Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil-Hidráulica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Prof. Doutor Agostinho Álvares Ribeiro e José Novais Barbosa

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMSB.pdf: 1062102 bytes, checksum: 27907a1d7ce15f71f0846c6655982b70 (MD5) Previous issue date: 2006-08-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / This research study presents an investigation to quantify the stability of spouting regimes (by pressure fluctuations) and particle segregation level in conical spouted beds operated with a variety of particle combinations with uniform size or size distribution. In the presence of glycerol, a study on the effect of interparticle forces in the conical spouted bed fluid dynamics behavior with inert particle mixtures was also employed. Data show that, at a standard deviation from pressure signals of 50 Pa, in beds composed of inert particle of uniform size or size distribution stable spouting regime can be achieved. Moreover, the analysis of segregation indexes revealed that particle segregation becomes less pronounced as dpL/dpS is reduced from 2.85 to 1.98 and bed height is increased from 0.105 to 0.195 m. When glycerol is added into the bed, the results show that the dimensionless minimum spouting velocity (vmj/vmj0) does not change significantly with increase in glycerol concentration for the reference mixture. However, for all other mixtures of dpL/dpS > 1.98 employed, vmj/vmj0 increases with increase in the glycerol concentration into the bed, and this increase is more pronounced for flat and binary mixtures. The dimensionless of minimum spouting pressure drop (∆Pmj/∆Pmj0) decreases with increase in the glycerol concentration for all mixtures used. The application of a theoretical analysis, predicting the interparticle forces, shows that the change in minimum spouting condition as glycerol concentration increases can be explained by the magnitude of these forces. / Nesta pesquisa foi realizada a investigação da estabilidade do regime de jorro por flutuações de pressão e dos níveis de segregação no leito operando com uma variedade de combinações de partículas que apresentam tamanhos uniformes ou distribuição de tamanhos. Também, em presença de glicerol, foi realizado um estudo sobre o efeito das forças interpartículas no comportamento fluidodinâmico do leito de jorro com misturas de tamanhos de partículas. Os dados mostram que com um desvio padrão de 50 Pa o regime de jorro estável pode ser atingido para os leitos com partículas de tamanho uniforme ou com misturas de tamanhos. Além disso, a segregação de partículas torna-se menos pronunciada à medida que a razão dpL/dpS é reduzida de 2,85 para 1,98 e a altura de leito é aumentada de 0,105 para 0,195 m. Para o leito com glicerol, os resultados mostram que para as partículas de referência de composição B a velocidade de mínimo jorro (vmj) não varia significativamente com o aumento da concentração de glicerol. Porém, para as outras misturas de composição B empregadas, vmj aumenta com o aumento na concentração de glicerol no leito somente para misturas com razão dpL/dpS > 1,98, sendo que este aumento é mais pronunciado para as misturas plana e binária. Para todas as misturas estudadas a queda de pressão no leito (∆Pmj) diminui com o aumento da concentração de glicerol. A aplicação de uma formulação teórica para estimar as forças coesivas, resultantes das pontes líquidas estabelecidas entre as partículas do leito, demonstra que as variações nas condições de mínimo jorro decorrentes do aumento na concentração de glicerol podem ser previstas pela ordem de grandeza destas forças.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1537.pdf: 960457 bytes, checksum: fa5ba0f807495889541d760a9070fd84 (MD5) Previous issue date: 2007-03-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / Pneumatic transport is an operation where powdery and granular materials are conveyed through a pipeline suspended in a gas flow. It is usually found in several industries segments and it is used as a carrier, such as, in beans production; drying operation, like grain dryers; or as reactors, in cracking catalytic reactions, combustion operations and precalciner. One of most important parts in a pneumatic conveying is the feeding system since in this area takes place an abrupt change of momentum due the introduction of solids and this influences the fluid dynamic of the system. The