O objetivo do presente trabalho é determinar numericamente o perfil de umedecimento em um meio poroso submetido a um processo de infiltração. A descrição do movimento transiente de água em solo não-expansivo é dada em termos da equação não-linear de Fokker-Planck ou da equação de Richards. As dificuldades na solução da equação são não somente devido aos termos não-lineares envolvidos mas também às condições de fronteira dependentes do tempo e ao ajuste dos dados experimentais para os parâmetros fisicos. Neste trabalho é considerado um esquema de diferença finita de três niveis para a simulação de infiltração em uma coluna homogênea, semi-infinita satisfazendo a condição de fluxo constante na superficie. O esquema proposto é implicito com erro de truncamento de segunda ordem no tempo e espaço. O termo convectivo é aproximado por quatro diferentes esquemas. A influência da discretização da derivada na fronteira também é analisada através de quatro esquemas. Os resultados obtidos na simulação numérica pelo esquema de três niveis com termo convectivo aproximado por diferença ascendente (upwind) e condição de fronteira discretizada com ponto ficticio apresentam melhor aproximação aos perfis de umedecimento experimentais que os obtidos por esquemas de dois niveis. / The purpose of the present work is to determine numerically the water content profile in a porous medium submitted to an infiltration process. The description of the transient water movement in nonswelling soil is given in terms of the non-linear Fokker-Planck equation or Richards equation. The difficulties in solving this equation are due not only the nonlinearities involved but also to time-dependent boundary conditions and to the fitting of the experimental data for the physical parameters. In this work, we consider a three-level finite difference scheme for the simulation of infiltration in an homogeneous semi-infinite column satisfying constant flux condition at the surface. This is an implicit scheme which is second-order accurate in time and space. The convective term is approximated by four different schemes. The influence of the discretization of the boundary derivative is analysed by four schemes. The results of the numerical simulation by the three-level scheme with convective term approximated by forward difference (upwind) discretizated with ficticious and point boundary exhibited condition a closer approximation to the experimental water content pro1ile than the ones obtained by two-level scheme.

Neste trabalho, será analisado um problema de fluxo unidimensional e transiente de água em meio poroso não saturado, modelado pela equação não linear de Richards. Serão empregadas as relações constitutivas de Van Genuchten e desenvolvido um método híbrido de aproximantes Pad´e e decomposição de Adomian. Neste estudo, o procedimento de Adomian da forma como proposto não obtém convergência para a solução. Por consequência, apresenta-se neste trabalho, uma solução heurística parametrizada para a equação não linear de Richards, para o cálculo do fluxo vertical unidimensional e transiente. Essa solução é otimizada via mínimos quadrados e método de Newton não linear, avaliada pela equação de governo e, é comparada aos perfis numéricos do potencial matricial encontrados na literatura. O perfil do potencial matricial gerado pela solução heurística é próximo ao da solução numérica, podendo assim já ser utilizado em aplicações. Porém, essa solução heurística de- fine a inicialização da recursão de um esquema alternativo de Adomian, para a equação não linear de Richards, num trabalho futuro. / In this paper, we consider a transient one-dimensional flow problem of water in un- saturated porous media, modeled by the nonlinear Richards equation. Constitutive relations of Van Genuchten will be employed and a hybrid method of Pad´e approximants and Ado- mian decomposition is developed. In this study, the solution obtained by the procedure of Adomian, as it was proposed, did not converge. Consequently, this work presents a heuristic solution parameterized for nonlinear Richards equation with the objective to calculate the one-dimensional vertical transient flow. This solution is optimized via least squares and Newton’s nonlinear method and evaluated by the Richards nonlinear equation. The results are compared to the profiles of the numerical matrix potential in the literature. The matrix potential profile generated by the heuristic solution is close to the numerical solution. This solution defines a heuristic initialization of the recursion for an alternative Adomian scheme. This scheme will be applied to the nonlinear Richards equation, in a future work.

