Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-20T03:10:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Job_FernandoPretelPereira_M.pdf: 5358294 bytes, checksum: 51c6721fdd80e282eac5e25ea0e76a02 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: As observações experimentais do comportamento hidrodinâmico de dispersões que se formam sobre os pratos mostram que estas apresentam bolhas grandes e jatos de gás que fazem com que a eficiência de separação decaia acentuadamente. Com o objetivo de aumentar a eficiência da transferência de massa nas dispersões sobre um prato perfurado sem vertedor, foi acrescentado um leito de particulas a ser fluidizado pelas correntes de liquido e vapor. Nestas condições o presente trabalho estuda o efeito da adição de diversas quantidades de particulas de policloreto de vinila (O, 2, 4, 8 e 16g) a serem fluidizadas pelo liquido e vapor da dispersão, de forma a evitar a formação ou permitir a quebra de bolhas de grande diâmetros ou jatos de vapor, aumentando assim a interfacial entre as fases liquida e vapor. Para tal foi utilizada uma coluna de 5 cm de diâmetro com apenas um prato perfurado com 21% de área livre. A coluna foi operada em refluxo total, fixando-se a composição em 20, 40, 60, 80 e 90% de etanol e variando-se a vazão de vapor desde o limite minimo correspondente ao ponto de minima retenção de dispersão no prato, para operações sem sólidos ou de minima fluidização para as operações com sólidos, até seu limite máximo, que corresponde ao ponto onde a dispersão ocupa todo o espaço do estágio...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Not informed. / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Carlos Alberto Dutra Fraga Filho / Banca: Messias Meneguette Júnior / Banca: Vanessa Avansini Botta Pirani / Banca: Andriana Susana Lopes de Oliveira Campanharo / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se o método Lagrangiano de partículas livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Neste método, o domínio do problema é discretizado empregando partículas que possuem propriedades físicas calculadas a partir das propriedades das partículas vizinhas, por meio de uma interpolação, utilizando uma função de suavização. O método foi aplicado para discretizar e adaptar para SPH um modelo de ruptura de barragem sobre um leito úmido conhecido como Dam-Break in Wet-Bed. Tal modelo, considerado ideal, é empregado nos testes de desempenho, precisão e confiabilidade de modelos matemáticos para validação de métodos numéricos aplicados a problemas de vertedouros em barragens hidrelétricas e ondas em praias. / Abstract: In this work, we present the Lagrangian mesh-free method of particles, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). In this method, the problem domain is discretized using particles having physical properties calculated from neighboring particles by means of interpolation using a smoothing function. The method was applied to discretize and to adapt the SPH for a model of dam rupture on a wet-bed known as Wet-Dam-Break. This model, considered as ideal, is used in tests of performance, accuracy and reliability of mathematical models for validation of numerical methods applied to spillways problems in hydroelectric dams and waves at beaches. / Mestre

A seletividade e eficiência do processo de flotação não estão fundamentadas tão somente nas diferenças das propriedades físico-químicas das superfícies dos minerais, mas também na hidrodinâmica do sistema de concentração. Via de regra, a eficácia da flotação diminui quando o tamanho de partícula ultrapassa 150 micrômetros. Esta pesquisa visou estudar a influência de variáveis hidrodinâmicas sobre mecanismos de flotação de partículas grossas em células mecânicas e suas implicações cinéticas. Os ensaios utilizaram células com agitação mecânica e cada situação experimental esteve associada a um conjunto de variáveis hidrodinâmicas: números de hidrodinâmicos adimensionais, características geométricas do impelidor, velocidade mínima de suspensão da polpa, energia dissipada média e energia de preservação do agregado partícula-bolha. Desta forma, a influência dos parâmetros hidrodinâmicos na flotação de apatita e esferas de vidro (diâmetro médio248 micrômetros) foi determinada na presença de oleato de sódio e acetato de eteramina em pH 10. Em condições hidrodinâmicas pouco turbulenta, a recuperação de partículas grossas decresce em função da falta de suspensão de partículas, por outro lado para condições hidrodinâmicas mais severas a recuperação foi quase nula devido à destruição do agregado partícula/bolha. A cinética de flotação da apatita foi estudada em escala de laboratório sob severas condições de turbulência, os resultados indicaram que partículas grossas de apatita têm