Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

Materiais granulares, quando submetidos a vibrações, apresentam o fenômeno de compactação lenta, durante o qual o volume livre disponível aos grãos diminui, e sua mobilidade decai a zero. Nesta situação espera-se o fenômeno de aging, o que é confirmado em diversas simulações numéricas. Foi sugerido que neste regime o material granular deve se comportar como um líquido muito viscoso ou um vidro. Descrevemos um estudo analítico e numérico de um modelo de difusão não linear o qual analisa a relaxação da densidade de partículas em um meio granular denso sob a ação da gravidade e de fracas vibrações (térmicas), comparando com resultados de simulação pelo método de Monte Cado para um gás de rede sob a ação do campo gravitacional. A equação dinâmica pode ser considerada como uma teoria funcional da densidade local para uma classe de gases de rede usados para modelar a relaxação lenta de materiais vitrosos e granulares. A teoria prediz uma linha de transição de jamming entre uma fase fluida de baixas densidades e um regime vitroso de altas densidades, caracterizado pela divergência do tempo de relaxação e compactação logarítmica ou do tipo lei de potência de acordo com a forma específica do coeficiente de difusão. Outro fenômeno presente quando este tipo de material é submetido à agitação é o de segregação, durante o qual os diferentes tipos de partículas se separam. Este fenômeno é observado em uma grande quantidade de experimentos e simulações numéricas. Para modelá-Io, o modelo de difusão não linear foi generalizado para um conjunto de equações de difusão não lineares acopladas. Apesar da termo dinâmica do sistema não prever uma fase segregada, a dinâmica exibe tanto a segregação normal (onde as partículas maiores estão no topo do recipiente) quanto a reversa (partículas menores no topo) dependendo dos valores de alguns parâmetros do sistema (como por exemplo, a massa das diferentes espécies de partículas presentes no sistema). / Granular materiaIs under gentle shaking present slow compaction phenomena, during which the free volume available to grains decreases, and the mobility steeply falls to zero, hence aging phenomena are expected to occur, as is confirmed in several numerical simulations. It has been suggested that in this regime a granular material should resemble a highly viscous liquid or a glass. We describe an analytical and numerical study of a nonlinear diffusion model which describes density relaxation of densely packed particles under gravity and weak random (thermal) vibration, and compare the results with Monte Carlo simulations of a lattice gas under gravity. The dynamical equation can be thought of as a local density functional theory for a class of lattice gases used to modeI slow relaxation of glassy and granular materiais The theory predicts a jamming transition line between a low density fluid phase and a high density glassy regime, characterized by diverging relaxation time and logarithmic or power-Iaw compaction according to the specific form of the diffusion coefficient. Other phenomena present in granular materiaIs under shaking is segregation, during which different kinds of particles demixe. This phenomena can been seen in a large number of experiments and numerical simulation. To take it into account, we generalize the nonlinear diffusion model to a set of coupled nonlinear diffusion equations. Although the thermodynamics of the model predicts no segregated phase at all, the dynamics exhibits normal segregation (large particles on top) and reverse segregation (small particles on top) depending on several parameters ofthe systems (as, for example, the mass of species present in the system).