purpose of this wok was to carry out a study of influence of three feeders (gravity feeder, gravity feed concerted with a reduction of area and gravity feed concerted with a venturi) in the fluid dynamic of the system, identifying the main aspects of the feeders and their effects in the global system. The influence of dp and the throat diameter in the venturi feeder was evaluate. Experimental data showed that the fluid dynamic and feeding device was linked, and the shape and size of the feeder and the particle size dictated the possible operation conditions for the transport. Finally, was observed that in the literature, many authors don t consider the feeding system in their studies about pneumatic conveying. However, the results showed that special attention should be given to the feeders, since it can generate high pressure losses which increase the systems costs or even make it impracticable. / O transporte pneumático consiste em uma operação na qual materiais pulverulentos ou granulares são transportados através de uma tubulação, suspensos em uma corrente de gás. É comumente encontrado em diversos segmentos industriais, sendo utilizados como transportadores, por exemplo, na produção de grãos; como secadores, na secagem de cereais e bagaço de cana para queima; ou como reatores, em reações de craqueamento catalítico, operações de combustão e calcinação. Dentre as partes que compõem um leito pneumático, a alimentação é uma das áreas mais cruciais e importantes, uma vez que a fluidodinâmica do leito sofre alteração devido à brusca mudança de quantidade de movimento que ocorre neste ponto provocada pela inserção da fase particulada. O objetivo principal deste estudo foi realizar uma análise fluidodinâmica num loop pneumático com três diferentes configurações de alimentadores (alimentador gravitacional; alimentador gravitacional combinado com bocal redutor e alimentador gravitacional combinado com Venturi), identificando cada aspecto importante em relação à configuração de alimentação e seu efeito no sistema como um todo. A influência do diâmetro de partícula (dp) na fluidodinâmica do leito, operando com os alimentadores citados, foi analisada. Finalmente, uma avaliação da influência do diâmetro de garganta do alimentador Venturi foi realizada. Pelos resultados obtidos é possível confirmar que, de fato, a fluidodinâmica de um transportador pneumático é relacionada com o sistema de alimentação, e que a configuração, formato e tamanho destes, ditam as condições operacionais possíveis para tal sistema. Outro fator que também influi na delimitação destes limites é dp. Finalmente, nota-se que na literatura, muitos dos trabalhos referentes a transportadores pneumáticos não consideram a alimentação nas suas análises e muitos deles nem mesmo descrevem o tipo de alimentação utilizada. Porém, os resultados do presente trabalho evidenciam que atenção especial deve ser dispensada ao sistema de alimentação, pois este pode gerar elevada perda de carga, onerando o sistema ou mesmo inviabilizando-o.

Análises estruturais, petrográficas e de inclusões fluidas são apresentadas para os veios quartzo auríferos da mina Morro do Ouro, Cinturão Ribeira, sudeste do Brasil. A mineralização de ouro em veios de quartzo está hospedada em rochas metassedimentares de baixo grau metamórfico de idade calimiana, que também apresenta uma mineralização aurífera singenética. Dois sistemas de veios de quartzo auríferos estão presentes: (i) veios NW extensionais subverticais e (ii) veios NE subverticais paralelos ao plano axial da dobras apertadas. Os veios mineralizados são adjacentes a uma falha principal de alto ângulo, cujas relações estruturais indicam orientação desfavorável para reativação friccional. Os veios NW apresentam inclusões fluidas dos sistemas \'CO IND.2\'-\'CH IND.4\' e H2O-CO2-\'CH IND.4\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' com salinidades variáveis (4 a 52% em peso NaCl equivalente), que apresentam evidências de aprisionamento envolvendo os processos de imiscibilidade de fluidos e mistura de fluidos com composições contrastantes. Os veios NE apresentam inclusões fluidas do sistema H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' com salinidades variáveis (5 a 45% em peso NaCl equivalente). O aprisionamento dos fluidos ocorreu em temperaturas entre 225 e 240°C para os veios NW, e aproximadamente 208°C para os veios NE, envolvendo processos de imiscibilidade e mistura de fluidos