Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The computational fluid dynamics is a technique used for the analysis of fluid flow systems By this technique, it is possible to simulate new geometries of equipments as well as optimize one in use. In this research, we propose the development of new configurations for static mixers. Is proposed 27 simulations were conducted in a 24 factorial planning with 3 central points and 8 axial points, varying the thickness and the depth of the groove and the distance between the grooves, in order to obtain the velocity gradient as response. One could obtain two optimal settings were obtained. Once the machining of the optimal geometry was difficult, modifications were proposed to facilitate the construction of the mixer. So 16 configurations were obtained and the simplest one was built to be coupled to an experimental test system. The simulated and the experimental values of the velocity gradient were compared. One set up two tubular reactor systems with and without the static mixer were built for the experiments to obtain biodiesel. In these experiments, a 23 factorial planning was done, varying alcohol:oil ratio, catalyst concentration and temperature. The static mixer presented the value of the velocity gradients of 2288.93s-1, being 4,01% lower than the value found in the (2384.61s-1). A comparison of the experiments showed that the utilization of the mixer increased the ester conversion. The equation obtained from the empirical model of conversion to ester (Y) had an adjustment coefficient of 0.97 for the smooth tube reactor and 0.94 for the reactor with mixer. / A fluidodinâmica computacional é uma técnica que permite a análise de sistemas envolvendo o escoamento de fluidos. Através desta técnica é possível simular novas geometrias de equipamentos, bem como otimizar os já utilizados. Neste trabalho, propõe-se o desenvolvimento de novas configurações para misturadores estáticos. Foram realizadas 27 simulações de um planejamento fatorial 24 com 3 pontos centrais e 8 pontos axiais variando o comprimento equivalente, a espessura, a altura das saliências e a distância entre cada saliência para obtenção do gradiente de velocidade como resposta. Foram obtidas duas configurações ótimas. Com a dificuldade de usinagem da configuração ótima, foram propostas modificações para facilitar a construção do misturador; assim, 14 configurações foram obtidas e a mais simples foi construída, para ser acoplada a um sistema de testes experimentais. Foram comparados os valores do gradiente de velocidade simulado e experimental. Foram construídos dois sistemas de reatores tubulares com e sem o misturador estático construído para a realização dos experimentos de obtenção de biodiesel. Para estes experimentos foi realizado um planejamento fatorial 23, variando os seguintes parâmetros: razão álcool:óleo; concentração de catalisador e temperatura. O misturador construído apresentou o valor do gradiente de velocidade de 2288,93s-1, sendo 4,01% inferior ao valor encontrado na simulação (2384,61s-1). Após os experimentos foi constatado que com a utilização do misturador a conversão em ésteres é maior. A equação obtida para o modelo empírico da conversão em éster (Y) teve um coeficiente de ajuste de 0,97 para o reator com tubo liso e 0,94 para o reator com misturador.

A moagem e mistura rápidas e efetivas de materiais em pequenos volumes é uma necessidade nos laboratórios e na indústria moderna. Diversos tipos de métodos e equipamentos prestam este serviço, dentre eles o moinho e misturador planetário. Estes equipamentos são máquinas centrífugas que combinam movimentos rotacionais com translacionais e que utilizam os efeitos otimizados das forças, direções e movimentos dos materiais em processo. Para o moinho é otimizado e ampliado o poder dos mecanismos de moagem, sendo então considerado um processo de alta energia. No caso dos misturadores há a combinação do movimento planetário com um ângulo de inclinação entre o eixo de rotação do jarro com o eixo de translação que promovem vórtices helicoidais efetivos para promover a mistura. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de moinho e misturador planetário visando determinar condições otimizadas de moagem e mistura, o estabelecimento de limites de operação para ambas aplicações e a seleção de um sistema de transmissão simplificada. Inicialmente foram fabricados bancos híbridos de moagem e mistura para pequenas amostras (25 g para moagem e 100 g para mistura). O desempenho de moagem foi analisado pela determinação do tamanho de partículas antes e após o processo de moagem em pós de alumina de granulação grosseira com diâmetro médio de partícula em torno de 4,2 μm, variando-se as combinações de relação de transmissão, velocidade de translação e tamanho do meio de moagem. Para o misturador foi aplicado ângulo de inclinação de 30º e realizado ensaios nas misturas de massa plástica em diferentes rotações. Na configuração moinho, o melhor desempenho experimental