Tese de doutoramento. Engenharia Química. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Argamassas no estado fresco são suspensões heterogêneas multifásicas com grande extensão granulométrica, tendo um comportamento relativamente complexo. Para a sua caracterização reológica já é empregado o ensaio de squeeze flow, método normalizado (ABNT NBR 15839/2010) que fornece informações importantes sobre o fluxo das argamassas em condições similares às de aplicação prática. No entanto, alguns fenômenos relevantes relacionados ao squeeze flow de suspensões não podem ser diretamente avaliados somente através da resposta padrão do ensaio (curva carga ou tensão vs. deslocamento), como o tipo de fluxo e a ocorrência de separação de fases, não havendo ainda um método consolidado para investigação destes efeitos. Neste contexto, uma técnica de mapeamento dinâmico da distribuição de pressão interfacial é apresentada como ferramenta para a complementação do método, visando permitir uma análise mais aprofundada durante o ensaio de squeeze flow em argamassas, nas configurações de área e de volume constante, que podem fornecer informações diferentes. Um método de quantificação gravimétrica da separação de fases foi empregado ainda para verificação do fenômeno. Essa metodologia inovadora requer desenvolvimento, e dessa forma são analisados, além da influência de variáveis do material, aspectos do ensaio e diferentes procedimentos de tratamento e calibração dos dados desenvolvidos para análise dos resultados. Modelos teóricos são utilizados para a comparação das distribuições de pressão experimentais com previsões para fluidos de comportamento conhecido, o que ajuda a indicar o tipo de fluxo predominante. O método desenvolvido mostrou grande potencial para a análise de fluxos complexos, sobretudo suspensões concentradas, e contribui com a ampliação do conhecimento sobre o comportamento reológico de argamassas e os fatores que o influenciam. / Mortars while in fresh state are multiphasic heterogeneous suspensions with wide granular extension, presenting a relatively complex behavior. For rheological evaluation the squeeze flow test is already employed, being a standard test (ABNT NBR 15839/2010) and providing relevant information about the flow behavior of mortars under conditions which are similar to those in practical situations. Nevertheless, important phenomena related to the squeeze flow of suspensions cannot be directly assessed by the usual results from the test (load or stress vs. displacement curves), like type of flow and the occurrence of phase separation. There is not yet a stablished method for the investigation of these effects. In this context, a dynamic pressure mapping technique is presented as a tool in addition to the method, aiming to achieve a more thorough analysis during the squeeze flow of mortars, both in constant area and constant volume configuration, which can provide different information. A phase separation quantification method was employed to validate the phenomenon. This original methodology require development, thus aspects regarding the test setup are analyzed, besides the influence of material, and different data treatment and calibration procedures developed for the analysis of test results. Theoretical models are employed for comparison between experimental pressure distribution and predictions for fluids with known behavior, which aids in the determination of flow regime predominance. The developed method has shown great potential for the analysis of complex fluids, especially concentrated suspensions, and contributes to the expansion of knowledge on the rheological behavior of mortars and the influencing factors.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:03:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4146_1.pdf: 1109274 bytes, checksum: df5758c186c54ed0c194843a67e9ad8c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / Nesta dissertação estudamos o modelo de Hubbard estendido na cadeia AB2. O hamiltoniano do modelo contém um termo cinético, parametrizado por t, e dois termos de repulsão coulombiana,U (intra-sítio) eV (inter-sítio). Considerando uma simetria de troca local peculiar desta cadeia, bem como simetrias globais do hamiltoniano de Hubbard, utilizamos o método numérico do grupo de renormalização da matriz densidade com condições de contorno abertas e número de estados máximo, M =200, focalizando nossos esforços na determinação do estado fundamental do sistema. Obtivemos o diagrama de fases produzido pela competição entre U e V em condições de semi-preenchimento de banda, um elétron por sítio. Confrontamos nossos resultados, obtidos para um sistema de vinte e quatro células, com aqueles obtidos pelo método de diagonalização exata para um sistema com seis células. Foram identificadas três regiões relevantes: para V . U/4 encontramos uma fase ferrimagnética, que é uma continuação da fase encontrada em V = 0, a qual se enquadra no conhecido teorema de Lieb; para V & U/4, foram caracterizadas regiões de separação de fases com a coexistência de uma região isolante (paramagnética) e metálica (ferromagnética), e uma fase reminiscente daquela encontrada para U = 0. A caracterização das regiões foi realizada através da medida dos perfis de carga e de spin, bem como pelo estudo da energia em função dos parâmetros do modelo