Neste trabalho é investigada a relaxação longitudinal da magnetização nuclear de água impregnada em pastilhas de pó de alumina (Al IND. 2 O IND. 3) com grau de pureza de 99,8%, objetivando a determinação do diâmentro de poro de uma espuma cerâmica do mesmo material a partir de medidas do tempo de relaxação longitudinal T IND. 1. O trabalho fundamenta-se no fato dos tempos de relaxação da magnetização nuclear T IND. 1 e T IND. 2, spin-rede e spin-spin respectivamente, de um fluido confinado em um meio poroso serem menores que tempos T IND. 1B e T IND. 2B para o mesmo fluido não confinado. Mediram-se os tempos T IND. 1 para graus de impregnação de água nas amostras entre 10 e 100% usando um espectrômetro montado a partir de módulos comerciais e de um gerador de pulsos desenvolvido no IFSC-USP. A partir dos tempos T IND. 1 e dos diâmetros de poro das pastilhas de pó, determinou-se o valor da relaxatividade longitudinal ou intensidade de relaxação superficial (mu IND. 1), um parâmetro que caracteriza a interface água-alumina nestas amostras. Usando o valor de (mu IND. 1) obtido para o pó e o tempo de relaxação T IND. 1 medido nas amostras de espuma cerâmica foi determinado o diâmetro de poro desta. Última, o qual é comparado com os valores obtidos com a microscopia eletrônica e com a injeção de mercúrio. O caráter não invasivo desta técnica em contraste com as outras, faz dela a única possível em algumas aplicações. / Nuclear magnetization relaxation of water imbibed on 99,8% purê alumina (Al IND. 2 O IND. 3) grain packs is investigated aiming to determine the mean pore diameter of ceramic foam pieces of the same material. The work rely on the shortening of the relaxation times T IND. 1 spin-lattice and T IND. 2 spin-spin of the nuclear magnetization of fluids confined on porous media as compared with their T IND. 1B e T IND. 2B bulk values. Relaxation times T IND. 1 were measured, using a spectrometer built from commercial modules and a pulse generator developed at the IFSC-USP, varying the content of water imbibed from 10 to 100%. The longitudinal relaxation (mu IND. 1), or surface sink strength, was determined from the measured T IND. 1 values and the mean pore diameter of the powder packs. This parameter characterizes the water-alumina interface of these samples. Using the (mu IND. 1) value from the powder and the relaxation times T IND. 1 measured on the ceramic foam pieces, the mean pore diameter of these samples were determined and are compared with the values obtained from mercury intrusion and electron microscopie. The non-invasive character of this technique distinguishes it from the other, making it the only possible in some applications.

A teoria da percolação tem se revelado muito útil no tratamento de inúmeros fenômenos da natureza. Devido a sua grande versatilidade, esta teoria é objeto de intensa pesquisa. Aqui, propomos novas formas de percolação e as estudamos através de simulações numéricas. Na primeira parte de nosso trabalho, investigamos a estrutura dos aglomerados gerados pelo modelo de percolação por invasão múltipla. Estimamos os valores das dimensões fractais do esqueleto, do esqueleto elástico, dos pontos de estrangulamento e dos menores caminhos, como função dos parâmetros do modelo. Por ter uma estrutura geométrica bastante estabilizada, o modelo otimizado pode vir a ser muito útil no tratamento de problemas com diluição da mecânica estatística. O modelo de percolação atenuada foi concebido para permitir que, durante o processo de invasão, os poros grandes possam também ser ocupados. Esta ocupação ocorre com uma probabilidade que diminui quando o tamanho do poro aumenta.Estimamos cuidadosamente os limiares de percolação e construímos os diagramas de fase correspondentes. Verificamos que os limiares de percolação de nosso modelo não satisfazem a conjectura de Galam e Mauger. Estudamos o efeito da inércia em fluidos escoando através de meios porosos incorporando uma caminhada de N passos ao modelo de percolação por invasão. A magnitude da inércia é proporcional ao parâmetro N, que representa o número de poros seqüencialmente invadidos após a ruptura do perímetro, em cada etapa do processo. Investigamos este modelo em duas e três dimensões. Verificamos que no caso bidimensional, as caminhadas de N passos são facilmente bloqueadas o que leva ao surgimento de um limite superior para o número de passos efetivamente realizados. Nossas estimativas das dimensões fractais dos aglomerados (como função do parâmetro N), indicam que este modelo pertence a uma classe de universalidade diferente daquela da percolação por invasão ordinária. Propomos um modelo de percolação para tratar um processo de solidificação de dois fluidos imiscíveis na presença de impurezas móveis. O movimento das impurezas ocorre devido a uma interação repulsiva de curto alcance observada experimentalmente por Ulhmann, Chalmers e Jackson (UCJ). Dependendo das concentrações de fluidos e impurezas, pode haver a formação de uma fase sólida que percola todo o sistema. Construímos o diagrama de fases deste modelo no espaço das concentrações e calculamos seus expoentes críticos. Nossos