resultou em pó de alumina submicrométrico de Øee ~ 0,9 mm em uma hora de moagem na rotação de translação de 450 rpm e relação de transmissão eixo principal/jarro de 1:-2. Na configuração misturador a condição otimizada foi com rotação de 2000 rpm e relação transmissão eixo principal/jarro de -2:1 que proporcionou mistura relativamente homogênea em 30 s. Para carregamentos de até 25 g de pós cerâmicos, em que o conjunto excêntrico (jarro, fixação, matéria prima e meios de moagem) são inferiores à 1 kg, utilizou-se a transmissão baseada em rodas de atrito que permitiu um projeto econômico e compacto, sendo o aço (AISI 4340 temperado e revenido) o material da roda de atrito que apresentou a melhor durabilidade e confiabilidade. Entretanto, apresentou limitação na moagem de amostras maiores (jarro acima de 1 kg) e nas misturas com rotações acima de 2000 rpm. A maior potência de transmissão exigida causou aquecimento excessivo na transmissão, ocasionando dilatação das rodas de atrito e consequentemente travamento do sistema. Para aumentar a capacidade de moagem para até 100 g de matéria prima, que reflete a conjuntos com massas superiores a 2 kg, um protótipo utilizando engrenagens foi projetado, construído e testado. Neste trabalho concluiu-se que, através de uma rápida reconfiguração, um único equipamento híbrido atende às ambas demandas. Entretanto observou-se que como as condições otimizadas de moagem e mistura ocorreram em condições opostas, ficou evidenciado que a condição ótima para um sistema, quando aplicado no outro sistema, oferece alto risco de acidentes, o que exige o desenvolvimento de um sistema de segurança inteligente sofisticado e oneroso que, em virtude do agregado financeiro dos componentes permanentes, para aplicações nos processos industriais, aconselha-se equipamentos individuais. / Fast and effective milling and mixing of materials in small volumes is a need for laboratories and modern industry. Several methods and equipment provide these services such as planetary mill and Dual Asymmetric Centrifuge (DAC). These pieces of equipment are centrifuge machines that combine rotation and revolution and use the optimized effects of forces, directions and movements of materials in process. In the mill, the power of the milling mechanisms is optimized, being considered a high-energy process. For the mixers there is a combination of planetary motion and a tilt angle between the axis of rotation of the jar and the revolution axis, which promote effective helical vortices for mixing. The present work aims at the development of planetary mill and mixer aiming to determine optimum grinding and mixing conditions, establishment of operating limits for both applications and transmission selection. Initially hybrid grinding and mixing benches for small samples (25 g for milling and 100 g for mixing) were manufactured. The planetary mill performance was analyzed by determining particle size before and after milling of coarse calcined alumina (initial median particle size of 4.2 mm) by varying combinations of transmission ratio, translation speed and media size. For the mixer, a tilting angle of 30º was applied and tests were performed on the modeling clay mixtures applied at different rotations. For the mill configuration, the optimized design with the best experimental setup resulted in sub micrometric alumina powder (Øee ~ 0.9 mm) in only one hour of milling (revolution of 450 rpm and speed ratio main axis/jar transmission ratio of 1:-2). For the mixer configuration, the optimized condition (revolution of 2000 rpm and speed ratio of -2:1) provided relatively homogeneous mixing in 30 s. For loadings up to 25 g of ceramic powders, where the eccentric assembly (jar, fixing, raw material and grinding media) is lighter than 1kg, the transmission based on friction wheels was used, which allowed an economical and compact design, being the steel (tempered AISI 4340) the material of the friction wheel that presented the best durability and reliability. However, there was a limitation in the grinding of larger samples (jar over 1 kg) and mixtures with rotations above 2000 rpm. The higher transmission power required caused excessive heat in the transmission, causing the friction wheels to dilate and consequently system malfunction. To perform loads greater than 100g of raw material, which reflects sets with masses over 2 kg, a prototype using gears was designed, built and tested. This work concluded that a quick reconfiguration allows a single device meets both demands. However, considering that optimized parameters of grinding and mixing occur at very different conditions, it is emphasizedthat the optimal operation for a system if applied in the optimal conditions of the other system offers high risk of accidents, which requires the development of a costly security system. Therefore, individual pieces of equipment for grinding and mixing are advised for industry application due to the financial aggregate of the permanent components.