de composições distintas. Os veios extensionais NW foram formados sob flutuação de pressão com valores litostáticos a supralitostáticos (125-240 MPa) durante o estágio de fraturamento pré-sismico. Os veios subverticais NE precipitaram dominantemente sob condições de pressão próximas a valores hidrostáticos (10-70 MPa), posteriormente à redistribuição de fluidos de diferentes reservatórios ao longo da zona de ruptura sísmica. Os fluidos hidrotermais foram provavelmente enriquecidos em ouro devido à interação com as rochas encaixantes e a precipitação do minério é atribuída a mudanças nas propriedades físico-químicas em resposta à imiscibilidade de fluidos aliada à mistura de fluidos com salinidades fortemente contrastantes. Estes processos ocorreram como consequência de flutuações cíclicas na pressão de fluidos, bem como de variações no regime de esforços tectônicos associados a episódios de atividade sísmica em zonas de falha. / Fluid inclusion, petrographic and structural analyses are presented for auriferous veins from the Morro do Ouro Mine, Ribeira Belt, southeastern Brazil. The vein-type Au mineralization at the mine is restricted to structurally-controlled domains in a low-grade Calymmian metassedimentary sequence that host also syngenetic Au mineralization. Two auriferous quartz vein systems are present: (i) NW-trending subvertical extensional veins and (ii) ENE-trending subvertical veins parallel to the axial surface of tight folds. The mineralized veins are adjacent to a major dextral transcurrent fault zone and their structural relationships indicate that this fault is severely misoriented for frictional reactivation. The NW-trending veins present a fluid inclusion assemblage dominated by CO2-\'CH IND.4\' inclusions and H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' inclusions of highly contrasting salinities (4 to 52 wt. % NaCl equivalent) and the NE-trending veins present fluid inclusion assemblage dominated by H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' inclusions of contrasting salinities (4 to 45 wt. % NaCl equivalent). The entrapment of fluids occurred at temperatures between 225 and 240ºC in NW-trending veins and approximately 208ºC in NE-trending veins, involving processes of fluid immiscibility and mixing between fluids of contrasting compositions. NW-trending extensional veins were formed dominantly under pressure fluctuating between near-lithostatic to strongly supralithostatic values (125-240 MPa) during pre-seismic failure stages. ENE-trending veins precipitated dominantly under near-hydrostatic pressure conditions (10-70 MPa), following discharge of fluids from different reservoirs along the ruptured zone after earthquake rupture stages. The hydrothermal fluids were probably enriched in gold through interaction with the host rocks and its precipitation is attributed to changes of physicochemical properties due to fluid immiscibility and mixing between fluids of highly contrasting salinites, as a consequence of cyclic fluctuations in the values of fluid pressure and tectonic stresses accompanying episodes of seismogenic fault activity.

Este trabalho objetivou investigar o processo de revestimento/aglomeração de extratos vegetais em leito fluidizado com atomização top spray, visando melhorar a estabilidade dos compostos bioativos dos extratos e suas propriedades farmacotécnicas. Açúcar cristal, pellets de açúcar e de celulose microcristalina, grânulos de celulose microcristalina, grânulos de arroz e farinha de mandioca foram utilizados como partículas sementes. Inicialmente, avaliou-se a influência do tamanho das partículas e diferentes composições de alimentação contendo extrato vegetal de Rosmarinus officinalis (alecrim). Farinha de mandioca e pellets de açúcar de diferentes granulometrias foram empregados como partículas semente. O desempenho do processo foi avaliado através da eficiência de revestimento e porcentagem de aglomeração. Os grânulos formados foram caracterizados quanto ao tamanho, fluidez e retenção de compostos bioativos (polifenóis). As formulações estudadas também foram submetidas à secagem em spray dryer para comparação entre os produtos obtidos. Os resultados obtidos mostraram que a eficiência de revestimento/aglomeração e a porcentagem de aglomeração dependem das propriedades físico-químicas das partículas sementes e das composições alimentadas. As viscosidades das formulações contendo o extrato vegetal e suas interações