resultados indicam que o modelo pertence à mesma classe de universalidade que a percolação ordinária. Finalmente, estudamos um processo de percolação por invasão na presença de impurezas que se movem segundo o mecanismo UCJ. Encontramos um valor crítico para a concentração de impurezas, acima do qual não mais existe percolação. O perfil de aceitação aproxima-se de uma função de Heavyside, com o ponto de descontinuidade dependendo da concentração de impurezas. / Percolation theory provides a quantitative and conceptual model for the understanding of many natural phenomena. Here, we present new kinds of percolation and study them using Monte Carlo simulation techniques. We start studying the cluster, the backbone and the elastic backbone structures of the multiple invasion percolation for both the perimeter and the optimized versions. The behavior of the mass, the number of cutting sites and loops are investigated and their corresponding scaling exponents are estimated. By construction, the mass of the optimized model scales exactly with the gyration radius of the cluster - we verify that this also happens with the backbone. Our simulation shows that the red sites almost disappear, indicating that the cluster has achieved a high degree of connectivity. We propose a new kind of invasion percolation, which permits that, besides small pores, large pores being also occupied. In our model, the occupation probability of a pore diminishes with the pore\'s size. We estimate their corresponding percolation thresholds and show that they do not satisfy the Galam and Mauger conjecture. In order to take into account the inertia of the invader fluid, a new kind of invasion percolation is introduced. In this model, which we named N-steps invasion percolation, the inertia forces are controlled by the number N of pores (or steps) invaded after the perimeter rupture. The new model belongs to a different class of universality and has its fractal dimension depending on N. A blocking phenomenon takes place in two dimensions. It imposes an upper bound value on N. For pores sizes larger than the critical threshold, the acceptance profile exhibits a permanent tail. We also introduce a model for the solidification process of two immiscible fluids interacting repulsively with mobile impurities on a two dimensional square lattice. In the space of the fluids and impurities concentrations the phase diagram exhibits a critical curve separating a percolating from a non-percolating phase. Estimated values for the fractal dimension and the exponent ? of the order parameter, reveal that the critical exponents do not vary along this curve, i.e., they are independent of the impurities concentration. The universality class we find is that of the ordinary percolation. Finally, based on the main ideas of the dynamic epidemic and invasion percolation models, we propose a model to describe the cleaning process of a dirty porous medium by fluid injection. An analysis of the acceptance profiles strongly indicates that this model is a kind of self-organized system.

Generalizamos o modelo de percolação por invasão de maneira que vários sítios possam ser simultaneamente invadidos. Propomos dois tipos de generalização: na primeira, o fluxo de fluido invasor e controlado através do perímetro do aglomerado, enquanto que na segunda modificação, o crescimento e governado pela relação de escala entre a massa e o raio de giração dos aglomerados. Estudamos cuidadosamente tanto o perfil de aceitação quanto as dimensões fractais (\'D IND.F\') dos aglomerados assim crescidos. No modelo baseado nas relações de escala, \'D IND.F\' pode ser tratado como um mero parâmetro real que pode assumir qualquer valor no intervalo (0, ?). Nos intervalos (0, \'91 SOB.48\') e (2, ?), o sistema e frustrado. Para \'D IND.F\' > 2, o modelo exibe um fenômeno interessante: em algumas etapas ocorrem explosões no crescimento da massa dos aglomerados (bursts). Na região [\'91 SOB.48\',2], os aglomerados obedecem exatamente e em qualquer escala a relação M ~ RgDF entre a massa m e o raio de giração \'RG\'. Acreditamos que estes fractais cuja estrutura completamente e estabilizada possam ser muito úteis no tratamento de problemas de diluição da mecânica estatística. / We generalize the standard site invasion percolation model to permit simultaneous invasion of several sites. We propose two kinds of generalizations: one in which the invasion flux is controlled by the perimeter size and another where the scaling properties command the growth process. The acceptance profile as well as the fractal dimension \'D IND.F\' are carefully studied. In the model based on scaling relation, \'D IND.F\' can be treated as a mere real parameter in the range (0, ?). In the intervals (0, \'91 SOB.48\') and (2, ?) the system is frustrated. For \'D IND.F\' > 2 the model exhibits also an interesting burst phenomenon that is explained in the text. In the region [\'91 SOB.48\',2], the clusters obey exactly and in any scale the relation M ~ RgDF between the mass M and gyration radius Rg. These stable random fractals may be very useful in the study of dilute systems.

