Resumo: Com a crescente poluição ambiental, a busca por novas técnicas para diminuir a poluição gerada pelas indústrias vem ganhando espaço, como no tratamento dos efluentes têxteis e poluentes gasosos. Essas indústrias buscam processos que não afetem a qualidade do produto e, principalmente, seu custo, assim, a técnica de adsorção em leito fixo vem sendo amplamente empregada, por ser uma técnica consolidada, viável economicamente e de fácil operação. Para a implantação em escala piloto ou industrial ou mesmo validar os resultados experimentais, a utilização da modelagem matemática se destaca, pois utiliza de modelos matemáticos capazes de predizer de forma analítica os resultados e com grande precisão, além disto, dispõe-se de métodos numéricos capazes de resolver problemas cada vez mais complexos. Esse trabalho estudou dois casos disponíveis na literatura de adsorção física, em meios líquidos e gasosos com carvão ativado como adsorvente para simular o comportamento fluidodinâmico e hidrodinâmico. As simulações foram realizadas utilizando o software comercial COMSOL Multiphysics que aplica o método dos elementos finitos - MEF, para a resolução de equações diferenciais parciais. O COMSOL permite ao usuário criar e resolver equações diferenciais parciais sem o desenvolvimento de programas especializados ou habilidades numéricas. Para a resolução das simulações dividiu-se em três partes: pré-processamento, processamento e pós procesamento. Pré-processamento defini-se pela construção da geometria, definição das condições de contorno, equações que serão utilizadas e escolha da malha e seu refino e o número de iterações. O processamento é a resolução das equações diferenciais parciais pelo MEF e o pósprocessamento é a forma gráfica na qual o software disponibiliza os resultados. Através dos modelos matemáticos da lei de Darcy e transportes de espécies em meios porosos, conseguiu-se simular o ponto de saturação do leito, assim obtendo a curva de ruptura para os meios líquidos e gasosos. As simulações conseguiram representar os resultados experimentais das curvas de rupturas, porém com o início do tempo de ruptura do leito inferior ao esperado de acordo com o experimental. Observou-se nas simulações a grande influência do coeficiente de dispersão mecânica, sobre a inclinação da curva de ruptura, afetando o ponto de ruptura e exaustão do leito. Um outro parâmetro que influênciou o comportamento na saturação do leito foi o modelo da isoterma de adsorção. Na isoterma de Langmuir observou-se uma influência predominante da capacidade máxima de adsorção.

Orientador : Prof. Dr. Christian Johann Losso Hermes / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 31/07/2015 / Inclui referências : fls. 111-115 / Área de concentração: Fenômenos de transportes e mecânica dos sólidos / Resumo: O transporte de detergente entre compartimentos e através do tecido durante o processo de lavagem em lavadoras domésticas de carregamento superior (eixo vertical) são estudados no presente trabalho. Uma metodologia experimental foi desenvolvida com o intuito de observar a variação temporal da concentração de detergente em cada compartimento como também numa sonda que simula uma peça real de tecido. Realizou-se um experimento fatorial completo o qual evidenciou que o local de inserção do detergente assim como a velocidade de agitação são os fatores determinantes do processo. Criou-se um modelo transiente global para simular o transporte advectivo-difusivo do detergente. As equações diferenciais ordinárias foram resolvidas numericamente utilizando um algoritmo de incremento de tempo adaptativo. Os parâmetros de fechamento adotados no modelo foram obtidos através dos dados experimentais, o que evidencia o caráter semi-empírico do modelo. As previsões do modelo para a variação temporal da concentração de detergente e os dados experimentais tiveram concordância dentro de uma faixa de incerteza de medição (~15%) para a maior parte dos casos vistos. Palavras-chave: Transferência de massa. Análise experimental. Simulação transiente. Transporte de detergente. Lavadora de roupa. / Abstract: The detergent transport between the compartments and through the garments during the washing process in household top-load washing machines is investigated. An experimental methodology was put forward for evaluating the time evolution of the detergent concentration in each compartment, and also in a probe enveloped by a cottonlinen that emulates the garments. The experiments were carried out following a full factorial experiment, pointing out the detergent insertion location and the agitation speed as the rate-determining factors. A lumped transient model was advanced for the advective-diffusive transport of detergent. The set of ODEs was solved numerically through an adaptive time-step algorithm. The closing parameters required by the model were reduced from the experimental data, thus providing the model with a semi-empirical character. The model predictions for the time evolution of the detergent concentration and the experimental data agreed to within the range of the measurement uncertainties (~15%) for the cases majority. Keywords: Mass transfer. Experimental analysis. Transient simulation. Detergent transport. Washing machine.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3516.pdf: 1760972 bytes, checksum: 4d0f2531bdae61efc9d1492d1c35c56c (MD5) Previous issue date: 2011-03-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this present work, an experimental study about simultaneous heat and mass transfer phenomena was carried out during the drying process of citric solid waste in a direct-heat contact semi-pilot rotary dryer, operating with continuous feed of solids. The drying experiments consisted of obtaining humidity and temperature data as function of time for the solid and gaseous phases, evaluating the influence of the operational variables of the process. The material characterization was studied in relation to the apparent and real specific masses, porosity, specific heat and hygroscopicity. The last one was determined by thermodynamic equilibrium conditions and by the thin-layer drying kinetics of the solid waste in a fixed bed dryer. In parallel, a two-phase mathematical model of lumped parameters was developed based on macroscopic balances of mass and energy for the solid and for the drying air. The differential algebraic system was solved numerically using a computer routine developed in MatLab®, where the drying process was simulated taking into consideration the particle residence time distribution inside the dryer. The comparison between the predicted and observed results showed that the model needs some improvement, but permits a preliminary qualitative analysis of the drying process. / No presente trabalho, os fenômenos de transferência de calor e massa existentes no processo de secagem de resíduos cítricos foram estudados experimentalmente em um secador rotativo semi-piloto de contato direto e fluxos concorrentes, operando com alimentação contínua de sólidos. Os experimentos de secagem consistiram na obtenção de dados de umidade e temperatura em função do tempo para as fases sólida e fluida, avaliando a influência das principais variáveis operacionais de processo. A caracterização do material foi estudada em relação às massas específicas aparente e real, porosidade, calor específico e grau higroscópico. Este último, determinado através de condições de equilíbrio termodinâmico e pela cinética de secagem do resíduo em secador de leito fixo e camada delgada. Paralelamente, foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico de parâmetros concentrados a duas fases, baseado em balanços macroscópicos de massa e energia para o sólido e para o ar de secagem. O sistema algébrico-diferencial foi resolvido numericamente por uma rotina computacional desenvolvida em linguagem MatLab®, onde o processo de secagem era simulado considerando a distribuição de tempos de residência das partículas no interior do secador. A comparação entre resultados preditos e observados mostrou que o modelo matemático proposto necessita de aprimoramento, mas permite uma análise preliminar qualitativa da operação de secagem.