Este trabalho investiga o tratamento numérico da interface entre uma região porosa e uma região limpa, levando em consideração a influência do coeficiente de salto da tensão cisalhante para a equação da quantidade de movimento, para um escoamento de fluido monofásico em regime permanente, no qual a região porosa é modelada como sendo homogênea e isotrópica. As equações que governam o escoamento são discretizadas pelo método de volumes finitos e o sistema de equações algébricas é resolvido pelo método SIP [Strongly Implicity Procedure], sendo que para o acoplamento pressão-velocidade é utilizado o método SIMPLE. Inicialmente é analisado o escoamento laminar e, posteriormente o escoamento turbulento em canais parcialmente preenchido com um material poroso e, com um obstáculo poroso, utilizando para o caso turbulento o modelo k - e de Alto-Reynolds. Os resultados para o escoamento laminar em um canal parcialmente preenchido com material poroso sem a presença do termo não-linear de Forchheimer ou com a presença corroboram os resultados analíticos encontrados na literatura. Observa-se, ainda que, os resultados para escoamento em um canal parcialmente preenchido e com um obstáculo poroso, tanto laminar quanto turbulento, representaram satisfatoriamente os fenômenos físicos. A partir desses fatos conclui-se que a implementação numérica foi realizada de forma correta, sendo possível representar de forma adequada os efeitos do coeficiente, b , na vazão mássica global.

This work applies the volume-average mathematical operator over the buoyancy terms in the flow equations governing turbulent flow. Volume averaging is taken on both mean and turbulent fields. Derivations are carried out under the recently established double-decomposition concept. Results show that additional buoyancy generation term appears if both averaging procedures are applied simultaneously. Final modeled equations are based on a macroscopic k-e model for porous media. Results are compared with numerical data when available in the literature.

Neste trabalho são apresentadas soluções numéricas para o escoamento laminar e turbulento em um canal aletado com material poroso, para um escoamento de fluido monofásico em regime permanente, no qual a região porosa é modelada como sendo homogênea e isotrópica. A condição de periodicidade espacial ao longo do canal é empregada. As equações do movimento e continuidade de massa são integradas em um volume elementar representativo acarretando em um único conjunto de equações governantes válido para todo o domínio computacional. Estas equações são discretizadas pelo método de volume de controle e o sistema de equações resultante é resolvido pelo método SIP [Strongly Implicity Procedur

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas como isolantes térmicos, filtros, membranas, queimadores de gás, materiais para implantes ósseos, entre outros. A conformação de materiais porosos com amido está fundamentada nas propriedades de formação de gel em água, tornando possível seu uso como agente conformador e formador de poros. Esta técnica permite um adequado controle da porosidade do produto final, pois esta é relacionada com as características morfológicas dos grãos de amido. O presente trabalho consistiu na preparação de materiais cerâmicos porosos à base de alumina, a partir de suspensões contendo diferentes concentrações de amido e variando-se a temperatura sinterização. O estudo reológico das suspensões de alumina e amido foi realizado com o objetivo de se determinar a faixa de temperatura de gelatinização deste material, cujo valor encontrado foi de 55 a 60C. A microscopia óptica de luz polarizada (MOLP) permitiu o estudo do comportamento do amido em água sob aquecimento e a análise de imagens correlacionou o aumento da área total das partículas em função da temperatura, com os resultados de reologia. Estas micrografias mostraram que o aumento do tamanho das partículas de amido ocorreu devido à absorção de água do sistema, causando a diminuição da água livre para fluxo e, por estas razões, a viscosidade das suspensões aumentou. Além disso, esta técnica de microscopia possibilitou a análise qualitativa do mecanismo de consolidação da suspensão cerâmica pela técnica de conformação com amido. As peças cerâmicas sinterizadas obtidas foram caracterizadas quanto à sua massa específica e porosidade aparente, pelo princípio de Arquimedes, a microestrutura foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e diâmetro dos poros por porosimetria de mercúrio.