A medida de tempo de relaxação longitudinal (T1) e transversal (T2) de ressonância magnética nuclear (RMN) é muito utilizada para análise de meios porosos na área do petróleo. Esses tempos de relaxação estão relacionados com tamanho dos poros. As cerâmicas, dependendo da sua temperatura de sinterização, apresentam uma porosidade intrínseca, mas cerâmicas especiais para processo de filtragem e escafoldes de implantes ósseos necessitam de poros maiores e de permeabilidade para suas aplicações. Esse objetivo é alcançado introduzindo um agente porogênico, um material degradável com a temperatura, obtendo assim poros induzidos além dos intrínsecos. O agente porogênico escolhido para este trabalho foi cristais de sacarose, os tamanhos dos poros são controláveis pelo tamanho dos cristais e pela quantidade, tornado esse um meio factível nos estudos de RMN através dos tempos de relaxação. Foram selecionadas, através de peneiras, duas faixas de tamanhos de cristais de sacarose: G (grande) com limite superior de 600μm e inferior de 300μm e P (pequeno) com tamanhos na faixa de 38μm a 150μm. A cerâmica preparada com P apresentou distribuição de tamanho de poros (de 15 à 105μm) com mediana em 40μm, menor que a fabricada com G (de 20 à 125μm), media em 100μm. Distribuições de tamanho de poros com mediana intermediária foram obtidas pelas misturas de P e G na fabricação. Foram preparadas seis cerâmicas para os estudos: pura (sem adição de agente porogênico), 100% com G, 100% com P, mistura de 50% P e 50% G, mistura de 75% P e 25% G e mistura de 25% P e 75% G. As cerâmicas foram saturadas com água por um sistema de vácuo e através da sequência CPMG obtiveram-se os decaimentos multiexponenciais da relaxação transversal para os núcleos de ¹H de moléculas de água confinadas nos poros das cerâmicas. E assim, determinaram-se as distribuições de tempo de relaxação T2. A cerâmica pura apresentou apenas um pico para T2 em 0,053s, assim como obtido por Borgia e colaboradores em outros estudos, e comparando com resultados de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM), determinou-se o coeficiente de relaxatividade superficial de 3,7μm.s-1, valor próximo ao tabelado para a alumina (3μm.s-1) dando confiabilidade aos equipamentos utilizados. As cerâmicas preparadas com agente porogênico apresentaram dois picos na distribuição de T2 com o primeiro localizado na mesma região de tempo que corresponde à porosidade intrínseca (0,053s) e o segundo pico, referente à porosidade induzida, deslocando-se começando com a 100P com o menor tempo T2 (0,38s) e aumentando conforme o aumento da porcentagem de grânulo G (1,02s para 100G) de acordo com era esperado. A parti das imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), obteve-se as distribuições de tamanho de poros induzidos e, novamente, determinou-se o coeficiente de relaxatividade, 12μm.s-1, valor maior comparado com o anterior devida as impurezas e resíduos da queima dos cristais de sacarose deixado na superfície do poro. Por fim, concluiu-se então que a RMN foi capaz de fazer a análise das cerâmicas de alumina observando poros intrínsecos da ordem de 0,1μm e poros induzidos com tamanho de dezenas a centenas de micrometros. Foram reunidos os resultados necessários para compreender como são formados os poros a partir do agente porogênico podendo fabricar cerâmicas com distribuições de tamanhos de poros conforme desejado. / The measurement of longitudinal (T1) and transversal (T2) nuclear relaxation times is an important method for the analysis of porous media, much used in the petroleum industry. It is