A computer model for a general clarifier-thickener has been made and used for comparing different strategies for control of such dewatering units through simulations. The model builds on widely acknowledged theory for modelling clarifier-thickeners - discretizing the settling PDE into a set of ODEs so that concentrations of solids at discrete depths inside the unit become the states of the numerical model - and it was written in the Modelica language using the modelling and simulation environment Dymola. The work of estimating model parameters for themodel and comparing different control strategies was made looking at one particular clarifier-thickener at the company Boliden's mineral processing plant in Garpenberg. Among the control strategies that were compared in simulations were simple PID control and cascade control as well as more advanced control schemes. The simulations showed that the optimal control strategy to use is cascade control using rake torque as a secondary variable, which makes sense in particular for large thickeners such as the one mainly considered in this work.

The transition to multicellularity is a major step in the evolution of complex life. The first steps in this transition are poorly understood because multicellularity evolved long ago, and transitional forms have been lost to extinction. Previous studies developed a novel microbial model system in which simple multicellularity could be evolved de novo (Ratcliff et al., 2012). By evolving our snowflake yeast to undergo sexual reproduction we hypothesized that sex created variation in key multicellular traits, which spurs multicellular adaptation. In our 'snowflake yeast' model system, two traits are of central importance: cluster size, and programmed cell death (apoptosis). Apoptosis previously evolved to regulate cluster size, by acting as break points within clusters, allowing them to modify the size and number of multicellular propagules they produce. In prior experiments, this only develops after yeast have evolved to form large clusters. Prior experiments in the lab demonstrated that the longer snowflake yeast have been evolving, the greater the fitness benefit provided by sex. Here we examine whether this is due to sex creating greater amounts of diversity in the traits of post-sex offspring in more highly evolved multicellular yeast, allowing post-recombination offspring to 'fine tune' their multicellular traits. By using flow cytometry, we collected data on our multicellular traits. By gathering the biomass mean of the cluster size in each population and staining the cells with propidium iodide to determine the apoptotic tendencies of our cells we were able to compare our outcomes to the pre-sex ancestor, and we determined there was no increase in variation. Although apoptosis did not have an increase in variation due to sex, it created a variation in cluster size; the variation was seen in the population W8. This still supports our hypothesis that sex creates variation in multicellular traits, which allows for rapid adaptation.

To minimize coastal land loss and create new land, dredged sediment has been in use in coastal Louisiana during the last several years. Engineering properties and material characteristics of dredged material are input parameters in several mathematical models used to predict the long-term hydrodynamic behavior of the coast. Therefore, proper characterization of the dredged material is of utmost importance in the correct design of coastal restoration and land creation projects. The sedimentation characteristics of the dredged material, among other factors, depends on the (a) grain size distribution of the dredged material, (b) salinity (fresh, brackish, or saltwater environment) of the composite slurry, and (c) concentration of the solid particles in the slurry. In this research, dredged sediments obtained from actual coastal restoration projects were characterized. Furthermore, the effects of grain size distribution, salinity and solid particle concentration on sedimentation characteristics have been evaluated.

There is a demand to reestablish a healthy coastal ecosystem by rebuilding wetlands with river diversion or dredged sediments in coastal Louisiana. Land building projects using dredged sediments from adjacent canals and river beds, can be used to protect the coastal properties and infrastructure systems from flood and storm surges. To predict the sediment’s long term behavior, math models require input parameters based on sediment engineering properties and material characteristics. Proper characterization is critical for accurate design of coastal restoration projects. The dredge material sedimentation characteristics and their effects on the settlement rate of suspended solid particles and underlying foundation soil depend, among other factors, on the grain size distribution of the dredged material, salinity of the composite slurry, and slurry solid particles concentration. This research evaluated the effects of grain size distribution, salinity, and initial solids concentration on the sedimentation characteristics of fine grained dredged sediments in Coastal Louisiana.