com as partículas iniciais influenciaram significativamente o processo. Os grânulos formados em leito fluidizado apresentaram ótima fluidez e maior retenção de polifenóis que os produtos obtidos por spray drying. Pellets de celulose microcristalina de diferentes granulometrias foram utilizados como partículas semente para investigar a dinâmica do sistema durante a encapsulação/aglomeração em leito fluidizado, por meio de análises de sinais de flutuação de pressão associados à cinética de crescimento dos grânulos e ao desempenho do processo. Dois modos operacionais foram avaliados: o modo intermitente (com interrupção da atomização da composição de alimentação em um período específico para redução do teor de umidade no sistema) e o modo contínuo (sem interrupção da atomização de alimentação). O aumento na porcentagem de aglomeração, até certo valor durante o processo, ocasionou aumento no desvio padrão nos sinais da amplitude da flutuação de pressão enquanto o sistema permaneceu estável, indicando poucas mudanças no padrão de circulação de sólidos. Este comportamento ocorreu até que a porcentagem de aglomeração atingiu um valor capaz de ocasionar instabilidades no sistema e, assim, o aumento adicional na percentagem de aglomeração acarretou o colapso do sistema. Neste momento, o desvio padrão da amplitude da flutuação de pressão tende a diminuir, sendo este comportamento mais evidente no modo operacional contínuo e com partículas semente de menor granulometria. Mudanças no desvio padrão da amplitude dos sinais da flutuação de pressão evidenciam que este método é capaz de detectar alterações na dinâmica do sistema e pode ser uma ferramenta útil para o controle e monitoramento do processo. Ensaios para avaliação da influência de diferentes variáveis operacionais, vazão de atomização e velocidade do ar de fluidização, no desempenho do processo foram realizados em modo operacional intermitente utilizando pellets de celulose microcristalina como partículas sementes. As condições operacionais mais adequadas, com maior eficiência de revestimento e menor porcentagem de aglomeração, foram selecionadas para avaliação de duas composições de alimentação contendo extrato vegetal com diferentes agentes de encapsulação, goma Arábica e concentrado proteico de soro de leite, associados à maltodextrina, ácido esteárico e Poloxamer 407. O desempenho dos processos foi avaliado através da eficiência de revestimento e porcentagem de aglomeração e os produtos quanto à fluidez e teor de compostos bioativos do alecrim: ácido cafeico, ácido rosmarínico, carnosol e ácido carnósico, determinados por HPLC-DAD. As duas formulações mostraram-se adequadas quanto ao desempenho do processo, eficiência de revestimento maior que 70% e à retenção de compostos bioativos, eficiência de encapsulação maior que 60%. Os grânulos foram submetidos testes de estabilidade acelerada e de longa duração. Os compostos bioativos sofreram degradação durante os testes com perda total de carnosol e ácido carnósico nos grânulos obtidos com as duas formulações diferentes. Também foi realizado teste de digestão gastrointestinal in vitro com os dois produtos diferentes. As concentrações de ácidos cafeico e rosmarínico não sofreram alterações significativas no decorrer do processo, tanto na simulação das condições gástricas quanto intestinais. O carnosol e o ácido carnósico sofreram perda total ao final da fase intestinal nos dois tipos de grânulos. Os grânulos com diferentes agentes encapsulantes, foram revestidos com Opadry® II visando proporcionar maior estabilidade contra degradação dos compostos bioativos. Ocorreu maior proteção do carnosol nos grânulos contendo goma Arábica submetidos ao teste de estabilidade de longa duração, a 30 °C e 75 % UR, porém esta proteção não foi efetiva para nenhum dos grânulos submetidos ao teste de estabilidade acelerada a 40 °C. Este estudo demonstrou a viabilidade do processo de encapsulação de extratos vegetais em leito fluidizado como um método promissor para produção de composições fitoterápicas com propriedades farmacotécnicas e físico-químicas adequadas. / This work aimed to investigate coating/agglomeration process of herbal extracts in fluidized bed with top spray atomization in order to improve stability of bioactive compounds and their pharmacotechnical properties. Crystal sugar granules, sugar and microcrystalline cellulose pellets, microcrystalline cellulose, cassava flour and rice granules, were