flotabilidade inferior a finas, corroborando que a flotação dessas partículas grossas não se ajustou ao modelo de primeira ordem. Estes resultados evidenciaram que grossas demandam um ambiente hidrodinâmico apropriado para flotar eficientemente. / Coarse particles badly float mostly because the bubbleparticle aggregates are not strong enough to prevent the particle detachment from the bubble surface caused by the particle weight and turbulence eddies during the rise of the aggregates in the pulp phase to the froth phase and then to the froth launder. The aim this work was to determine effects and degrees of significance of hydrodynamic variables on coarse particle flotation and their kinetic implications. The tests were carried out in flotation cells with mechanical stirring system and each experimental condition was related to group of hydrodynamic variables: hydrodynamic dimensionless numbers, impeller geometries, minimum impeller rotational speed, energy dissipation rate and detachment energy. The influence of hydrodynamic parameters on flotation of the apatite and glass spheres (diameter average248 micrometers) was determined in the presence of sodium oleate and etheramine acetate at pH 10. For more quiescent hydrodynamic conditions, recovery of coarse particles decreased due to a lack in particle suspension, on the other hand, in the most severe hydrodynamic conditions the recovery was almost nil because the bubbleparticle aggregates detachment. Flotation kinetics of apatite was studied in laboratory scale under strong hydrodynamic conditions, the results indicated that coarse particles of apatite float at a lower rate than finer particles and the flotation kinetics of coarse particles did not fit to first order model. Those results evidenced that coarse particles demand a suitable hydrodynamic environment to float efficiently.

A tese investigou o uso de uma ferramenta computacional para avaliar a dinâmica espaço-temporal do metabolismo em ecossistemas aquáticos onde a hidrodinâmica possui papel de destaque na estruturação das comunidades planctônicas. A modelagem matemática foi realizada utilizando o modelo IPH-ECO, uma ferramenta computacional complexa capaz de integrar processos físicos, químicos e biológicos em três dimensões. O trabalho foi dividido em quatro capítulos principais, tendo como base os processos físicos e biológicos que influenciam as estimativas de metabolismo (Capítulos #02 e #03) e melhorias nos métodos numéricos utilizados no modelo IPH-ECO (Capítulos #04 e #05). Os primeiros dois capítulos apresentam o desenvolvimento e aplicação de um algoritmo computacional capaz de quantificar as estimativas de metabolismo aquático baseado (em termos de Produção Primária Bruta - GPP, Respiração do ecossistema - R e Produção Líquida do Ecossistema - NEP = GPP - R) em processos biológicos individuais que influenciam o balanço de oxigênio dissolvido em ecossistemas aquáticos (e.g., respiração de zooplâncton, produção primária de macrófitas aquáticas). A implementação deste algoritmo no modelo IPH-ECO permitiu quantificar as estimativas de metabolismo aquático na Lagoa Mangueira, sul do Brasil, avaliando a importância relativa de diferentes processos individuais e o efeito da hidrodinâmica sobre os processos que compõem o metabolismo da lagoa. O metabolismo aquático da Lagoa Mangueira apresentou um gradiente espacial com maiores valores na região Litorânea e menores na região Pelágica. Além da heterogeneidade espacial, foi possível observar uma heterogeneidade temporal, com valores de produção primária mais elevados durante o verão e primavera e menores durante o inverno e outono. Esta heterogeneidade espacial e temporal acarreta em alterações no estado trófico (autotrófico - NEP positivo ou heterotrófico - NEP negativo) da lagoa, dependendo do local sendo avaliado (zona litorânea ou zona pelágica) e da época do ano. A simulação de diferentes cenários de vento (cinco no total) demonstraram que os padrões de circulação da água podem alterar a dinâmica das estimativas de metabolismo na Lagoa Mangueira, alterando a forma como o sistema é classificado (autotrofia vs. heterotrofia) e influenciando os diferentes processos biológicos que compõem estas estimativas. Os Capítulos #04 e #05 apresentam o desenvolvimento de um novo esquema numérico visando auxiliar na simulação de problemas de qualidade de água. O novo esquema é baseado no método dos Volumes Finitos e permite a integração numérica de equações de transporte utilizando um passo de tempo localizado, calculado a partir da condição de estabilidade de Courant-Friedrich-Lewy (condição CFL). A nova solução numérica é diretamente acoplada a um modelo hidrodinâmico tridimensional em grades triangulares não-estruturadas (e.g, modelo UnTRIM), que utiliza uma solução