Durante a solidificação de ligas metálicas, a decantação de grãos equiaxiais pode causar: macrossegregação, mudança na posição da transição colunar-equiaxial e alteração no tamanho de grão equiaxial. O objetivo do presente trabalho é a implementação e análise de um modelo matemático para simular a solidificação sob efeito da decantação de grãos. Este modelo combina: (a) a técnica do autômato celular bi-dimensional em escala microscópica considerando a decantação de grãos, (b) um submodelo microscópico baseado em equações de conservação para simular os processos internos aos grãos e (c) um submodelo macroscópico também baseado em equações de conservação para simular os processos importantes da escala de tamanho macroscópica. Os submodelos macroscópico e microscópico compartilham informações correspondentes às suas escalas características de tamanho através de um método de acoplamento. O modelo matemático completo foi examinado inicialmente através da simulação de diversas situações idealizadas como: a decantação de uma esfera sólida, a decantação de um conjunto de esferas porosas e a decantação e solidificação simultânea de um grão dendrítico isolado e imerso em um líquido super-resfriado. Posteriormente, compararam-se os resultados do modelo para a solidificação isotérmica e para a solidificação unidirecional com resultados disponíveis na literatura obtidos por outros modelos numéricos e por técnicas experimentais. Os resultados do modelo mostraram que a decantação de grãos resulta nos seguintes efeitos no caso da solidificação unidirecional: variação de tamanho médio de grãos e macrossegregação ao longo do lingote e alteração ou até eliminação na posição da transição colunar-equiaxial. / During solidification of metallic alloys, the settling of equiaxed grains can cause macrosegregation, change the position of the columnar-to-equiaxed transition, and change the grain size of equiaxed grains. The objective of the present work is to implement and analyze a mathematical model to simulate the solidification under the effect of grain settling. The present model combines: (a) the cellular automaton technique in two dimensions applied in the microscopic lengthscale to account for the movement of grains; (b) a microscopic submodel based on conservation equations to simulate important phenomena occurring within the grains, and (c) a macroscopic submodel, also based on conservation equations, to simulate important phenomena of the macroscopic lengthscale. Using a strong coupling scheme, the macroscopic and microscopic submodels share important information specific to their typical lengthscales. The complete mathematical model was initially examined in several idealized conditions: the settling of a single solid sphere; the settling of a group of porous spheres; and the growth of a single dendritic grain settling in an undercooled liquid. The model was also used to simulate the isothermal solidification and the unidirectional solidification. For these cases, the outcome of the model was compared with experimental and calculated results available in the literature. For the unidirectional solidification, the model results showed that the settling of grains can cause a variation in the macrosegregation and grain size along the ingot and can change the position or even eliminate the columnar-to-equiaxed transition region.

Por meio de ensaios em reatores estáticos (em equipamento de jarteste) foram estudados os efeitos da ruptura e da refloculação na sedimentação dos flocos, para diferentes velocidades de sedimentação. A água de estudo foi preparada com substâncias húmicas aquáticas (SHA) extraídas de água coletada do rio Itapanhaú - Bertioga/SP, resultando cor verdadeira de 100 uH, e coagulada com sulfato de alumínio e cloreto férrico. Para os dois coagulantes, foram realizadas as etapas de coagulação, mistura rápida, floculação, ruptura (G=50, 100 e 150/s) e refloculação (G=10 e 20/s). Na sedimentação sem a ocorrência de ruptura o cloreto férrico teve um desempenho superior ao sulfato de alumínio, principalmente nas velocidades de sedimentação mais altas. Isso se deve ao fato da floculação da água coagulada com o cloreto férrico ter gerado flocos de tamanho muito superior aos flocos gerados com o sulfato de alumínio. A ruptura, em poucos segundos, prejudicou a remoção dos flocos por sedimentação. Quanto maior o gradiente de velocidade na ruptura, maiores foram os valores da cor aparente remanescente, mesmo após a refloculação. A refloculação, mesmo nos primeiros minutos, diminuiu a cor aparente remanescente se comparada a logo após a ruptura. O menor gradiente de velocidade durante a refloculação testado (10/s) apresentou menores valores da cor aparente remanescente. Tanto na água coagulada com o sulfato de alumínio quanto na coagulada com o cloreto férrico a refloculação se comportou de modo semelhante, havendo recuperação na eficiência de remoção de cor sem, porém, atingir os resultados obtidos antes da ruptura. / By using the jar test equipment, the effects of breakage and reflocullation on the efficiency of floc sedimentation were studied, using different settling velocities. Water of study was prepared with aquatic humic substances (AHS) extracted from the Itapanhaú river (Bertioga, SP, Brazil), resulting a true color of 100 uH. Coagulation was performed by using aluminum sulfate and ferric chloride. For both coagulants, coagulation, flocculation, breakage (G=50, 100 and 150/s) and reflocculation (G=10 and 20/s) tests were carried out. In the sedimentation without the floc breakage occurrence the ferric chloride had a superior performance to aluminum sulphate, mainly in higher settling velocities. This occurred because of flocculation of the ferric chloride coagulated water have generated higher size flocs than that generated with aluminum sulphate. The breakage of flocs, in few seconds, hindered the settling removal. The higher the average shear rate in the break-up, the higher result the residual turbidity even after the reflocculation. The reflocculation, even in the first minutes, decreased the apparent color if compared to the results just after the break-up and sedimentation. The lower average share rate used during the reflocculation (10/s) resulted lower values of the remaining apparent color. During the flocculation, the aluminum sulphate coagulated water as well as in the ferric chloride coagulated water held in similar way, recovering the efficiency of removal of color without, however, reach the results gotten before the breakage.