[pt] A produção de petróleo offshore tem requerido cada vez mais a utilização de equipamentos de bombeio no leito marinho para a produção de poços a longas distâncias das unidades de produção. A grande maioria destes equipamentos tem dificuldade de operar com a presença de gás, ainda mais em condições de golfadas, onde a fração de vazio na sucção pode variar significativamente. Isto limita enormemente a janela operacional dos equipamentos. Uma forma de minimizar os efeitos das golfadas e, assim, ampliar a janela de operação destes equipamentos é a instalação de misturadores de fluxo na sucção das bombas, que atuam de forma a garantir uma maior sobrevida ao equipamento. Portanto, o projeto e a previsão do comportamento deste tipo de equipamento são fundamentais para bom funcionamento dos sistemas de bombeamento submarino. O presente trabalho investiga numericamente, com o modelo de dois fluidos, a eficiência de um tipo de misturador em uniformizar as frações de vazio. Diferentes configurações geométricas são analisadas e a influência das vazões de admissão de ambas as fases é discutida. A metodologia é validada através da comparação da queda de pressão através do misturador com dados experimentais disponíveis, onde se observou boa concordância. O modelo numérico mostra ainda que uma reserva de líquido é mantida no interior do equipamento e, o gás é forçado a se dispersar na corrente de líquido para sair do misturador. O comportamento do misturador frente à presença de golfadas também é investigado. Ao final do trabalho é proposta uma nova geometria, que se mostra mais tolerante a intermitências no escoamento. / [en] The offshore oil production is increasingly using pumping equipment at the seabed for production of wells at long distances from production units. Most of these devices have difficulty to operate in the presence of gas, especially in slug flow conditions, where the pump suction s void fraction can vary significantly. This problem limits the equipment s range of operation. One way to minimize the effects of slugging and thus enlarge the operation range of these devices is to use flow mixers at the pump s suction, which helps to ensure the operation even in the presence of large gas bubbles. Therefore, the design and prediction of the behavior of this type of equipment are essential for proper operation of subsea pumping systems. At the present work, the efficiency of a type of flow mixer to provide uniform void fractions at its outlet is numerically investigated, with the two fluid model. Different geometric configurations are analyzed and the influence of intake flow of both phases is discussed. The methodology is validated through comparison of the pressure drop through the flow mixer with available experimental data, where good agreement was observed. The numerical model also shows that a buffer of liquid is maintained inside the equipment and the gas is forced to disperse in the liquid stream to exit the mixer. The mixer s behavior in the presence of slugs is also investigated. Finally, a new geometry is proposed, which seems to be more efficient to avoid flow s intermittencies.

A moagem e mistura rápidas e efetivas de materiais em pequenos volumes é uma necessidade nos laboratórios e na indústria moderna. Diversos tipos de métodos e equipamentos prestam este serviço, dentre eles o moinho e misturador planetário. Estes equipamentos são máquinas centrífugas que combinam movimentos rotacionais com translacionais e que utilizam os efeitos otimizados das forças, direções e movimentos dos materiais em processo. Para o moinho é otimizado e ampliado o poder dos mecanismos de moagem, sendo então considerado um processo de alta energia. No caso dos misturadores há a combinação do movimento planetário com um ângulo de inclinação entre o eixo de rotação do jarro com o eixo de translação que promovem vórtices helicoidais efetivos para promover a mistura. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de moinho e misturador planetário visando determinar condições otimizadas de moagem e mistura, o estabelecimento de limites de operação para ambas aplicações e a seleção de um sistema de transmissão simplificada. Inicialmente foram fabricados bancos híbridos de moagem e mistura para pequenas amostras (25 g para moagem e 100 g para mistura). O desempenho de moagem foi analisado pela determinação do tamanho de partículas antes e após o processo de moagem em pós de alumina de granulação grosseira com diâmetro médio de partícula em torno de 4,2 μm, variando-se as combinações de relação de transmissão, velocidade de translação e tamanho do meio de moagem. Para o misturador foi aplicado ângulo de inclinação de 30º e realizado ensaios nas misturas de massa plástica em diferentes rotações. Na configuração moinho, o melhor desempenho experimental resultou em pó de alumina submicrométrico de Øee ~ 0,9 mm em uma hora de moagem na rotação de translação de 450 rpm e relação de transmissão eixo principal/jarro de 1:-2. Na configuração misturador a condição otimizada foi com rotação de 2000 rpm e relação transmissão eixo principal/jarro de -2:1 que proporcionou mistura relativamente homogênea em 30 s. Para carregamentos de até 25 g de pós cerâmicos, em que o conjunto excêntrico (jarro, fixação, matéria prima e meios de moagem) são inferiores à 1 kg, utilizou-se a transmissão baseada em rodas de atrito que permitiu um projeto econômico e compacto, sendo o aço (AISI 4340 temperado e revenido) o material da roda de atrito que apresentou a melhor durabilidade e confiabilidade. Entretanto, apresentou limitação na moagem de amostras maiores (jarro acima de 1 kg) e nas misturas com rotações acima de 2000 rpm. A maior potência de transmissão exigida causou aquecimento excessivo na transmissão, ocasionando dilatação das rodas de atrito e consequentemente travamento do sistema. Para aumentar a capacidade de moagem para até 100 g de matéria prima, que reflete a conjuntos com massas superiores a 2 kg, um protótipo utilizando engrenagens foi projetado, construído e testado. Neste trabalho concluiu-se que, através de uma rápida reconfiguração, um único equipamento híbrido atende às ambas demandas. Entretanto observou-se que como as condições otimizadas de moagem e mistura ocorreram em condições opostas, ficou evidenciado que a condição ótima para um sistema, quando aplicado no outro sistema, oferece alto risco de acidentes, o que exige o desenvolvimento de um sistema de segurança inteligente sofisticado e oneroso que, em virtude do agregado financeiro dos componentes permanentes, para aplicações nos processos industriais, aconselha-se equipamentos individuais. / Fast and effective milling and mixing of materials in small volumes is a need for laboratories and modern industry. Several methods and equipment provide these services such as planetary mill and Dual Asymmetric Centrifuge (DAC). These pieces of equipment are centrifuge machines that combine rotation and revolution and use the optimized effects of forces, directions and movements of materials in process. In the mill, the power of the milling mechanisms is optimized, being considered a high-energy process. For the mixers there is a combination of planetary motion and a tilt angle between the axis of rotation of the jar and the revolution axis, which promote effective helical vortices for mixing. The present work aims at the development of planetary mill and mixer aiming to determine optimum grinding and mixing conditions, establishment of operating limits for both applications and transmission selection. Initially hybrid grinding and mixing benches for small samples (25 g for milling and 100 g for mixing) were manufactured. The planetary mill performance was analyzed by determining particle size before and after milling of coarse calcined alumina (initial median particle size of 4.2 mm) by varying combinations of transmission ratio, translation speed and media size. For the mixer, a tilting angle of 30º was applied and tests were performed on the modeling clay mixtures applied at different rotations. For the mill configuration, the optimized design with the best experimental setup resulted in sub micrometric alumina powder (Øee ~ 0.9 mm) in only one hour of milling (revolution of 450 rpm and speed ratio main axis/jar transmission ratio of 1:-2). For the mixer configuration, the optimized condition (revolution of 2000 rpm and speed ratio of -2:1) provided relatively homogeneous mixing in 30 s. For loadings up to 25 g of ceramic powders, where the eccentric assembly (jar, fixing, raw material and grinding media) is lighter than 1kg, the transmission based on friction wheels was used, which allowed an economical and compact design, being the steel (tempered AISI 4340) the material of the friction wheel that presented the best durability and reliability. However, there was a limitation in the grinding of larger samples (jar over 1 kg) and mixtures with rotations above 2000 rpm. The higher transmission power required caused excessive heat in the transmission, causing the friction wheels to dilate and consequently system malfunction. To perform loads greater than 100g of raw material, which reflects sets with masses over 2 kg, a prototype using gears was designed, built and tested. This work concluded that a quick reconfiguration allows a single device meets both demands. However, considering that optimized parameters of grinding and mixing occur at very different conditions, it is emphasizedthat the optimal operation for a system if applied in the optimal conditions of the other system offers high risk of accidents, which requires the development of a costly security system. Therefore, individual pieces of equipment for grinding and mixing are advised for industry application due to the financial aggregate of the permanent components.