O tratamento de água residuária rica em sulfato por via de processo anaeróbio é um grande desafio, devido ao potencial de redução do sulfato pela via biológica a sulfeto, o que pode inviabilizar o aproveitamento do biogás e afetar o tratamento por seus efeitos tóxicos e inibitórios. Neste contexto, o presente trabalho investigou a potencial aplicação da separação de fase para minimizar tais problemas de operação. A operação de reator de primeira fase visa estabelecer um ambiente sulfetogênico sob condições acidogênicas. Os efeitos da pré-acidificação da água residuária sobre a produção de metano foram avaliados por meio do monitoramento de dois reatores metanogênicos, um sistema de fase única alimentado com água residuária rica em sulfato e um sistema de duas fases alimentado com água residuária acidificada. Em todos os casos foram utilizados reatores anaeróbios de leito estruturado, aplicada condições termofílica de temperatura (55°C). Para o sistema de primeira fase, dois reatores com diferentes materiais foram comparados: reator com cilindros de polietileno de baixa densidade (RAS-PEBD) com cinco etapas de operação (13 subetapas) e outro reator com cubos de espuma de poliuretano (RAS-PU) com quatro etapas de operação. As principais estratégias operacionais para otimização da redução do sulfato a variação do tempo de detenção hidráulica (TDH: 6-15 h RAS-PEBD; 12 - 16 h RAS-PU ), carga orgânica volumétrica (COVafl: 10 - 20,0 kg-DQO m-3 d-1 - RAS-PEBD; 15 - 20 kg-DQO m-3 d-1 - RAS-PU), carga de sulfato volumétrica (CSV: 3,2-16,0 kg-SO4 m-3 d-1 - RAS-PEBD; 4 - 8 kg-SO4 m-3 d-1 - RAS-PU) e velocidade ascensional (Va: 0,06 3,35 m h-1 - RAS-PEBD; 3,42 7,9 m h-1 - RAS-PU). Após longo período de adaptação da biomassa no RAS-PEBD, verificou-se o aumento da eficiência e stripping do sulfeto. A recirculação controlada do efluente foi um fator chave para melhoria do sistema. O mesmo não foi obtido em RAS-PU, apresentando perda de desempenho devido a problemas de colmatação e subsequente aparecimento de vias preferenciais. O efluente do reator de primeira fase com carga de sulfato residual menor que 7% (COVefl de 15,12 kg-DQO m-3d-1 e sulfeto de 256 mg L-1, subetapa X) foi aplicado em reator metanogênico de segunda fase (RMI). Considerando a comparação entre os sistemas metanogênicos, fixou-se uma carga orgânica (CO) inicial de 2,5 g-DQO d-1, sendo aumentada até 5 g d-1. A partida do reator de fase única apresentou limitações, requerendo aplicação de baixos valores de CO, o que demandou 140 dias até a estabilização para a carga de 5 g-DQO d-1. Por sua vez, o sistema com duas fases necessitou de 102 dias e apresentou maior geração de metano (RMI 1,95 L-CH4 d-1 e RMII 1,76 L-CH4 d-1). A separação de fases permitiu a geração de efluente acidificado com menores concentrações de sulfato residual, resultando em maior produção de metano e reduzida concentração de sulfeto no biogás no sistema de duas fases, quando comparado ao sistema de fase única. / The treatment of sulfate-rich wastewater via anaerobic processes is challenging, due to the potential biological sulfate reduction to sulfide, which limits biogas use and affect treatment performance due to toxic and inhibitory effects. In this context, this study investigated the potential application of phase separation to minimize such operating problems. The operation of the first-stage reactor aimed to establish a sulfidogenic environment under acidogenic conditions. The effects of pre-acidifying the wastewater over methane production was further assessed through monitoring two methanogenic reactors, i.e., one single-phased system fed with raw sulfate-rich wastewater and one two-phased system fed with acidified wastewater. In all cases anaerobic structured-bed reactors were used as well as thermophilic temperature conditions were applied (55ºC). For the first-phase system, two reactors with different materials were compared: reactor with low density polyethylene cylinders (RAS-PEBD) with five operating steps (13 sub-stages) and another reactor with polyurethane foam cubes (RAS-PU) with four operating steps. The main operational strategies for the optimization of sulfate reduction were the variation of hydraulic retention time (HRT: 6-15 h RAS-PEBD; 12-16 h RAS-PU:), organic loading rate (OLRinfl: 10-20 kg-COD m-3 d-1 - RAS-PEBD; 15-20 kg-COD m-3 d-1 - RAS-PU), sulfate loading rate (SLR: 3.2-16.0 kg-SO4 m-3 d-1 - RAS-PEBD; 4 - 8 kg-SO4 m-3 d-1 RAS-PU), and upflow velocity (Vu: 