Durante a solidificação de ligas metálicas, a decantação de grãos equiaxiais pode causar: macrossegregação, mudança na posição da transição colunar-equiaxial e alteração no tamanho de grão equiaxial. O objetivo do presente trabalho é a implementação e análise de um modelo matemático para simular a solidificação sob efeito da decantação de grãos. Este modelo combina: (a) a técnica do autômato celular bi-dimensional em escala microscópica considerando a decantação de grãos, (b) um submodelo microscópico baseado em equações de conservação para simular os processos internos aos grãos e (c) um submodelo macroscópico também baseado em equações de conservação para simular os processos importantes da escala de tamanho macroscópica. Os submodelos macroscópico e microscópico compartilham informações correspondentes às suas escalas características de tamanho através de um método de acoplamento. O modelo matemático completo foi examinado inicialmente através da simulação de diversas situações idealizadas como: a decantação de uma esfera sólida, a decantação de um conjunto de esferas porosas e a decantação e solidificação simultânea de um grão dendrítico isolado e imerso em um líquido super-resfriado. Posteriormente, compararam-se os resultados do modelo para a solidificação isotérmica e para a solidificação unidirecional com resultados disponíveis na literatura obtidos por outros modelos numéricos e por técnicas experimentais. Os resultados do modelo mostraram que a decantação de grãos resulta nos seguintes efeitos no caso da solidificação unidirecional: variação de tamanho médio de grãos e macrossegregação ao longo do lingote e alteração ou até eliminação na posição da transição colunar-equiaxial. / During solidification of metallic alloys, the settling of equiaxed grains can cause macrosegregation, change the position of the columnar-to-equiaxed transition, and change the grain size of equiaxed grains. The objective of the present work is to implement and analyze a mathematical model to simulate the solidification under the effect of grain settling. The present model combines: (a) the cellular automaton technique in two dimensions applied in the microscopic lengthscale to account for the movement of grains; (b) a microscopic submodel based on conservation equations to simulate important phenomena occurring within the grains, and (c) a macroscopic submodel, also based on conservation equations, to simulate important phenomena of the macroscopic lengthscale. Using a strong coupling scheme, the macroscopic and microscopic submodels share important information specific to their typical lengthscales. The complete mathematical model was initially examined in several idealized conditions: the settling of a single solid sphere; the settling of a group of porous spheres; and the growth of a single dendritic grain settling in an undercooled liquid. The model was also used to simulate the isothermal solidification and the unidirectional solidification. For these cases, the outcome of the model was compared with experimental and calculated results available in the literature. For the unidirectional solidification, the model results showed that the settling of grains can cause a variation in the macrosegregation and grain size along the ingot and can change the position or even eliminate the columnar-to-equiaxed transition region.