numérica semi-implícita (Crank-Nicholson) baseada em diferenças finitas e volumes finitos. Diferentes testes clássicos e idealizados são simulados e é realizada uma comparação entre o método com esquema numérico localizado (LTS - Local Time Stepping) e o método tradicional (GTS - Global Time Stepping). Ambos os métodos se mostraram conservativos considerando uma, duas e três dimensões, e ainda foi respeitada uma condição de estabilidade baseada nos valores máximos e mínimos sendo transportados (i.e., não são criados novos valores máximos nem mínimos). Os métodos também foram avaliados de forma acoplada com escoamentos a superfície livre, levando em conta substâncias conservativas e não-conservativas (e.g., balanço de temperatura na água), assim como situações onde a hidrodinâmica é controlada por vento (forte mistura vertical e horizontal) e onde a hidrodinâmica é controlada por um gradiente de pressão (e.g., maré). Além disso, situações onde a secagem e inundação de células computacionais ocorrem foram testadas e os métodos se mostraram estáveis e conservativos. O esquema numérico LTS se mostrou mais rápido do ponto de vista computacional, exigindo menos tempo de simulação em praticamente todos os testes realizados. Além disso, o esquema mostrou resultados similares ao obtidos utilizando o esquema GTS tradicional. Os testes mostraram que a eficiência do esquema LTS é maior quando ocorre a combinação de altas velocidades e pequenos elementos (alta restrição dada pela condição CFL), como a simulação da interface entre rios e lagos, entradas de água rápida (e.g., tromba d’água, Dam-Break) e estuários (efeito de maré). / This thesis investigated the use of a mathematical model to evaluate the space-time dynamics of aquatic metabolism in ecossystems where hydrodynamics plays a key role in structuring the planktonic community. The mathematical model used was the IPH-ECO model, a complex tridimensional model capable of integrating physical, chemical, and biological processes in aquatic environments. The thesis was divided into four main chapters with focus in studying the biological processes and aquatic metabolism estimates (Chapters #2 and #3), and also the improvement of numerical methods used in the IPH-ECO model (Chapters #4 and #5). The first two chapters show the development and application of a computational algorithm capable of quantifying the aquatic metabolism estimates (in terms of Gross Primary Production - GPP, Ecosystem Respiration - R, and Net Ecosystem Production - NEP = GPP-R) based on individual biological processes affecting the dissolved oxygen budget in aquatic ecosystems (e.g., zooplankton respiration, aquatic macrophyte primary production). The numerical algorithm implemented on the IPH-ECO model allowed the quantification of aquatic metabolism estimates (GPP, R, and NEP) at Lake Mangueira, South of Brazil, and the evaluation of the relative importance of different individual processes and how the lake hydrodynamic can change the complex dynamics of the biological processes comprising the lake metabolism estimates. Lake Mangueira’s metabolism estimations showed a well-marked spatial gradient with higher values observed in the littoral zone and lower values observed in the pelagic zone. Besides the spatial heterogeneity, it was also possible to notice a strong seasonal heterogeneity, with increased values of GPP and R during summer and spring and lower values during winter and autumn. This space-time heterogeneity leads to a switching in the trophic state of the lake (autotrophic - Positive NEP or heteotrophic - Negative NEP), depending on the site being evaluated (littoral or pelagic) and also the time of the year being assessed. The simulation of different wind scenarios (a total of five) showed that the water circulation patterns can change the metabolism estimates dynamics in Lake Mangueira, changing the system trophic status (net autotrophy v.s. net heterotrophy) e also affecting the dynamics of individual biological processes composing the metabolism estimates. Chapters #4 and #5 show the development of a new numerical scheme capable of accelerate water quality simulations. The new numerical method is based on a Finite Volume framework and allows for numerical integration of scalar transport equations using a local time step, chosen based on the Courant-Friedrich-Lewy stability criteria (the CFL condition). This new solution is directly linked to a tridimensional hydrodynamic model on triangular unstructured mesh (e.g., UnTRIm model), using a semi-implicit solution based on finite differences and finite volume. Different classical and idealized test-cases were simulated and the results from using the new Local Time Stepping (LTS) numerical method is compared against the usage of a traditional