0.06 - 3.35 m h-1 - RAS-PEBD ; 3.42-7.9 m h-1-RAS-PU). After a long period of biomass adaptation in RAS-PEBD, increasing efficiency patterns and sulfide stripping were observed. Controlling effluent recirculation was the key-factor to improve system performance. The same pattern was not obtained in RAS-PU, which presented performance losses due to clogging-related problems and the subsequent establishment of preferential pathways. The effluent from the first-phase reactor with residual sulfate load rate of less than 7% (OLRefl of 15.12 kg m-3 d-1 and sulfide of 256 mg L-1, sub-step X) was applied to a second-phase methanogenic reactor. Considering the comparison between the methanogenic systems, an initial organic load (OL) of 2.5 g-COD d-1 was set, which was further increased up to 5 g d-1. The start-up of the single-phase reactor presented limitations, requiring the application of lower OL values, in order to require 140 days up to the stabilization of the load of 5 g-COD d-1. In turn, the two-phase system required 102 days and presented higher methane generation rates metano (RMI 1,95 L-CH4 d-1 and RMII 1,76 L-CH4 d-1). Phase separation enabled the generation of an acidified effluent with lower residual sulfate concentrations, leading to higher methane production and low sulfide concentration in the biogas in the two-phase system, when compared to the single phase system.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kathia Regina Kunzler.pdf: 523941 bytes, checksum: 8ed94d83614d01c75827ea2d6825948d (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / The liquid waste from the cassava starch has a high organic load mainly due to high concentration of carbohydrates, which provides an ideal medium for the development of fermentative bacteria. The use of anaerobic reactors with media support provides increased contact area of microorganisms in the reactor and better fixation of these, resulting in the possibility of applying higher daily organic loads and a considerable reduction of detention time required for the treatment of tributary. In this context, the objective of this paper is to conduct a study of the process of digestion in two anaerobic biofilter with bamboo in the treatment of effluent of cassava starch, by evaluating the performance of systems and determining the kinetic constants of the degradation of organic matter along the reactors. The anaerobic reactors used were made of PVC tubes showing relations diameter:length 1:3 and 1:6. Along the profile of the reactors were installed five sampling points of effluent spread halfway, through which the samples were collected for determination of rate constant of consumption of organic matter and the kinetic model which best represents the consumption of organic matter along the profile of the systems. The two reactors were filled with a support medium consisting of rings of bamboo and useful volume calculated for the reactors was 6.8 and 6.0 L for the diameter: length ratio of 1:3 and 1:6, respectively. To measure the amount of biogas produced, each reactor was connected to a gas tank partially filled with a solution of 3% H2SO4 and 25% NaCl. The organic loading applied to the system were 0.519, 1.156, 1.471, 3.049, 3.813, 4.347, 4.708 and 5.601 g.L-1d-1 and the process was evaluated daily for two weeks throughout the analysis of COD removal, TS and VS, for VA/TA and volume of biogas as a function of COD consumed. At the end of the fifteen days of evaluation system, samples were collected along the profile of the reactors and analyzed to verify the COD consumption of organic matter along the reactors. The results showed that the various diameter lengths of the reactors did not influence their efficiency with respect to removals of COD, TS and VS for organic loads applied. The systems also showed a stable behavior in relation to the ratio VA/TA for all charges assessed, suggesting withstand higher organic loads. The first order kinetic model was best represented the kinetic consumption of organic matter with respect to the reactor diameter to length is 1:6 and a rate constant k 3,4.10-2 h-1. For the reactor with diameter ratio: 1:3 length to second-order kinetic model was best represented the behavior of the system for this variable, the rate constant k obtained from 1,96.10-4 h-1. / orgânica, principalmente devido à elevada concentração de carboidratos, o que proporciona um meio ideal para o desenvolvimento de bactérias fermentativas. A utilização de reatores anaeróbios com meio suporte proporciona o aumento da área de contato dos microorganismos no reator e melhor fixação destes, resultando na possibilidade de aplicação de cargas orgânicas diárias mais elevadas e uma redução considerável do tempo de detenção necessário para o tratamento do afluente. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo do processo de biodigestão em dois reatores anaeróbios com biofiltro de bambu, no tratamento de efluente de fecularia de mandioca, através da avaliação do desempenho dos sistemas e determinação das constantes cinéticas de degradação da matéria orgânica ao longo dos reatores. Os reatores anaeróbios utilizados foram fabricados com tubos de PVC apresentando relações diâmetro:comprimento 1:3 e 1:6. Ao longo do perfil dos reatores foram instalados cinco pontos de amostragem de efluente, distribuídos equidistantemente, através dos quais foram coletadas as amostras para determinação da constante cinética de consumo de matéria orgânica e do modelo cinético que melhor represente o consumo de matéria orgânica ao longo do perfil dos sistemas. Os dois reatores foram preenchidos com meio suporte constituídos de anéis de bambu e o volume útil calculado para os reatores foi de 6,8 e 6,0 L para a relação diâmetro:comprimento de 1:3 e 1:6, respectivamente. Para a mensuração da quantidade de biogás produzida, cada reator foi conectado a um gasômetro preenchido parcialmente com uma solução de 3% de H2SO4 e 25% de NaCl. As cargas orgânicas aplicadas ao sistema foram 0,519; 1,156; 1,471; 3,049; 3,813; 4,347; 4,708 e 5,601 g.L-1d-1, sendo o processo avaliado diariamente durante quinze dias após a estabilização do processo, através das análises de DQO, ST e SV, relação AV/AT e volume de biogás produzido em função da DQO consumida. Ao final dos quinze dias de avaliação dos sistemas, amostras foram coletadas ao longo do perfil dos reatores e analisadas quanto ao parâmetro DQO, para verificação do consumo de matéria orgânica ao longo dos reatores. Os resultados obtidos demonstraram que as relações diâmetro:comprimento dos reatores não influenciaram na eficiência dos mesmos quanto às remoções de DQO, ST e SV para as cargas orgânicas aplicadas. Os sistemas apresentaram também comportamento estável em relação à razão AV/AT, para todas as cargas avaliadas, sugerindo suportarem cargas orgânicas mais elevadas. O modelo cinético de primeira ordem foi o que melhor representou o comportamento cinético de consumo de matéria orgânica para o reator com relação diâmetro:comprimento 1:6, com constante cinética (k) de 3,4.10-2 h-1. Para o reator com relação diâmetro:comprimento 1:3 o modelo cinético de segunda ordem foi o que melhor representou o consumo da matéria orgânica, com constante cinética (k) de 1,96.10-4 h-1.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kathia Regina Kunzler.pdf: 523941 bytes, checksum: 8ed94d83614d01c75827ea2d6825948d (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / The liquid waste from the cassava starch has a high organic load mainly due to high concentration of carbohydrates, which provides an ideal medium for the development of fermentative bacteria. The use of anaerobic reactors with media support provides increased contact area of microorganisms in the reactor and better fixation of these, resulting in the possibility of applying higher daily organic loads and a considerable reduction of detention time required for the treatment of tributary. In this context, the objective of this paper is to conduct a study of the process of digestion in two anaerobic biofilter with bamboo in the treatment of effluent of cassava starch, by evaluating the performance of systems and determining the kinetic constants of the degradation of organic matter along the reactors. The anaerobic reactors used were made of PVC tubes showing relations diameter:length 1:3 and 1:6. Along the profile of the reactors were installed five sampling points of effluent spread halfway, through which the samples were collected for determination of rate constant of consumption of organic matter and the kinetic model which best represents the consumption of organic matter along the profile of the systems. The two reactors were filled with a support medium consisting of rings of bamboo and useful volume calculated for the reactors was 6.8 and 6.0 L for the diameter: length ratio of 1:3 and 1:6, respectively. To measure the amount of biogas produced, each reactor was connected to a gas tank partially filled with a solution of 3% H2SO4 and 25% NaCl. The organic loading applied to the system were 0.519, 1.156, 1.471, 3.049, 3.813, 4.347, 4.708 and 5.601 g.L-1d-1 and the process was evaluated daily for two weeks throughout the analysis of COD removal, TS and VS, for VA/TA and volume of biogas as a function of COD consumed. At the end of the fifteen days of evaluation system, samples were collected along the profile of the reactors and analyzed to verify the COD consumption of organic matter along the reactors. The results showed that the various diameter lengths of the reactors did not influence their efficiency with respect to removals of COD, TS and VS for organic loads applied. The systems also showed a stable behavior in relation to the ratio VA/TA for all charges assessed, suggesting withstand higher organic loads. The first order kinetic