Durante a floculação, a agitação promove dois efeitos simultaneamente, a agregação e a ruptura. A ruptura ocorre devido à atuação de forças de cisalhamento sobre os flocos. O aumento da agitação com, conseqüentemente, aumento do gradiente de velocidade médio, em água com flocos formados, promove o aumento das forças de cisalhamento e a degradação parcial ou total dos mesmos, em poucos segundos. Retornando à condição anterior de agitação, pode ocorrer o recrescimento dos flocos. Através de ensaios em reatores estáticos (em equipamento de jarteste) foram estudados os efeitos da ruptura e da refloculação na sedimentação dos flocos, para velocidades de sedimentação entre 0,9 e 7,0 cm/min. A água de estudo foi preparada com caulinita, resultando turbidez de 100 uT, e coagulada com sulfato de alumínio. Foram realizadas as etapas de coagulação, mistura rápida, floculação, ruptura (G=75, 150 e 250 \'S POT.-1\') e refloculação (G=25, 20 e 15 \'S POT.-1\'). A ruptura, em poucos segundos, prejudicou a remoção dos flocos por sedimentação. Quanto maior o gradiente de velocidade na ruptura, maiores foram os valores da turbidez remanescente do sobrenadante, mesmo após a refloculação. A refloculação, mesmo nos primeiros minutos, diminuiu a turbidez remanescente do sobrenadante se comparada a logo após a ruptura. Quanto menor o gradiente de velocidade durante a refloculação, menores foram os valores da turbidez remanescente do sobrenadante. Apenas para velocidades de sedimentação, gradientes de velocidade de ruptura e gradientes de velocidade de refloculação menores ou iguais a 2,5 cm/min, 75 \'S POT.-1\' e 15 \'S POT.-1\', respectivamente, foi possível obter sobrenadante com valores de turbidez remanescente similares aos encontrados inicialmente, sem ruptura. / During the flocculation, the shear rate promotes two effects simultaneously, growth and breakage of flocs. The break up of flocs is caused as a result of disruptive forces. The increase of the shear rate in water with formed flocs increases the disruptive forces and it also can break the flocs partial or totally in a few seconds. Restoring the previous low shear conditions, flocs can grow back. By using the jar test equipment, the effects of breakage and reflocullation on the efficiency of floc sedimentation were studied, using settling velocities between 0.9 e 7.0 cm/min. Water of study was prepared with groundwater and kaolin, resulting a turbidity of approximately 100 NTU. Coagulation was performed by using aluminum sulfate. Coagulation, flocculation, breakage (G=75, 150 e 250 \'S POT.-1\') and reflocculation tests were carried out. In a few seconds the breakage of flocs hindered the settling removal of turbidity. The higher the average shear rate in the break-up, the higher result the residual turbidity even after the reflocculation. In the first minutes, the reflocculation decreased the residual turbidity after sedimentation if compared to the residual turbidity just after the break-up and sedimentation. The lower the average shear rate during the reflocculation, the lower result the supernatant values of residual turbidity. Supernatant could only be obtained with the value of residual turbidity similar to the values found initially (without breakage of flocs) for the settling velocity, the average velocity gradient of break-up and the average velocity gradient of reflocculation equal or less than 2.5 cm/min, 75 \'S POT.-1\' e 15 \'S POT.-1\', respectively.

O objetivo do presente estudo foi estimar as possíveis variações na produtividade das águas superficiais da porção oeste do oceano Atlântico Sul ao longo dos últimos 15.000 anos, contribuindo para a melhor compreensão das variações oceanográficas ocorridas na região no decorrer deste tempo. Foram realizadas análises quantitativas de nanofósseis calcários em um testemunho da Bacia de Santos, a partir da técnica de decantação aleatória. Isótopos estáveis de carbono e oxigênio em rocha total e teor de carbonato de cálcio também foram utilizados para interpretações sobre paleoprodutividade. A produtividade primária das águas superficiais apresentou variações ao longo dos últimos 15.000 anos. Variações no aporte continental e na profundidade da termoclina/nutriclina devem ter influenciado as condições das águas superficiais da região, e conseqüentemente, a produtividade dos cocolitoforídeos. Estimou-se que a produtividade da camada fótica superior tenha diminuído desde o início do Holoceno. Anterior a este período, uma maior contribuição continental teria propiciado condições mais favoráveis ao desenvolvimento dos cocolitoforídeos que habitam as camadas mais superficiais do oceano. / The aim of this study consisted in estimate possible changes on southwestern Atlantic Ocean surface water productivity for the last 15.000 years, contributing to a better understanding of oceanographic changes that occurred along this time. Quantitative calcareous nannofossils analyses were carried out on a Santos Basin core using the random settling technique. Bulk carbon and oxygen stable isotopes and calcium carbonate content were also used for paleoproductivity interpretation. Primary productivity of surface waters presented variation along the last 15.000 years. Variations in continental contribution and thermocline/nutricline depth must have influenced the surface water conditions and therefore coccolithophorids productivity. Upper photic zone productivity was estimated and seems to have diminished since early Holocene. Prior to this time, a major continent contribution would have provided more favorable conditions for the development of the coccolithophorids that inhabit the upper layers of the ocean.