In this study the influence of physical properties on heat transfer between the fluid and solid phases for laminar and turbulent flow in a square cavity filled with porous material, heated by one side and cooled by the opposite one is investigated. In order to simulate flow and heat transfer between the phases models, one and two-energy-equation models are used. The transport equations are discretized using the control volume method and the system of algebraic equations is relaxed via the SIMPLE algorithm. Validations were perfomed first for the case of clean cavity, using Laminar and High Reynolds Turbulent model, and the results are in agreement with the existing literature. In the case of porous cavities, simulation runs were performed using the 1EEM and 2EEM. Overall, this study showed that as porosity increases, the value of the average Nusselt at hot wall, for the same Ram, decreases. It is also shown that the average Nusselt decreases, from a critical Rayleigh , as the ratio between the thermal conductivities of the phases increases. Comparisons were made between both energy models and 2EEM shown smaller results for average Nusselt as ks/kf increases. Also found that the critical Rayleigh depends directly on the ratio ks/kf, being larger as it also grows. Still object of this work, it has been discovered that as the porosity decreases and the ratio between thermal conductivities increases, the turbulence within cavity increases as well. In general, the results and analysis obtained by this work can be used in real engineering situations where the porous cavities may be used.

Xerogéis de carbono são materiais obtidos normalmente pelo método sol-gel, metodologia que permite a obtenção de características específicas, como elevada área superficial, a partir da modificação dos parâmetros de síntese. O objetivo desse trabalho foi produzir um material de carbono poroso a partir do divinilbenzeno para aplicação como protetor térmico para reentrada atmosférica de espaçonaves e satélites. Para obtenção do maior volume de poros nos materiais finais, utilizou-se um planejamento fatorial em duas rotas sintéticas, analisando os seguintes parâmetros: porcentagem de DVB, temperatura e tempo de envelhecimento. O planejamento de composto central utilizado permitiu avaliar a influência dos parâmetros de síntese e suas interações no volume de poros dos xerogéis orgânicos. Determinou-se, assim, que os melhores materiais foram obtidos com 6% do precursor DVB, 10 dias de envelhecimento e 45oC para a síntese DVB-SnCl4 e 55oC para a DVB-Per. As caracterizações permitiram avaliar as modificações químicas, físicas e estruturais que ocorrem após os processos de secagem do gel, e carbonização dos xerogéis orgânicos. Com a espectroscopia no IR foi verificada a eliminação do solvente após a secagem e indicou a quebra das ligações entre carbono e hidrogênio. A espectroscopia Raman confirmou a existência dessas duplas ligações pela presença das bandas D e G nas amostras de xerogéis de carbono. Esses mesmos resultados de Raman, em conjunto com os dados de Difração, permitem afirmar que existe certo grau de ordenação do carbono, após o processo de carbonização, na síntese DVB-SnCl4, enquanto para a síntese DVB-Per o material apresentou apenas carbonos amorfos. As análises térmicas indicaram que os xerogéis de carbono são termicamente estáveis, já que não apresentaram alteração nas massas e nos fluxos de calor com a variação de temperatura. As micrografias obtidas permitiram visualizar a presença de cadeias reticuladas e poros para o xerogel orgânico da síntese DVB-SnCl4, enquanto para o da síntese DVB-Per verificou-se apenas rugosidade. Já nas micrografias dos xerogéis de carbono de ambas as sínteses, foi possível ver um grande volume de poros. As voltametrias indicam uma área superficial superior para a rota de síntese DVB-SnCl4, uma vez que seu coeficiente angular foi superior ao apresentado na síntese DVB-Per. Com todos os resultados obtidos, o material se mostra promissor para aplicação como protetor térmico.