used as seed particles. First, coating/agglomeration processes with cassava flour and sugar pellets as seed particles and feed compositions loaded with herbal extract of Rosmarinus officinalis (rosemary) were investigated. Fluidized bed performance was evaluated based on coating efficiency and agglomeration percentage. Products were characterized by determining the particle sizes, flow properties and retention of bioactive compounds (polyphenols). Herbal compositions were also spray dried to compare the product generated by both processes. Results showed that coating efficiency and percentage of agglomeration depend on seed particles and feed compositions physicochemical properties. The viscosity of the feed formulations and the interaction with seed particles influenced process performance. Fluidized bed granules exhibited higher efficiency of coating/agglomeration, higher retention of bioactive compounds and better flow properties than the powder obtained by spray drying. Microcrystalline cellulose pellets of different sizes were used as seed particles to investigate system dynamic during fluidized bed encapsulation/agglomeration by analysis of pressure fluctuation signals associated with growth kinetics and process performance. Two distinct operating modes were investigated: intermittent (interrupting the composition atomization for a specific period of time in order to reduce the system humidity) and continuous (without interruption of feed atomization). The increase in the agglomeration percentage to a certain value during the processes caused an increase in the standard deviation of the amplitude of the pressure fluctuations signals while the system remained stable, indicative of slight change on solids circulation patterns. However, the standard deviation of the amplitude of the pressure fluctuations signals tended to decrease when agglomeration percentage reached a value able to affect significantly the system stability, in which agglomerates growth tended to cause the system collapse. This behavior was most evident for small size seed particles and continuous operating mode. The changes in the standard deviation of the amplitude of pressure fluctuation signals showed strong evidence that this method would be able to detect changes in system dynamics and can be a useful tool for process control and system monitoring. Different operational variables, feed flow rate and fluidizing air flow rate, were used to analyze fluidized bed performance using intermittent mode and microcrystalline cellulose pellets as seed particles. Operating conditions that promoted higher coating efficiency and lower percentage of agglomeration were selected to be used in processes to evaluated different feed compositions loaded with herbal extract and encapsulating agents of two types, Arabic gum and whey protein, associated with stearic acid and poloxamer 407. Process performance was evaluated by coating efficiency and percentage of agglomeration. Products were evaluated by flow properties and the retention of bioactive compounds: cafeic acid, rosmarinic acid, carnosol and carnosic acid, determined by HPLC-DAD. Both compositions presented high coating efficiency and retention of bioactive compounds. Products were submitted to accelerated and long-term stability tests. Bioactive compounds of all granules suffered degradation during the tests with total loss of carnosol and carnosic acid. In vitro gastrointestinal digestion assays were carried out with the two types of products obtained. The concentrations of caffeic and rosmarinic acids did not change significantly during the digestion process, both in the simulation of gastric as intestinal conditions. The carnosol and carnosic acid have undergone total loss at the end of the intestinal phase in both types of products. The two types of granules with different encapsulating agents, were coated with Opadry® II aiming to provide greater stability against degradation of bioactive compounds. Higher protection of carnosol occurred in the granules containing gum Arabic subjected to long term stability test at 30 ° C, 75% RH, but this protection was not effective for any of the granules subjected to accelerated stability testing at 40 °C. The results provide strong evidence of the feasibility of the fluidised bed as a promising method for production of encapsulated phytopharmaceutical compositions with adequate pharmacotechnical and physicochemical properties.