Global Time Stepping method (GTS). Both implemented methods showed precise mass conservation in one, two, and three dimensions, moreover, a discrete max-min property was observed in all simulations (i.e., no new maximum nor minimum was created). The methods were also tested when the coupling with hydrodynamic models of free-surface flows is simulated, accounting both conservative (e.g., Salt) and non-conservative substances (e.g., water temperature). The idealized coupled test-cases accounted for situations where hydrodynamics is controled by the wind (strong vertical and horizontal mixing), and situations where hydrodynamics is driven by pressure gradients (e.g., tidal currents). Furthermore, situations where an intense wet- and dry-ing of computational cells is observed was tested and the methods showed stability and precise mass conservation. In a general manner, the new LTS scheme was faster from a computational point-of-view, requiring less simulation time in praticaly all tests. In addition, the new scheme presented concentration fields similar to the ones computed by a traditional GLS algorithm. Our findings suggested that the efficiency of the LTS algorithm is increased when a combination of high velocities and small polygons is observed (elevated CFL stability restriction), such as the simulation of the interface between rivers and lakes, fast water inflow (e.g., Dam-Break), and estuaries (Tidal effect).

A seletividade e eficiência do processo de flotação não estão fundamentadas tão somente nas diferenças das propriedades físico-químicas das superfícies dos minerais, mas também na hidrodinâmica do sistema de concentração. Via de regra, a eficácia da flotação diminui quando o tamanho de partícula ultrapassa 150 micrômetros. Esta pesquisa visou estudar a influência de variáveis hidrodinâmicas sobre mecanismos de flotação de partículas grossas em células mecânicas e suas implicações cinéticas. Os ensaios utilizaram células com agitação mecânica e cada situação experimental esteve associada a um conjunto de variáveis hidrodinâmicas: números de hidrodinâmicos adimensionais, características geométricas do impelidor, velocidade mínima de suspensão da polpa, energia dissipada média e energia de preservação do agregado partícula-bolha. Desta forma, a influência dos parâmetros hidrodinâmicos na flotação de apatita e esferas de vidro (diâmetro médio248 micrômetros) foi determinada na presença de oleato de sódio e acetato de eteramina em pH 10. Em condições hidrodinâmicas pouco turbulenta, a recuperação de partículas grossas decresce em função da falta de suspensão de partículas, por outro lado para condições hidrodinâmicas mais severas a recuperação foi quase nula devido à destruição do agregado partícula/bolha. A cinética de flotação da apatita foi estudada em escala de laboratório sob severas condições de turbulência, os resultados indicaram que partículas grossas de apatita têm flotabilidade inferior a finas, corroborando que a flotação dessas partículas grossas não se ajustou ao modelo de primeira ordem. Estes resultados evidenciaram que grossas demandam um ambiente hidrodinâmico apropriado para flotar eficientemente. / Coarse particles badly float mostly because the bubbleparticle aggregates are not strong enough to prevent the particle detachment from the bubble surface caused by the particle weight and turbulence eddies during the rise of the aggregates in the pulp phase to the froth phase and then to the froth launder. The aim this work was to determine effects and degrees of significance of hydrodynamic variables on coarse particle flotation and their kinetic implications. The tests were carried out in flotation cells with mechanical stirring system and each experimental condition was related to group of hydrodynamic variables: hydrodynamic dimensionless numbers, impeller geometries, minimum impeller rotational speed, energy dissipation rate and detachment energy. The influence of hydrodynamic parameters on flotation of the apatite and glass spheres (diameter average248 micrometers) was determined in the presence of sodium oleate and etheramine acetate at pH 10. For more quiescent hydrodynamic conditions, recovery of coarse particles decreased due to a lack in particle suspension, on the other hand, in the most severe hydrodynamic conditions the recovery was almost nil because the bubbleparticle aggregates detachment. Flotation kinetics of apatite was studied in laboratory scale under strong hydrodynamic conditions, the results indicated that coarse particles of apatite float at a lower rate than finer particles and the flotation kinetics of coarse particles did not fit to first order model. Those results evidenced that coarse particles demand a suitable hydrodynamic environment to float efficiently.