Hidróxidos duplos lamelares (LDHs) são uma classe materiais lamelares com fórmula química [M_(1-x)^II M_x^III (OH)_2 ] [A^(n-)]_(x/n).yH_2 O (onde M^II e M^III são metais di e trivalentes, respectivamente) formados pelo empilhamento de camadas positivamente carregadas de hidróxidos metálicos intercaladas por espécies aniônicas A^(n-). Este trabalho descreve uma estratégia inédita para a produção de nanotubos de LDHs autossuportados (Ø 20 nm e comprimentos >= 100 nm) através da coprecipitação de Zn^(2+), Al^(3+) e Eu^(3+) em pH controlado e sua auto-organização sobre micelas cilíndricas do surfactante Plurônico® P-123. A subsequente extração destes agentes estruturantes através de lavagem com metanol resulta em uma rede de nanotubos cilíndricos, ocos e interconectados, formados pela deposição de multicamadas de hidróxidos duplos intercalados pela molécula sensibilizadora ácido benzeno-1,3,5-tricarboxílico (ácido trimésico, BTC). A combinação de Eu3+ nas camadas de hidróxidos e BTC no meio interlamelar resulta em nanotubos com propriedades luminescentes, demonstrando de maneira notável como modificações químicas e morfológicas nos LDHs podem levar ao remodelamento das suas propriedades físico-químicas e consequentemente direcionar suas aplicações de maneira desejável. / Layered double hydroxides are a class of lamellar compounds with chemical formula [M_(1-x)^II M_x^III (OH)_2 ] [A^(n-)]_(x/n).yH_2 O (with M^II and M^III being di and trivalent metals, respectively) that are formed by the stacking of positively charged mixed-valence metal hydroxide sheets intercalated by anionic species A^(n-). This work describes a new strategy for the synthesis of self-supporting mesoporous LDH nanotubes (Ø 20 nm and length >= 100 nm) by coprecipitation of Zn^(2+), Al^(3+) and Eu^(3+) around non-ionic worm-like micelles of Pluronic® P-123 in controlled pH. Subsequent extraction of the structure-directing agent with methanol results in a network of interconnected, well-defined, multi-walled and hollow cylindrical LDH nanotubes intercalated by the sensitizing ligand BTC (1,3,5-benzenetricarboxilate). The combination of Eu^(3+) in the hydroxide layers and BTC in the interlayers results in nanotubes with luminescence properties in a notable demonstration on how chemical and morphological changes in LDHs can lead to materials with tuned physico chemical properties that can be tailored towards a range of applications.

Made available in DSpace on 2016-05-17T16:51:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-10-16. Added 1 bitstream(s) on 2016-05-17T16:55:27Z : No. of bitstreams: 1 000863489_20171010.pdf: 270564 bytes, checksum: 14ae6d49755d9bd4f1165d0581118e98 (MD5) Bitstreams deleted on 2017-10-16T12:45:42Z: 000863489_20171010.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2017-10-16T12:46:28Z : No. of bitstreams: 1 000863489.pdf: 2384161 bytes, checksum: 21b3016117fd918faa1b92c15a40eb86 (MD5) / A produção de aluminas com distribuição de tamanho e volume de poros controlados pela separação de fases líquido-sólido é um assunto emergente na área de cerâmicas porosas. As aluminas foram produzidas pelo processo sol-gel acompanhado de separação de fases, usando o óxido de polietileno (PEO) como agente indutor na separação de fases e o óxido de propileno para a gelatinização, para isso foram estabelecidas condições de controle cinético e termodinâmico desses eventos, através do controle do tempo de agitação e temperatura no meio reacional. Foram otimizadas rotas de síntese através do ajuste dos parâmetros de preparação variando a concentração do agente direcionador de poros PEO durante a transição sol-gel. Esta transformação foi acompanhada in-situ por SAXS revelando que o crescimento de objetos fractais com dimensionalidade de 1,7, que é característico do mecanismo e agregação controlado pela difusão. A calcinação em 700°C possibilitou a produção de aluminas da fase gama (-Al2O3) com textura porosa formada por macro e mesoporos. O uso do agente direcionador de poros PEO em proporção molar entre 0,01-0,07 mostrou-se eficiente no ajuste da macro-mesoporosidade. Entretanto quando se emprega proporções molares de PEO acima de 0,07 obtém-se apenas famílias de mesoporos com um decaimento do volume específico de poros quando a proporção molar aumenta de 0,08 para 0,1. Estas aluminas mesoporosas apresentaram maior área superficial especifica (Área BET máximo de  305 m²/g) e uma melhor relação OH/-O-Al em comparação com as macro-mesoporosas. / The production of alumina with volume and size distribution of pores controlled by phase separation induced by the addition of the polymer polyethylene oxide (PEO) during synthesis is an emerging issue in the area of functional ceramics. The aluminas were produced by the sol-gel process followed by phase separation, and the PEO as inducing agent phase separation and propylene oxide to gelation. Conditions for kinetic and thermodynamic control over these events were kept by controlling the stirring time and temperature in the reaction medium. Synthesis routes have been optimized by adjusting the preparation parameters varying the concentration of pores directing agent (PEO) during sol-gel process. This transformation was accompanied by in-situ SAXS and the results reveal the growth typical of fractal objects starting from a diluted solution, whose dimensionality in the Porod region was 1,7, characteristic of aggregation controlled by diffusion and the distances between the growing particles is around 2,95 nm. Gamma alumina (-Al2O3) with diversified porous texture and macro-mesopores was obtained with thermal treatment up to 700 ° C, being supported by several techniques. The macro-mesoporosity can be adjusted by PEO driver pores agent in a molar ratio from 0,01 to 0,07. Molar ratios of PEO above 0,07 produces only mesopores, decreasing the cumulative volume of this pores when the molar ratio increases from 0,08 to 0,1. These mesoporous aluminas had higher specific surface area (BET Area  305 m² / g) and better ratio OH/O-Al compared to the macro-mesoporous.