Análises estruturais, petrográficas e de inclusões fluidas são apresentadas para os veios quartzo auríferos da mina Morro do Ouro, Cinturão Ribeira, sudeste do Brasil. A mineralização de ouro em veios de quartzo está hospedada em rochas metassedimentares de baixo grau metamórfico de idade calimiana, que também apresenta uma mineralização aurífera singenética. Dois sistemas de veios de quartzo auríferos estão presentes: (i) veios NW extensionais subverticais e (ii) veios NE subverticais paralelos ao plano axial da dobras apertadas. Os veios mineralizados são adjacentes a uma falha principal de alto ângulo, cujas relações estruturais indicam orientação desfavorável para reativação friccional. Os veios NW apresentam inclusões fluidas dos sistemas \'CO IND.2\'-\'CH IND.4\' e H2O-CO2-\'CH IND.4\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' com salinidades variáveis (4 a 52% em peso NaCl equivalente), que apresentam evidências de aprisionamento envolvendo os processos de imiscibilidade de fluidos e mistura de fluidos com composições contrastantes. Os veios NE apresentam inclusões fluidas do sistema H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' com salinidades variáveis (5 a 45% em peso NaCl equivalente). O aprisionamento dos fluidos ocorreu em temperaturas entre 225 e 240°C para os veios NW, e aproximadamente 208°C para os veios NE, envolvendo processos de imiscibilidade e mistura de fluidos de composições distintas. Os veios extensionais NW foram formados sob flutuação de pressão com valores litostáticos a supralitostáticos (125-240 MPa) durante o estágio de fraturamento pré-sismico. Os veios subverticais NE precipitaram dominantemente sob condições de pressão próximas a valores hidrostáticos (10-70 MPa), posteriormente à redistribuição de fluidos de diferentes reservatórios ao longo da zona de ruptura sísmica. Os fluidos hidrotermais foram provavelmente enriquecidos em ouro devido à interação com as rochas encaixantes e a precipitação do minério é atribuída a mudanças nas propriedades físico-químicas em resposta à imiscibilidade de fluidos aliada à mistura de fluidos com salinidades fortemente contrastantes. Estes processos ocorreram como consequência de flutuações cíclicas na pressão de fluidos, bem como de variações no regime de esforços tectônicos associados a episódios de atividade sísmica em zonas de falha. / Fluid inclusion, petrographic and structural analyses are presented for auriferous veins from the Morro do Ouro Mine, Ribeira Belt, southeastern Brazil. The vein-type Au mineralization at the mine is restricted to structurally-controlled domains in a low-grade Calymmian metassedimentary sequence that host also syngenetic Au mineralization. Two auriferous quartz vein systems are present: (i) NW-trending subvertical extensional veins and (ii) ENE-trending subvertical veins parallel to the axial surface of tight folds. The mineralized veins are adjacent to a major dextral transcurrent fault zone and their structural relationships indicate that this fault is severely misoriented for frictional reactivation. The NW-trending veins present a fluid inclusion assemblage dominated by CO2-\'CH IND.4\' inclusions and H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' inclusions of highly contrasting salinities (4 to 52 wt. % NaCl equivalent) and the NE-trending veins present fluid inclusion assemblage dominated by H2O-CO2-\'CH IND.4\'-\'N IND.2\'-NaCl-\'CaCl IND.2\' inclusions of contrasting salinities (4 to 45 wt. % NaCl equivalent). The entrapment of fluids occurred at temperatures between 225 and 240ºC in NW-trending veins and approximately 208ºC in NE-trending veins, involving processes of fluid immiscibility and mixing between fluids of contrasting compositions. NW-trending extensional veins were formed dominantly under pressure fluctuating between near-lithostatic to strongly supralithostatic values (125-240 MPa) during pre-seismic failure stages. ENE-trending veins precipitated dominantly under near-hydrostatic pressure conditions (10-70 MPa), following discharge of fluids from different reservoirs along the ruptured zone after earthquake rupture stages. The hydrothermal fluids were probably enriched in gold through interaction with the host rocks and its precipitation is attributed to changes of physicochemical properties due to fluid immiscibility and mixing between fluids of highly contrasting salinites, as a consequence of cyclic fluctuations in the values of fluid pressure and tectonic stresses accompanying episodes of seismogenic fault activity.