possible through this technique the determination of the porosity and pore size distribution of the media. Ceramic materials already have an intrinsic porosity dependent on its sinterization temperature, but some applications such as filtering or scaffolding in bone regeneration demand for a larger porosity and permeability. To achieve this goal, a porogenic agent is introduced in the ceramics production process which is degradable in high temperatures, producing a ceramic with both induced and intrinsic porosity. The porogenic agent chosen for this project were saccharose crystals and the pores size is controlled by the crystals size and by the quantity added in the production process. Two ranges of the saccharose crystals diameters were selected using different sieves: G size, raging from 300μm to 600μm and P size ranging from 38μm to 150μm. The P size ceramic presented pore size distribution ranging from 15 to 105μm, with median in 40μm, smaller than the median found for the ceramic produced with G size saccharose crystals (100μm), for which the porosity ranged from 20 to 125μm. Pore size distribution with median between the results found in P and G ceramics were acquired by using a mixture of P and G saccharose crystals sizes in the ceramic fabrication. Six samples were prepared for this study: pure (with no addition of porogenic agent), 100% G size, 100% P size; mixtures of 50% P and 50% G sizes, 75% P and 25% G sizes, and finally 25% P and 75% G sizes. All samples were saturated with water in a vacuum bomb, and, using the CPMG pulse sequence, the multiexponencial decay of the transverse relaxation time was obtained for the ¹H nuclei of the water molecules confined in the ceramic pores. Through this measurement, the distribution of T2 of the sample was determined. The curve for the pure ceramic presented only one peak at 0,053s, the same result obtained by Borgia at al. in other studies. Comparing this result with the porosity determined by mercury intrusion porosimetry, it was possible to determine the surface relaxation coefficient (3,7μm.s-1), with a good proximity to the value found in literature for alumina (3μm.s-1), showing that the equipment used for the measurements is reliable. The ceramic fabricated with the porogenic agent presented two peaks in the T2 time distribution, with the first peak coincident with the T2 value found for the intrinsic porosity (0,053s) and the second peak, which represents the induced porosity, varying to each ceramic sample, with the 100 % P ceramic presenting the peak with the smallest T2 (0,38s) and moving to higher T2 values as the percentage of G size saccharose crystals in the ceramic increases, (1,02s for the sample with 100% G), as it was expected. Through images from scanning electron microscopy, an assessment of the pore size distribution was made and the surface relaxation coefficient recalculated, arriving at a higher value than the one found for the pure ceramic (12μm.s-1), which shows that residues of the saccharose crystals are left in the pores surface in the burning process. In conclusion, the NMR technique proved capable to characterize the ceramic materials, allowing the observation of both the intrinsic (of magnetude 0,1μm) and the artificial induced porosity (varying from tens to hundreds of micrometers) of the alumina ceramics. The union of all the results of this project encloses the knowledge necessary to comprehend how the pores are formed by the action of the porogenic agent, making it possible to develop a manufacture process of ceramics with controlled pores sizes.