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GustavoSM.pdf: 1835864 bytes, checksum: 70b860b47845b368d78b14132da46ee6 (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / In the oil industry the mixture oil/water occurs in the operations of production, transportation and refining, as well as during the use of its derivatives. The amount of water produced associated with the oil varies and can reach values of 90% in volume in the case of mature phase of the production fields. The present work deals with the development of new design of the Mixer Settler based on Phase Inversion (MDIF) in a laboratory scale. We envisage this application in industrial scale so the phases of project, construction and operation are considered. The modifications most significant, in comparison with the original prototype, include the materials of construction and the substitution of the equipment used in the mixing stage of the process. It was tested the viability of substitution of the original system of mechanical mixing by a static mixer. A statistical treatment by means of an experimental design of composed central type was used in order to evaluate the behavior of the main variables of the separation process as function of the efficiency of separation for the new device. This procedure is useful to delimit an optimal region of operation with the equipment. The variables of process considered on the experimental design were: oil concentration in the feeding water (mg/L); Total volumetric flow rate (L/h); Ratio organic/water on volumetric basis (O/A). The separation efficiency is calculated by comparison of the content of oil and greases in the inlet and outlet of the equipment. For determination of TOG (Total Oil and Grease), the method used was based in the absorption of radiation in the infra-red region. The equipment used for these determinations was InfraCal? TOG/TPH Model HATR-T2 of the Wilks Enterprise, Incorporation. It?s important to stand out that this method of measure has being used by PETROBRAS S.A. Results of global efficiency of separation oil/water varied from 75.3 to 97.7% for contaminated waters containing up to 1664,1 mg/L of oil. By means of tests carried out with a real sample of contaminated water supplied by PETROBRAS we have got an effluent specified in terms of the legal standards required for discharging. Thus, the new design of equipment constitutes a real alternative for the conventional systems of treatment of produced water in the oil industry / Na ind?stria do petr?leo a mistura ?leo/?gua (?gua oleosa) ocorre nos est?gios de produ??o, transporte e refino, bem como durante a utiliza??o de seus derivados. A quantidade de ?gua produzida associada com o ?leo varia muito, podendo alcan?ar valores da ordem de 90% em volume ? medida que se caminha para a fase madura dos campos de produ??o. O presente trabalho trata do desenvolvimento de um novo projeto de um Misturador- Decantador a Invers?o de Fases (MDIF) em escala de laborat?rio visando aplica??o em escala industrial abrangendo as fases de projeto, constru??o e opera??o. As modifica??es mais significativas, em compara??o ao prot?tipo original, abrangem os materiais de constru??o e a altera??o do equipamento usado na etapa de mistura do processo. Testou-se a viabilidade de substitui??o do sistema original de mistura mec?nica por p?s por um misturador est?tico ou em linha. Realizou-se um tratamento estat?stico atrav?s de um planejamento do tipo central composto a fim de avaliar o comportamento das principais vari?veis de processo em fun??o da efici?ncia de separa??o para o novo projeto do aparelho, com o prop?sito de se delimitar uma regi?o ?tima de opera??o para o equipamento. As vari?veis de processo contempladas no planejamento experimental foram: concentra??o de ?leo na ?gua de alimenta??o (mg/L); vaz?o volum?trica total (L/h); raz?o volum?trica org?nico-aquoso (O/A). A efici?ncia de separa??o ? calculada a partir da medida do teor de ?leo e graxas (TOG) na alimenta??o e na sa?da do equipamento. Para determina??o do TOG, utilizou-se o m?todo de determina??o por absor??o de radia??o na regi?o do infravermelho. O equipamento utilizado para estas determina??es foi o InfraCal? TOG/TPH Modelo HATR-T2 da Wilks Enterprise, Inc. Vale ressaltar que este m?todo de medida vem sendo empregado pela PETROBRAS S.A. para medidas de TOG. Os resultados de efici?ncia de separa??o global ?gua/?leo variaram entre 75,3 e 97,7% para ?guas contaminadas contendo at? 1664,1 mg/L de ?leo. Atrav?s de testes realizados com amostra real de ?gua produzida fornecida pela PETROBRAS, conseguiu-se enquadrar o efluente dentro dos padr?es exigidos pelo CONAMA Resolu??o 357/05 para descarte. Sendo assim, o novo projeto do equipamento constitui uma alternativa real para os atuais sistemas de tratamento de ?guas produzidas na ind?stria de petr?leo

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NorbertoAM.pdf: 1190502 bytes, checksum: 15fc3890db7720ac4fcdf9c75747130a (MD5) Previous issue date: 2005-12-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / This work aims to use a different hydrodynamic condition applied to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The use of this different hydrodynamic behaviour is possible due to vertical disposition of the device and the principle of Phase Inversion that controls the MDIF, providing the generation (creation) of a cascade of drops, into an organic layer, that works as micro-decanters, thus making possible the formation of a bed of non-coalesced drops, called Bed Formation . The use of this new hydrodynamics condition allows to increase the residence time of the oil carrier drops, into an organic layer, and the device can treat a greater volume of wastewater. In view of to get this condition it is necessary to operate at high throughput (58,6 m3.m-2.h-1). By results, the condition of Bed Formation is the best one to be used when MSPI operates with throughput