Orientador: Regina Célia Galvão Frem / Banca: Sidney Jose Lima Ribeiro / Banca: Grégoire Jean-François Demets / Resumo: Segundo a IUPAC, MOFs (Metal-Organic Frameworks) são definidos como polímeros de coordenação com uma estrutura aberta contendo cavidades potencialmente vazias. As MOFs podem ser sintetizadas utilizando íons lantanídeos como centros metálicos (LnMOFs) e por essa razão, apresentam luminescência somada às demais propriedades desta classe de materiais porosos. Dentro desse contexto, o objetivo deste trabalho foi a obtenção de LnMOFs visando aplicação na área de sensoriamento químico via luminescência. Os compostos foram sintetizados a partir dos cloretos de térbio (III), európio (III) e samário (III) hexahidratados (precursores metálicos) e dos ligantes ácidos malônico e 3,5-pirazoldicarboxílico. Os compostos de térbio e ligantes foram sintetizados em diferentes pHs, sendo que os valores iguais a 2, 4 e 5 conduziram a formação dos materiais TBM2, TBM4 e TBM5, respectivamente. Os sólidos de európio e samário foram sintetizados em pH igual a 5 (compostos EUM5 e SMM5, respectivamente). As sínteses foram realizadas utilizando micro-ondas e estufa solvotérmica. As amostras TBM4 e TBM5 obtidas via micro-ondas se organizam na forma de partículas com tamanhos entre 0,5 - 2 μm e morfologia esférica. Ensaios de caracterização demonstraram que se tratava do mesmo composto, exceto uma maior rugosidade nas partículas do TBM5. A cristalinidade do material foi baixa devido ao curto tempo de síntese, no entanto utilizando síntese solvotérmica (mais lenta) foi possível aumentar a cristalinidade. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: According to IUPAC, MOFs (Metal-Organic Frameworks) are coordination polymers with an open structure containing potentially empty voids. MOFs can be synthesized using lanthanide ions as metal centers (LnMOFs) and therefore have luminescence added to the other properties of this porous materials class. In this context, the objective of this work was to obtain LnMOFs for chemical sensing application via luminescence. The compounds were synthesized from terbium (III), europium (III) and samarium (III) chlorides hexahydrates (metal precursors) and the malonic and 3,5-pyrazoledicarboxylic acid linkers. The compounds with terbium plus linkers were synthesized at different pHs, with values of 2, 4 and 5 leading to the formation of TBM2, TBM4 and TBM5 materials, respectively. The europium and samarium solids were synthesized at pH = 5 (compounds EUM5 and SMM5, respectively). The syntheses were microwave and solvothermic assisted. The TBM4 and TBM5 samples via microwave-assisted synthesis are organized in the form of particles with sizes between 0.5 - 2 μm and spherical morphology. Characterization tests showed both are the same compound, except for a greater roughness in the TBM5 particles. The crystallinity of the material was low due to the short synthesis time; however, by using solvothermic-assisted synthesis (slower) it was possible to increase the crystallinity. There are characteristic bands of both ligands in the infrared vibrational spectroscopy, as well as band displacement... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação dos Programas de Pos-Graduação em Engenharia / Made available in DSpace on 2012-10-16T08:00:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T17:23:35Z : No. of bitstreams: 1 101370.pdf: 4305545 bytes, checksum: 10f9ae8cf65a47e8b40d23d9ea88001f (MD5)