[pt] No método de injeção de água, o óleo no reservatório é varrido até os poços produtores através de frentes de deslocamento não uniformes, deixando óleo estagnado em grandes regiões do reservatório. Frentes uniformes de deslocamento e uma melhor varredura do reservatório podem ser obtidas diminuindo a razão de mobilidade entre a água e o óleo. Normalmente, esta diminuição é feita através da modificação da razão de viscosidade entre ambas as fases. No método de injeção de emulsões, o controle da mobilidade é alcançado bloqueando os poros ou caminhos gerados pela água com gotas da fase dispersa com diâmetro da mesma ordem ou maior do que o tamanho de poro. A aplicação de emulsões no controle da mobilidade e o efeito do bloqueio de poro podem ser desenvolvidos mediante a análise de diferentes regimes de escoamento de emulsões em meios porosos. Neste trabalho, o estudo do escoamento de emulsões em meios porosos foi realizado mediante duas abordagens experimentais utilizando um micro-capilar com garganta para modelar uma garganta conectando dois poros adjacentes. Na primeira abordagem experimental, quantificou-se a queda de pressão para diferentes vazões com emulsões de três tamanhos de gota e duas concentrações de óleo em dois capilares diferentes. Os resultados confirmam que a razão entre o diâmetro da garganta do capilar e o tamanho de gota influencia fortemente a relação vazão-queda de pressão. Os resultados mostram que, para baixos números de capilaridade, o escoamento de emulsões é dominado por efeitos capilares e leva a uma diminuição da mobilidade local. Na segunda montagem experimental, o sistema de micro-velocimetria por imagem de partículas ou u-PIV foi utilizado para medir campos de velocidade do escoamento através de micro-capilares com garganta. Resoluções espaciais da ordem de 20um foram obtidas para o campo de velocidade calculado pela média amostral de vários campos instantâneos de velocidade. Os resultados experimentais da relação vazão-queda de pressão e os campos de velocidade obtidos mediante o u-PIV representam informação de grande valor para o desenvolvimento de modelos de redes de capilares no estudo do escoamento de emulsões em meios porosos. / [en] During water injection, oil is swept through the reservoir to production wells by non-uniform displacement fronts originating large areas of entrapped oil in the reservoir. Uniform displacement fronts and better reservoir sweep can be achieved by improving the mobility ratio between water and oil. Usually, mobility ratio is reduced by changing the viscosity ratio between both phases. When injecting emulsions, mobility control is achieved by blocking water paths with dispersed phase drops with diameter of the same order of magnitude of the pore throats size. The application of emulsions as mobility control agents and the pore blocking effect may be developed by analyzing different flow regimes of emulsions through porous media. In the analysis presented here, two experimental setups were used using a constricted quartz capillary to represent a pore throat that connects two adjacent pore bodies to study the flow of emulsions in the pore scale. In the first experiment, pressure drop was measured at different imposed volumetric flow rates for three oil drop size emulsions at two oil concentrations and two different quartz capillaries. The results show that the ratio between the capillary constriction diameter and the oil drop size has a strong influence on the flow rate-pressure drop relation. Experimental results also indicate that the emulsion flow dominated by capillary effects (low capillary number) leads to a decrease of local mobility. In the second experiment, a microscopic particle image velocimetry (u-PIV) system was used to measure velocity fields of the flow of emulsion through a constricted micro-capillary. Ensemble-average was used in order to obtain resolution in the order of 20 um. The flow rate-pressure drop relation results and the u-PIV velocity fields of the emulsion flow through a constricted micro-capillary represent invaluable information that can be used in the development of a capillary network model to study the flow of emulsions through porous media.

SIQUEIRA, R. M. Combustão de filtração aplicada ao biogás com elevada concentração de Sulfeto de Hidrogênio. 2015. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-01T17:55:15Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T16:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rmsiqueira.pdf: 3942445 bytes, checksum: cc21bf199c6e9ed8293a54e4a32f7534 (MD5) Previous issue date: 2015-05-29 / Using Natural Gas or Biogas in natura, containing high hydrogen (H2S) sulfide concentrations, to apply in conventional combustion processes, can cause several damages to equipment. This is due to the fact that it is a very corrosive gas that can form a sulfur acid reaction with water from combustion. In addition, using these fuels without pretreatment can cause instability on reaction, even under flame risk deletion, which implies in efficiency and oxide carbon (CO) and nitrogen oxide (NOx) emission levels. Therefore, this