up to 58,6 m3.m-2.h-1. The results using the condition of Bed Formation show that increasing the height of the bed of non-coalesced drops and/or decreasing the volumetric ratio (O/A) an increase of the separation efficiency is detected / Este trabalho objetiva utilizar uma diferente condi??o hidrodin?mica aplicada a um novo design de misturador-decantador aplicado ao tratamento de ?guas produzidas da ind?stria do petr?leo, que vem sendo denominado de MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases). A utiliza??o do regime hidrodin?mico de Leito Denso ? poss?vel devido a disposi??o vertical do aparelho e ao princ?pio de invers?o de fases que rege o MDIF, proporcionando a gera??o de uma cascata de gotas, na regi?o de leito org?nico, que funcionam como micro-decantadores, possibilitando assim a forma??o de um leito de gotas n?o-coalescidas, denominado de Leito Denso. A utiliza??o desta nova condi??o hidrodin?mica permite o aumento do tempo de resid?ncia da gota transportadora de ?leo, na regi?o de leito org?nico, e o trata um maior volume de ?gua produzida, visto que para se atingir esta condi??o ? necess?rio se operar a altas vaz?es (58,6 m3/m2h). A partir dos resultados obtidos, a condi??o de regime de leito denso mostra-se como a melhor condi??o a ser utilizada quando se opera o misturador-decantador ? invers?o de fases com vaz?es espec?ficas acima de 58,6 m3.m-2.h-1. Os resultados utilizando o regime de leito denso mostram que elevando-se a altura do leito de gotas n?o-coalescidas e/ou diminuindo a raz?o volum?trica org?nico/aquoso aumenta a efici?ncia de separa??o do aparelho

Submitted by HUMBERTO FABRIZZI DE FIGUEIREDO PUPO null (betopupo@gmail.com) on 2017-08-31T20:25:11Z No. of bitstreams: 1 Tese_Humberto_Pupo.pdf: 4727522 bytes, checksum: bc9418ef91885cfe96ab6372394b80b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-09-01T14:51:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pupo_hff_dr_bot.pdf: 4727522 bytes, checksum: bc9418ef91885cfe96ab6372394b80b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T14:51:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pupo_hff_dr_bot.pdf: 4727522 bytes, checksum: bc9418ef91885cfe96ab6372394b80b6 (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização dos resíduos sólidos como matéria-prima pode diminuir consideravelmente a extração de recursos naturais, diminuindo assim o impacto sobre o meio ambiente. Dentre os resíduos, os plásticos estão entre os que mais apresentam problemas, pois, mesmo quando descartados corretamente nos aterros sanitários, causam danos ao formarem uma camada impermeável que dificulta a compactação do lixo, afetando as trocas de líquidos e gases gerados e reduzindo a eficiência do processo de biodegradação da matéria orgânica. Diante dos problemas, este trabalho teve por objetivos avaliar a viabilidade técnica de utilização de dois tipos de processos: a extrusora dupla rosca e o misturador termocinético (Drais), na produção de compósitos de BOPP (Polipropileno Biorientado metalizado), reforçados com resíduos de cascas, de eucalipto (CE) e de arroz (CA). Das misturas entre esses resíduos, foram confeccionados 10 tratamentos, de onde se extraíram os corpos de provas, moldados por injeção. Foram avaliadas as propriedades mecânicas (flexão – módulo de ruptura-MOR e módulo de elasticidade-MOE, resistência à tração, resistência ao impacto e dureza Shore D), térmicas (avaliação da condutividade térmica e isolamento térmico), termomecânica (temperatura de deflexão sob aquecimento-HDT) e morfológica, com microscópio estéreo e aumento de 50 vezes para analisar a estrutura interna do corpo de prova, depois de fraturado pelo ensaio de impacto. Para análise das propriedades mecânicas dos corpos de provas, foram utilizadas como referência as normas ASTM D638-14, ASTM D790-10, ASTM D256-10 e a ASTM D-2240-15, para os ensaios de tração, flexão, impacto e dureza Shore D, respectivamente. Para as análises térmicas foi utilizada a norma ASTM E1530-11. Para o HDT, foi utilizada a norma ASTM D648-16. Os resultados mostraram influência de todos os parâmetros analisados nas propriedades dos compósitos. O uso de reforço (CE e CA) nos dois tipos de processos melhorou as propriedades de flexão e de resistência à tração em relação à matriz sem reforço e piorou as propriedades de resistência ao impacto e de dureza Shore D. Com relação à matriz sem reforço, a extrusora mostrou influência no ensaio de resistência à tração. Para adição de casca de eucalipto, o misturador termocinético (Drais) mostrou influência no ensaio de MOE. Já para adição de casca de arroz, a drais mostrou influência nos ensaios de flexão – MOR e MOE e na resistência à tração. Houve melhor adesão entre fibra e matriz nos compósitos confeccionados por extrusão em relação aos confeccionados na drais. As CE apresentaram melhor adesão com a matriz, em relação às CA. Os vazios – bolhas de ar foram observados em todos os tratamentos, com exceção dos tratamentos com ausência de reforço (BOPP 100). Esses vazios foram observados em maior proporção nos compósitos com CE em relação aos compósitos com CA, e também nos compósitos processados na extrusora em relação à drais. Os melhores resultados foram obtidos utilizando o misturador termocinético (Drais) e para as maiores proporções de cascas usadas ou na ausência delas. Porém, pelo fato de o processo utilizado na Drais ser por batelada, a extrusora se torna mais eficiente, levando em consideração o rendimento da produção. Os melhores resultados foram com a utilização de casca de eucalipto. Para os ensaios de flexão MOR, MOE e de resistência à tração, apresentaram interação entre os processos e os resíduos testados. Confirmou-se a viabilidade técnica de utilização de resíduos sólidos industriais (BOPP e CE) e agroindustrial (CA) na produção de compósitos fibra-polímero, sendo que o controle dos processos utilizados é fundamental para a qualidade do produto final. / The use of solid waste as raw material can considerably reduce the extraction of natural resources, thus reducing the impact on the environment. Among residues, plastics are among the most problematic ones because, even when they are properly disposed in landfills, they cause damage by forming a barrier layer which makes it difficult to compact the garbage, affecting the exchange of generated liquids and gases, reducing the efficiency of the biodegradation process of the organic matter. Before such problems, the objective of this work was to evaluate the technical feasibility of two types of processes, the double screw extruder and the thermokinetic mixer - dryser, in the production of BOPP (Bioriented metallized Polypropylene) composites, strengthened by residues of barks eucalyptus (CE) and rice (CA). From the mixtures among these residues 10 treatments have been prepared, from where the test bodies were extracted, molded by injection. Mechanical properties (flexurerupture modulus-MOR and elasticity modulus-MOE, tensile strength and impact strength towards Shore D hardness), as well as thermal (thermal conductivity and thermal insulation evaluation), thermo-mechanical (heat deflexion temperature-HDT) and morphological characteristics have been evaluated by using a stereo microscope and 50x magnification to analyze the internal structure of the test body, after being fractured by the impact test. For analyzing the mechanical properties of the proof bodies the standards ASTM D638-14, ASTM D790-10, ASTM D256-10 and ASTM D-2240-15 have been used as a reference for tensile, bending, impact and Shore D hardness tests, respectively. For the thermal analyzes, the ASTM E1530-11. For the HDT the ASTM D648-16 standard was used. The results showed the influence from all the analyzed parameters on the composites properties. The use of reinforcement (CE and CA) in both types of processes have improved the flexure and tensile strength properties in relation to the non-reinforced matrix and has worsened the impact strength properties as well as the Shore D hardness. Concerning the non-reinforced matrix, the extruder showed influence on the tensile strength test. For the addition of CE, the thermokinetic mixer - dryser has showed influence in the flexure modulus test. As for rice husk addition, dryser has showed influence in flexure (stress tests on maximum strengthMOR and elasticity modulus-MOE and tensile strength). There was a better adhesion between fiber and matrix, in the composites made by extrusion, compared to those made in the dryser. The CE has shown better adhesion with the matrix, compared to CA. The voids - air bubbles have been observed in all treatments with no reinforcement (BOPP 100). These voids have been more often observed in composites with CE, compared to the composites with CA and also in composites processed in the extruder, in relation to the dryser. The best results were obtained by using the thermokinetic mixer - dryser and for the largest proportions of the barks or in their absence. However, because the process used in Drais is by batch, the extruder becomes more efficient, taking into account the yield of the production. The best results have been from the use of CE. For flexure - MOR and MOE and tensile strength, there was an interaction among the processes and the tested residues. The technical feasibility of the use of industrial solid wastes (BOPP and CE) and agroindustrial (CA) in the production of fiberpolymer composites has been confirmed, and the control of the processes used is fundamental for the quality of the final product.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WillaciEFJ.pdf: 1499759 bytes, checksum: 03aff567e782194c97d56cdcac63888c (MD5) Previous issue date: 2006-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The aim of this work is to use a new technology in the treatment of produced wastewaters from oil industry. An unit for treat produced waters called UTMDIF, was designed, installed and operated in an industrial plant for treatment of effluents from oil industry. This unit operates by means of the method of separation of phase inversion and can become a promising alternative to solve the problem of oil/water separation. This method constitutes the basis of the working of a new design of mixersettler of vertical configuration which occupies small surface area. The last characteristic becomes specially important when there is limitation on the lay-out of the plant, for example, over maritime platforms to explore oil. This equipment in a semi-industrial