As lagoas costeiras em geral exibem reduzidas profundidades máximas, sendo portanto, ambientes altamente vulneráveis às oscilações dos fatores climáticos, em particular o vento. Movimentos da água em zonas pelágicas são fortemente influenciados por mudanças no tempo, as quais promovem mudanças no plâncton. A biomassa é uma importante variável em ecossistemas aquáticos uma vez que representa a quantidade de energia estocada em certo nível trófico da comunidade biológica. O trabalho teve como hipótese principal do trabalho que o vento (principal fator determinante na hidrodinâmica da Lagoa Itapeva), influencia diretamente a biomassa fitoplanctônica. Períodos de ausência de ventos ou ventos fracos provocam uma homogeneidade da comunidade, devido á estabilidade da coluna d’água, propiciando eventos de florações com alta biomassa e baixa diversidade. Outra hipótese formulada é que há variação espaço-temporal da biomassa, da diversidade de espécies e das diferentes frações de tamanho na Lagoa Itapeva, no período estudado. O objetivo do trabalho foi determinar o efeito do vento, principal fator hidrodinâmico da Lagoa Itapeva, sobre a comunidade fitoplanctônica em termos de biomassa, diversidade de espécies e categorias de tamanho. A Lagoa Itapeva é a primeira lagoa do Sistema Lagunar de Tramandaí no sentido N→S. Foram realizadas análises espaciais, formando-se três pontos de amostragem (Norte, Centro e Sul) ao longo do maior eixo longitudinal da lagoa, aliada a uma escala temporal diária (turnos de amostragem: 6h, 10h, 14h e 18h) e sazonal (quatro estações do ano), procurando estabelecer padrões e relações com os fatores hidrodinâmicos (velocidade e direção de vento, e nível d’água). Durante o estudo a Divisão Cyanophyta foi a responsável pelos elevados valores de biomassa observados nos pontos de amostragem. Este fato deve-se principalmente às florações de Anabaena circinalis durante as campanhas sazonais. A biomassa foi a variável que melhor se relacionou com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento) pela ação dos ventos de quadrantes predominantes que resultavam num fetch efetivo longo. Neste estudo foram apresentados índices de diversidade de espécies calculados através de indivíduos (H’ind) e de biomassa (H’ biom). Estes índices apresentaram estreitas relações positivas entre si. Os índices também apresentaram relações diretas e significativas com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento). Na Lagoa Itapeva, a contribuição das diferentes categorias de tamanho em função da biomassa (estimada através do biovolume), ressaltou três frações que melhor representaram a comunidade fitoplanctônica: nanoplâncton, microplâncton e netplâncton. A fração netplanctônica predominou sobre as demais frações de tamanho. A predominância desta fração sobre as outras estudadas deu-se principalmente às espécies de colônias filamentosas Aulacoseira granulata, Anabaena circinalis e A. spiroides. O comportamento da comunidade fitoplanctônica na Lagoa Itapeva sugere estar de acordo com a Hipótese de Distúrbio Intermediário de Connell (1978). Os distúrbios intensos (provocados pelos forte ventos e fetch longo) ou a falta deste (criando um ambiente estável), nos pontos de amostragem, resultaram em florações da cianobactéria Anabaena circinalis. Essas florações proveram uma densa biomassa em todo o período da pesquisa, além de promoverem a baixa diversidade através do domínio desta cianobactéria, e provocar sucessões das frações de tamanho do fitoplâncton.

Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2018-10-05T14:51:22Z No. of bitstreams: 2 SebastienStefanLaurentPinel.pdf: 65099613 bytes, checksum: b3fe9e89c782f21ffbe55615efc5e1e3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T14:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 SebastienStefanLaurentPinel.pdf: 65099613 bytes, checksum: b3fe9e89c782f21ffbe55615efc5e1e3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-09-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sem resumo. / Sem resumo.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia.. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008