study refers to the experimental method of non-conventional combustion process application, the porous media combustion, also known as filtration combustion, to deal with these special fuels, impossible to use in known thermal systems. A burner all filled with alumina spheres (Al2O3) was the equipment used for these experiments. This inert porous media fills even the heat exchangers located on the ends of the burner. The equivalent ratio, flow velocity and gas composition influence in the process, are experimental analyzed. Preliminary results have suggested that when using an ultra-lean air-fuel mixture, the reaction can remain steady with a good H2S conversion and low CO and NOx emissions. / O uso do gás natural ou biogás in natura, contendo elevadas concentrações de sulfeto de hidrogênio (H2S), para aplicação em processos de combustão convencionais, pode acarretar em diversos danos aos equipamentos, devido esse gás ser bastante corrosivo e, também, por formar ácido sulfúrico ao reagir com a água resultante da combustão. Além do que, a utilização dos citados combustíveis sem um tratamento prévio pode ocasionar instabilidade da reação, inclusive sob risco de apagamento da chama, o que implica na eficiência e nos níveis de emissão de monóxido de carbono (CO) e óxido de nitrogênio (NOx). Portanto, o presente trabalho refere-se ao estudo experimental da aplicação de um processo de combustão não-convencional, a combustão em meios porosos, também conhecida como combustão de filtração (CF), para lidar com esses combustíveis especiais, impossível para os sistemas térmicos conhecidos. O equipamento utilizado nos experimentos é um queimador, preenchido totalmente por esferas de alumina (Al2O3), em que esse meio poroso inerte envolve inclusive os trocadores de calor localizados nas extremidades do queimador. A influência da razão de equivalência, velocidade de escoamento e composição do gás sob o processo é analisada experimentalmente. Os resultados sugerem que, mesmo utilizando uma mistura ar-combustível ultra pobre, a reação pode se manter estável, apresentando boa conversão do H2S e baixas emissões de NOx

SILVA, Jorge Roberto Pereira da. Invasões múltiplas em meios porosos desordenados. 2013. 73 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T19:09:24Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T21:33:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T21:33:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) Previous issue date: 2013 / In this dissertation, we investigate by means of numerical simulations geometrical and transport properties related with the invasion phenomena through disordered porous media in a very slow invasion regime, using two and three dimensions porous medias. Here, the porous media is modeling by means of a random structure, where each pore is represented by a random number comes from a uniform distribution. We assume that the invasion process occurs in the limit of very low viscous force, which means that the invasion process is controlled by capillary force. In this limit the invasion percolation model without trap is suitable. The new aspect incorporated here, consists basically of a multiple invasion process, where after the first invasion takes place only part of the structure of the porous, that was invaded previous, can be invaded again. We study, how the multiple invasion changes the fractal dimension of the invaded cluster. Estimated values for the fractal dimension of the invaded region reveal that the critical exponents vary as a function of the generation number G, i.e., where the number of times the invasion takes place. On base in numerical datas, we show the averaged mass M of the invaded region decreases with a power law as a function of G, M ∼ G{−β} , where the exponents β ≈ 0.59 (2D) and β ≈ 0.73 (3D). We also investigated, how the fractal dimension changes as a function of G, find that the fractal dimension of the invaded cluster changes from df = 1.89 ± 0.02 to ds = 1.22 ± 0.02 and df = 2.52 ± 0.02 to ds = 1.46 ± 0.02 for (2D) and (3D), respectively. These results confirm that the multiple invasion process follows a continuous transition from one universality class (nontrapping invasion percolation) to another (optimal path), furthermore these change are continuos for both dimensionality. Another aspect investigated, was the avalanche distribution in the invasion process. We analyzed how the distribution of avalanche changes as function of G, more precisely, how the multiple invasion process changes the exponent τ of the power law distribution. Regardless the values, we find that the behaviour of the exponents τ looks like the same for both dimensions studied. The exponents τ , initially change in a very slow way until reach a region, of certain value of G which depend on the dimension, they start to decrease in a deep way until reach the saturation value. The saturation value is close, for (2D), to one-dimension case. / Nesta dissertação, investigamos por meio de simulação computacional propriedades geométricas e de transportes relacionadas ao fenômeno de invasão em meios porosos