2161b5a81d5b6d7c138a87 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-01T13:03:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InteracaoCfdDem.pdf: 2681948 bytes, checksum: b188acc52b2161b5a81d5b6d7c138a87 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-01T13:03:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_InteracaoCfdDem.pdf: 2681948 bytes, checksum: b188acc52b2161b5a81d5b6d7c138a87 (MD5) Previous issue date: 2013 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A fluidização de partículas é amplamente utilizada na indústria, principalmente devido às altas taxas de transferência de calor e massa entre as fases. O acoplamento entre a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) e o Método dos Elementos Discretos (DEM – Discrete Element Method) tem se tornado atrativo para a simulação de fluidização, já que nesse caso o movimento das partículas é analisado de forma mais direta do que em outros tipos de abordagens. O grande problema do acoplamento CFD-DEM é a alta exigência computacional para rastrear todas as partículas do sistema, o que leva ao uso de estratégias de redução do tempo de simulação que em caso de utilização incorreta podem comprometer os resultados. O presente trabalho trata da aplicação do acoplamento CFD-DEM na análise de fluidização de alumina, que é um problema importante para o setor mineral. Foram analisados diversos parâmetros capazes de influenciar os resultados e o tempo de simulação como os passos de tempo, os modelos de arrasto, a distribuição granulométrica das partículas, a constante de rigidez, a utilização de partículas representativas com tamanho maior que o das partículas reais, etc. O modelo de força de interação DEM utilizado foi o modelo de mola e amortecedor lineares (LSD – Linear Spring Dashpot). Todas as simulações foram realizadas com o software ANSYS FLUENT 14.5 e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e da literatura. Tais resultados permitiram comprovar a capacidade do modelo linear LSD em predizer o comportamento global de leitos de alumina e reduzir o tempo de simulação, desde que os parâmetros do modelo sejam definidos de forma adequada. / The particle fluidization process is widely used in the industry, mainly due to the high heat and mass transfer rates between the phases. The coupling between the Computational Fluid Dynamics (CFD) and the Discrete Element Method (DEM) has become attractive for the simulation of fluidization, because in this case the particles movement is analyzed in a more direct way than in other types of approaches. The main problem with the CFD-DEM coupling is the high demand for computational capacity in order to track the movement of all the particles in the system, what it leads to the use of some strategies to reduce the simulation time which in case of incorrect usage can prejudice the results. The present work deals with the application of the CFD-DEM coupling in the analysis of alumina fluidization, which is an important problem for the mineral sector. It were analyzed several parameters capable of influencing the results and the simulation time like the time steps, the drag models, the particle size distribution, the spring constant, the usage of representative particles bigger than the actual particles, etc. The DEM model used was the Linear Spring Dashpot model (LSD). All the simulations were carried out with the software ANSYS FLUENT 14.5 and the results obtained were compared with experimental data and the data available in the literature. These results allowed to verify the capability of the Linear Spring Dashpot Model for predicting the global behavior of alumina beds and reducing the simulation time, since the model parameters are defined adequately.

O presente projeto de trabalho buscou avaliar e estabelecer relações de causa e efeito que justificassem a ocorrência de singularidades no comportamento reológico de formulações complexas contendo elevada carga de sólidos em suspensão incorporada. O mecanismo de estabilização coloidal empregado para preparação das formulações e posterior análise foi o mecanismo de estabilização eletroestérico. O caso particular estudado correspondeu à dispersão de cargas inorgânicas (óxido de alumínio) em meio aquoso auxiliada pela incorporação de conteúdo orgânico com ação dispersante (poliacrilato de amônio) e ligante (emulsão acrílica) respectivamente. A implementação de técnicas analíticas complementares permitiu o estudo detalhado de uma singularidade associada ao comportamento reológico do sistema, exclusivamente evidenciada em função da elevada carga de sólidos, oferecendo, portanto, subsídios para elaboração de um modelo supramolecular fundamentado em possíveis alterações de configuração das cadeias poliméricas para justificativa do fenômeno. A contribuição referente ao pleno entendimento do fenômeno, considerando-se suas causas e efeitos, reside na possibilidade de se estabelecer diretrizes de formulação que propiciem a otimização das quantidades de aditivos incorporados e o respectivo controle do estado de dispersão e estabilidade do sistema. Considerou-se, para efeitos práticos de engenharia de formulação, que o mínimo secundário de viscosidade corresponda ao ponto ótimo de estabilidade do sistema mesmo que a condição de máxima dispersão já tenha sido alcançada para uma concentração de dispersante equivalente ao mínimo primário de viscosidade. A contribuição do efeito estérico associada à reduzida distância de separação entre as partículas (IPS) mostrou-se de vital importância para assegurar a viabilidade de uma dada formulação. A proposta aqui apresentada fundamentou-se no mecanismo de depleção como principal força motriz para desencadear possíveis mudanças de conformação espacial das cadeias poliméricas implicando, portanto, em alterações do raio hidrodinâmico, da fração volumétrica efetiva ocupada e da intensidade de interação (repulsão) entre as partículas. O efeito da dinâmica configuracional sofrida pelo sistema refletiu-se diretamente no comportamento reológico do mesmo. O caráter de inovação do presente trabalho reside na utilização não convencional da técnica de espectroscopia eletroacústica, empregada para avaliação de mudanças do raio hidrodinâmico de partículas em suspensão (sistemas concentrados), integrada com a técnica de turbidimetria dinâmica de varredura para avaliação de desempenho (cinética de sedimentação) de formulações complexas (suspensões). / The present research project pretended to evaluate and establish cause and effect relationships able to justify the singularities evidenced when exploring the rheological behaviour of complex formulations containing elevated solids loading. The stabilization mechanism used for the preparation of the dispersed systems and subsequent analyses corresponded to the electrosteric mechanism. The particular case studied herein corresponded to the dispersion of inorganic colloidal particles (aluminun oxide) in aqueous media assisted by the incorporation of organic components acting respectively as dispersant (ammonium polyacrylate) and binder agent (acrylic emulsion). The implementation of complementary analytical techniques enabled the detailed study of a singularity related to the rheological behaviour of the system that could only be evidenced for high solids loading condition. The results obtained provided the fundamental concepts necessary to propose a supramolecular model based on possible conformational changes associated with the adsorbed polymeric chains and sufficient to justify the phenomenon. Considering the practical aspects related to formulation engineering, it was determined that the secondary minimum viscosity corresponds to the optimum stablity condition although the maximum dispersion condition was achieved for dispersant concentrations equal to the primary minimum viscosity. The contribution of the steric effect associated with the reduced interparticle separation distance (IPS) showed itself to be of vital importance to ensure the viability of a stable formulation. The proposal here presented suggests that the depletion mechanism corresponds to the major cause that imparts possible configurational changes related to the adsorbed polymer chains. As a result of, significant alterations of the hydrodynamic radius, effective volume fraction occupied by and interaction intensity (repulsion) between the particles are expected. The effect of the configurational dynamics experienced by the system reflected directly on the associated rheological behaviour.The innovation character of the present work relies on the employment of the electrosacoustic spectroscopy technique to evaluate possible changes of the hydrodynamic radius of the suspended particles (concentrated systems) integrated with the dynamic turbidimetry technique to evaluate the performance (sedimentation kinetics) of the complex formulations.