scale treats produced wastewaters contaminated with oil at low concentrations (ranging from 30 to 150 mg/L) and throughputs of 320 m3/d (47,4 m3 m-2 h-1). Good results were obtained in oil/water separation which leads to the necessary specification to discharge those wastewaters. Besides, the non dependence of the efficiency of separation in spite of the salinity of the medium becomes the equipment an attractive new technology to treat wastewaters containing oil at low concentrations / Este trabalho tem por objetivo utilizar uma nova tecnologia no tratamento de ?guas produzidas da ind?stria do petr?leo. Uma Unidade de Tratamento de ?guas Produzidas, denominada UT-MDIF, foi projetada, instalada e operou dentro de uma planta industrial de tratamento de efluentes de petr?leo. Esta Unidade de Tratamento piloto utiliza o m?todo de separa??o ? invers?o de fases e pode se tornar numa alternativa promissora para resolver o problema de separa??o ?leo/?gua. Este m?todo constitui a base do funcionamento de um novo modelo de misturador-decantador de configura??o vertical e que ocupa pequena ?rea superficial. Esta ?ltima caracter?stica se torna especialmente importante, quando existe limita??o de espa?o no lay-out da planta industrial, por exemplo, uma plataforma mar?tima para explora??o de petr?leo. Este equipamento em escala semi-industrial trata ?guas produzidas contaminadas com petr?leo em baixas concentra??es da ordem de 30 a 150 mg/L e vaz?es efetivas de 320 m3/d (47,4m3m-2h-1). Os bons resultados na separa??o ?leo/?gua, obtendo-se a especifica??o necess?ria para descarte, associado ? n?o depend?ncia da efici?ncia de separa??o face ? salinidade do meio, podem tornar o equipamento uma nova tecnologia no tratamento de ?guas contaminadas com ?leo a baixas concentra??es

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NorbertoAM_TESE.pdf: 2336588 bytes, checksum: 940ad1b0befe8c431d2e9fb731a885b6 (MD5) Previous issue date: 2011-09-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work aims to determine a better methodology to help predicting some operational parameters to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The data from this research were obtained from the wastewater treatment unit, called MSPI-TU, installed on a wastewater treatment plant (WTP) of PETROBRAS/UO-RNCE. The importance in determining the better methodology to predict the results of separation and extraction efficiency of the equipment, contributes significantly to determine the optimum operating variables for the control of the unit. The study was based on a comparison among the experimental efficiency (E) obtained by operating MSPI-TU, the efficiency obtained by experimental design equation (Eplan) from the software Statistica Experimental Design? (version 7.0), and the other obtained from a modeling equation based on a dimensional analysis (Ecalc). The results shows that the experimental design equation gives a good prediction of the unit efficiencies with better data reliability, regarding to the condition before a run operation. The average deviation between the proposed by statistic planning model equation and experimental data was 0.13%. On the other hand, the efficiency calculated by the equation which represents the dimensional analysis, may result on important relative deviations (up 70%). Thus, the experimental design is confirmed as a reliable tool, with regard the experimental data processing of the MSPI-TU / Este trabalho objetiva determinar a melhor metodologia para auxiliar na predi??o de vari?veis operacionais de um novo design de misturador-decantador aplicado ao tratamento de ?guas produzidas da ind?stria do petr?leo, que vem sendo denominado de MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases). Os dados utilizados neste estudo foram obtidos da Unidade de Tratamento de ?guas produzidas, denominada de UT-MDIF, que se encontra instalada em uma das esta??es de tratamento de efluentes (ETE) da PETROBRAS/UORNCE. A import?ncia em determinar a melhor metodologia que permita a predi??o dos resultados das efici?ncias de separa??o e extra??o do equipamento, contribui de forma significativa para otimiza??o das vari?veis operacionais para o controle da unidade. O estudo se baseou na compara??o dos resultados das efici?ncias experimentais (E) obtidas pela UTMDIF, com os resultados das efici?ncias obtidas pela equa??o do modelo do planejamento estat?stico (Eplan), gerado pelo programa Statistica Experimental Design? (vers?o 7.0), e com a utiliza??o de uma equa??o utilizando modelagem com base em an?lise dimensional (Ecalc). Os resultados mostram que a equa??o decorrente do planejamento estat?stico ? capaz de predizer, com boa aproxima??o, os resultados de efici?ncia a serem obtidos com a unidade, possibilitando uma melhor confiabilidade dos dados, no que se refere ? condi??o que antecede uma corrida operacional. O desvio m?dio entre a equa??o proposta e os dados experimentais ? de 0,13%. Por outro lado, a efici?ncia calculada pela equa??o da an?lise dimensional pode apresentar desvios relativos importantes (at? 70%). Desta forma, o planejamento estat?stico experimental se confirma como sendo uma ferramenta confi?vel, no que se refere ao tratamento dos dados experimentais da UT-MDIF