desordenados no regime de invasão muito lento em sistemas bidimensionais e tridimensionais. O meio poroso considerado aqui é representado por meio de uma estrutura desordenada onde a cada poro que compõe este meio se associa um número aleatório obtido a partir de uma distribuição uniforme. Considerando o regime lento de invasão, onde as forças capilares dominam o escoamento em relação as forças viscosas, utilizando para a dinâmica de invasão o modelo de percolação invasiva sem aprisionamento. Introduzimos um variante no modelo de percolação invasiva, assumindo o aspecto de múltiplas invasões, onde a cada nova invasão apenas parte do substrato utilizado na invasão anterior pode ser invadido novamente. Em uma primeira parte, estudamos como o processo de múltipla invasão altera as características do agregado invadido. Valores estimados para a dimensão fractal da região invadida revelam que os expoentes críticos variam em função do número de geração G, isto é, o número de vezes que o processo de invasão foi repetido. Com base em dados numéricos, mostramos que a massa média do agregado invadido decresce na forma de uma lei de potência como função de G, M ~ G^{-β}, com o expoente β = 0.59 (2D) e 0.73 (3D). Investigamos como a dimensão fractal do agregado invadido varia em função dos repetitivos processo de invasão, mostrando que as mesmas variam de df = 1.89 ± 0.02 até ds = 1.22 ± 0.02 para o caso (2D) e df = 2.52 ± 0.02 até ds = 1.46 ± 0.02 para o caso (3D). Os resultados confirmam que o processo de múltiplas invasões segue uma transição continua entre as classes de universalidade do modelo de percolação invasiva sem aprisionamento e ótimo caminho, sendo este comportamento observado em duas e três dimensões. Um outro aspecto investigado nessa dissertação, foi o fenômeno de avalanche que ocorre durante o processo de invasão. Investigamos como a distribuição de tamanhos de avalanche, que se comporta na forma de uma lei de potência P(S, L) ~ S^{-τ} , altera-se em função das múltiplas invasões. Mais precisamente, calculamos como o expoente que governa o comportamento das avalanches se altera em função do número de geração G. Verificamos que este comportamento do expoente em função de G é semelhante para duas e três dimensões, apresentando uma região de mudança suave seguida por uma mudança mais acentuada até atingir um limite de saturação, onde o sistema se comporta de maneira parecida com o caso unidimensional.

Neste trabalho é investigada a relaxação longitudinal da magnetização nuclear de água impregnada em pastilhas de pó de alumina (Al IND. 2 O IND. 3) com grau de pureza de 99,8%, objetivando a determinação do diâmentro de poro de uma espuma cerâmica do mesmo material a partir de medidas do tempo de relaxação longitudinal T IND. 1. O trabalho fundamenta-se no fato dos tempos de relaxação da magnetização nuclear T IND. 1 e T IND. 2, spin-rede e spin-spin respectivamente, de um fluido confinado em um meio poroso serem menores que tempos T IND. 1B e T IND. 2B para o mesmo fluido não confinado. Mediram-se os tempos T IND. 1 para graus de impregnação de água nas amostras entre 10 e 100% usando um espectrômetro montado a partir de módulos comerciais e de um gerador de pulsos desenvolvido no IFSC-USP. A partir dos tempos T IND. 1 e dos diâmetros de poro das pastilhas de pó, determinou-se o valor da relaxatividade longitudinal ou intensidade de relaxação superficial (mu IND. 1), um parâmetro que caracteriza a interface água-alumina nestas amostras. Usando o valor de (mu IND. 1) obtido para o pó e o tempo de relaxação T IND. 1 medido nas amostras de espuma cerâmica foi determinado o diâmetro de poro desta. Última, o qual é comparado com os valores obtidos com a microscopia eletrônica e com a injeção de mercúrio. O caráter não invasivo desta técnica em contraste com as outras, faz dela a única possível em algumas aplicações. / Nuclear magnetization relaxation of water imbibed on 99,8% purê alumina (Al IND. 2 O IND. 3) grain packs is investigated aiming to determine the mean pore diameter of ceramic foam pieces of the same material. The work rely on the shortening of the relaxation times T IND. 1 spin-lattice and T IND. 2 spin-spin of the nuclear magnetization of fluids confined on porous media as compared with their T IND. 1B e T IND. 2B bulk values. Relaxation times T IND. 1 were measured, using a spectrometer built from commercial modules and a pulse generator developed at the IFSC-USP, varying the content of water imbibed from 10 to 100%. The longitudinal relaxation (mu IND. 1), or surface sink strength, was determined from the measured T IND. 1 values and the mean pore diameter of the powder packs. This parameter characterizes the water-alumina interface of these samples. Using the (mu IND. 1) value from the powder and the relaxation times T IND. 1 measured on the ceramic foam pieces, the mean pore diameter of these samples were determined and are compared with the values obtained from mercury intrusion and electron microscopie. The non-invasive character of this technique distinguishes it from the other, making it the only possible in some applications.