model was best represented the kinetic consumption of organic matter with respect to the reactor diameter to length is 1:6 and a rate constant k 3,4.10-2 h-1. For the reactor with diameter ratio: 1:3 length to second-order kinetic model was best represented the behavior of the system for this variable, the rate constant k obtained from 1,96.10-4 h-1. / orgânica, principalmente devido à elevada concentração de carboidratos, o que proporciona um meio ideal para o desenvolvimento de bactérias fermentativas. A utilização de reatores anaeróbios com meio suporte proporciona o aumento da área de contato dos microorganismos no reator e melhor fixação destes, resultando na possibilidade de aplicação de cargas orgânicas diárias mais elevadas e uma redução considerável do tempo de detenção necessário para o tratamento do afluente. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo do processo de biodigestão em dois reatores anaeróbios com biofiltro de bambu, no tratamento de efluente de fecularia de mandioca, através da avaliação do desempenho dos sistemas e determinação das constantes cinéticas de degradação da matéria orgânica ao longo dos reatores. Os reatores anaeróbios utilizados foram fabricados com tubos de PVC apresentando relações diâmetro:comprimento 1:3 e 1:6. Ao longo do perfil dos reatores foram instalados cinco pontos de amostragem de efluente, distribuídos equidistantemente, através dos quais foram coletadas as amostras para determinação da constante cinética de consumo de matéria orgânica e do modelo cinético que melhor represente o consumo de matéria orgânica ao longo do perfil dos sistemas. Os dois reatores foram preenchidos com meio suporte constituídos de anéis de bambu e o volume útil calculado para os reatores foi de 6,8 e 6,0 L para a relação diâmetro:comprimento de 1:3 e 1:6, respectivamente. Para a mensuração da quantidade de biogás produzida, cada reator foi conectado a um gasômetro preenchido parcialmente com uma solução de 3% de H2SO4 e 25% de NaCl. As cargas orgânicas aplicadas ao sistema foram 0,519; 1,156; 1,471; 3,049; 3,813; 4,347; 4,708 e 5,601 g.L-1d-1, sendo o processo avaliado diariamente durante quinze dias após a estabilização do processo, através das análises de DQO, ST e SV, relação AV/AT e volume de biogás produzido em função da DQO consumida. Ao final dos quinze dias de avaliação dos sistemas, amostras foram coletadas ao longo do perfil dos reatores e analisadas quanto ao parâmetro DQO, para verificação do consumo de matéria orgânica ao longo dos reatores. Os resultados obtidos demonstraram que as relações diâmetro:comprimento dos reatores não influenciaram na eficiência dos mesmos quanto às remoções de DQO, ST e SV para as cargas orgânicas aplicadas. Os sistemas apresentaram também comportamento estável em relação à razão AV/AT, para todas as cargas avaliadas, sugerindo suportarem cargas orgânicas mais elevadas. O modelo cinético de primeira ordem foi o que melhor representou o comportamento cinético de consumo de matéria orgânica para o reator com relação diâmetro:comprimento 1:6, com constante cinética (k) de 3,4.10-2 h-1. Para o reator com relação diâmetro:comprimento 1:3 o modelo cinético de segunda ordem foi o que melhor representou o consumo da matéria orgânica, com constante cinética (k) de 1,96.10-4 h-1.

Este trabalho contempla um estudo sistemático das propriedades elétricas de óxidos cerâmicos a base de manganês. Ênfase foi dada a sistemas onde uma correlação forte entre os graus de liberdade de carga, spin e rede com ordenamento orbital resultam em um estado fundamental heterogêneo, devido a uma separação de fases. Com esse objetivo, foram preparadas amostras policristalinas e monocristalinas de Nd0.5Ca0.5Mn1-xCrxO3, 0.0 x 0.07. A caracterização destas amostras, via medidas de transporte elétrico (T) e de susceptibilidade magnética (T), revelou a ocorrência de uma temperatura de ordenamento de carga CO em TCO 250 K e que uma substituição pequena de Mn por Cr resulta na supressão desse estado CO, induzindo uma transição de fase do tipo metal-isolante (MI) no sistema. Concomitantemente a esta transição MI observa-se uma transição de fase do estado paramagnético PA isolante para um estado ferromagnético FM metálico em TMI ~ TC ~ 140 K. A análise combinada dos resultados experimentais de resistividade elétrica (T,H), magnetização (T) e de espectroscopia de impedância Z(,T) revelaram uma coexistência e competição entre fases na determinação do estado fundamental dessas manganitas. Tal competição foi observada ocorrer em uma larga faixa de temperatura, ou seja, abaixo da temperatura TCO 250 K até a mais baixa temperatura estudada de 1.4 K. Os dados também permitiram concluir que a natureza do estado fundamental desses materiais compreende de uma mistura de fases isolantes entre as temperaturas TCO 250 K e TMI ~ TC ~ 140 K. Por outro lado, e abaixo de TMI, o estado fundamental do sistema pode ser visualizado como sendo composto de uma fina mistura de duas fases: uma com ordenamento de carga e orbital (CO/OO) e de caráter isolante e uma outra ordenada ferromagneticamente FM e com características metálicas. A natureza deste estado fundamental heterogêneo foi confirmada através de medidas de relaxação da resistência elétrica (T,t) obtidas nas duas regiões de temperatura acima citadas. Os dados de (T,t) ainda permitiram concluir que o estado fundamental desses materiais além de heterogêneo é dinâmico, como esperado em um cenário de separação de fases. Uma outra característica desse estado heterogêneo, notadamente abaixo de TMI, é que o mesmo responde de forma não convencional a estímulos diversos, incluindo grandes excitações de corrente elétrica aplicada I. Nesse contexto, a natureza heterogênea do estado CO para T < TCO, bem como da coexistência de fases CO e FM em T < TMI foi provada via um estudo sistemático das propriedades de transporte e magnetização usando diferentes intensidades de corrente elétrica aplicada em medidas de (T,I), M(T,I) e através de curvas características V-I. A observação de fenômenos não lineares, principalmente em curvas características V-I, indicou que os mesmos são precursores de transições de fase abruptas, quando altas densidades de corrente são aplicadas nos materiais. Os dados também permitiram concluir que a corrente elétrica não é distribuída homogeneamente neste estado fundamental heterogêneo. Isto implica em uma localização de corrente e conseqüente efeito Joule dentro do material. A dissipação devido ao efeito Joule é responsável por um auto-aquecimento do material e pode ser suficiente para induzir transições de fase devido ao aumento de temperatura da amostra. A aplicação de um modelo simples de dissipação de calor aplicado aos dados experimentais indicam que o fenômeno de localização de corrente e efeito Joule são fundamentais para o entendimento de transições de fase induzidas por corrente elétrica nessas manganitas. / A systematic study of the electrical properties in doped manganese oxides is presented. Special attention was given to compositions where the strong correlation between charge, spin, and lattice degrees of freedom with orbital ordering resulting in a heterogeneous ground state leads to phase separation. To do this work, polycrystalline and monocrystalline Nd0,5Ca0,5Mn1-xCrxO3, 0,0 x 0,07 samples were prepared. The results obtained through electrical transport (T) and, magnetic susceptibility (T) have revealed the occurrence of charge ordering at TCO 250 K. A small partial substitution of Mn by Cr results in a suppression of the long range charge ordering state and induces both a magnetic from paramagnetic PA to ferromagnetic FM and a electronic from insulating to metallic phase transition at TMI ~ TC ~ 140 K. A combined analysis of the experimental results performed through (T,H), (T), and impedance spectroscopy Z(,T) revealed the coexistence of competing phases in the ground state of these manganites. Such a competition has been found in a large temperature range, from TCO 250 down to 1,4 K. In addition, it is suggested that the ground state comprises a delicate mixture of insulating phases between TCO 250 K e TMI ~ TC ~ 140 K. On the other hand, below TMI, the ground state can be visualized as comprised of two phases: (1) insulating charge orbital ordering (CO/OO) and (2) ferromagnetic metallic phases. The nature of this heterogeneous ground state was confirmed through relaxation measurements (T,t) performed in both temperature intervals cited above. The data indicated that besides to be heterogeneous this ground state is dynamical, as expected in the phase separation scenario. Moreover, this ground state responds in an unconventional fashion when the system is stimulated by electrical current, notably below TMI. Within this context, the heterogeneous nature of the CO state for T < TCO, and the coexistence of CO and FM phases for T < TMI, were studied through magnetic and electrical measurements using electrical current of different magnitude (T,I), M(T,I) and characteristic V-I curves. The non-linear phenomena are precursors of the very sharp transition when high electrical current density is applied. The data also allows to conclude that the electrical current is not homogeneously distributed throughout the sample in this ground state. Differently, the electrical current is localized in thin channels bringing about a large self-heating Joule effect. We argue that the dissipation due to Joule effect is responsible for the self-heating which in turn is large enough to induce phase transition due to the temperature raise. The application of a simple heat dissipation model to the experimental data reveals that both the electrical current localization phenomenon and the Joule effect are very important to the understanding of the current-induced phase transition in these manganites.