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-02-13T18:29:35Z No. of bitstreams: 1 2016 - Jos? Messias Ribeiro J?nior.pdf: 2014751 bytes, checksum: f6fdac1f2a0f681e038143bedfe908ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-13T18:29:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Jos? Messias Ribeiro J?nior.pdf: 2014751 bytes, checksum: f6fdac1f2a0f681e038143bedfe908ed (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 / CENPES / Petrobras / This work has aimed to evaluate the predictive ability of simplified mathematical models to describe the dynamics of the thickening of solids in drilling fluids. In the early stages, settling experiments of barite and calcite in water-based fluids at graduated cylinders were done at initial volumetric concentrations of 6.7%, 12% and 20%, while the change of interface height was measured on the time steps. The first data modelling approach has used conservation laws, considering the relative velocity between the solid and the liquid phase as function of volumetric concentration of solids. This way, the conservation laws used to simulate these systems were based in mass conservation law and in the flux density functions. For the accuracy evaluation in the numerical data provided by conservation laws, this work has used the interface height variation through a period of time, which was determined by experiments as an auxiliary variable, to imply the prediction quality provided by the proposed model, because there was not any equipment available to determine the spatial profiles of solids concentration. Through this procedure, it was found that conservation laws was capable of predict the interface variation through a period of time with relative errors below 10%, except in regions of rapid increase of local concentration. In the second approach of modelling was used a simplified model consisting of the continuity equation and the momentum equation, considering the interaction forces between the solid and liquid phases. The simplified model describe the variation of the interface height through a period of time in several sedimentations, and the displayed results were quite satisfactory and with relative errors lower than the results showed by the conservation laws. In the final stage of this work, the simplified model was used in the simulation of time and spatial concentration profile of the barite suspended in the BR-Mul fluid, which is a real drilling fluid often used by Petrobras. The concentration profiles obtained by simulation were compared with the experimental data reported by authors from Faculty of Chemical Engineering in Federal University of Uberlandia (FEQ/UFU). In this case study, it was possible to directly compare the model output with the experimental data, and the results has showed that the relative error of the model was lower to the fluid with the highest concentration suspensions of barite, specially in the points near to the compacted zone. However, the experimental methodology used in FEQ/UFU has exhibit much imprecision in the regions of high solids concentration, because of the experimental error in the gamma ray emitter. / O presente trabalho teve como objetivo avaliar a capacidade de predi??o de modelos matem?ticos simplificados para descrever a din?mica de sedimenta??o de s?lidos adensantes em fluidos de perfura??o. Na etapa inicial deste trabalho, foram realizados experimentos de sedimenta??o de suspens?es aquosas de barita e de calcita em colunas de vidro, com concentra??es volum?tricas iniciais de 6; 7%, 12% e 20% para cada s?lido, e a varia??o da altura da interface entre a zona de clarificado e a zona de concentra??o constante foi registrada ao longo do tempo. A primeira abordagem fez uso de modelos conservativos, cuja velocidade relativa entre o s?lido e o fluido ? somente fun??o da concentra??o volum?trica local do s?lido. Dessa forma, os modelos conservativos utilizados para simular esses sistemas foram baseados nas leis de conserva??o da massa e em fun??es de densidade de fluxo. Para avaliar a acur?cia dos resultados fornecidos pelos modelos conservativos, utilizou-se a varia??o da altura da interface de clarifica??o ao longo do tempo, como vari?vel auxiliar para inferir a qualidade das predi??es fornecidas pelo modelo, visto que n?o se dispunha de equipamentos para determinar os perfis espaciais de concentra??o de s?lidos. Atrav?s deste procedimento, verificou-se que os modelos conservativos foram capazes de predizer a varia??o temporal da interface de clarifica??o com erro relativo menor que 10% na maior parte do tempo, exceto na regi?o que a concentra??o local aumenta rapidamente. Na segunda abordagem utilizou-se um modelo simplificado, composto pela equa??o da continuidade e pela equa??o do movimento, considerando as for?as de intera??o entre as fases s?lido e l?quido. O modelo simplificado descreve a varia??o temporal da interface de clarifica??o dos sistemas de sedimenta??o simples, com valores bastante satisfat?rios e com erro relativo menor do que os resultados exibidos pelos modelos conservativos. Na etapa final deste trabalho, este mesmo modelo foi avaliado na simula??o dos perfis temporais e espaciais da concentra??o de barita na sedimenta??o no fluido BR-Mul, que ? um fluido real de perfura??o bastante utilizado pela Petrobras. Os perfis de concentra??o obtidos por simula??o foram comparados a dados experimentais obtidos na Faculdade de Engenharia Qu?mica da Universidade Federal de Uberl?ndia (FEQ/UFU). Neste estudo de caso, foi poss?vel comparar diretamente a sa?da do modelo aos dados experimentais, e os resultados mostraram que o erro relativo do modelo foi menor para o fluido com a maior concentra??o inicial de barita, sobretudo nos pontos que se encontram pr?ximos da regi?o de compacta??o. No entanto, a metodologia experimental utilizada na FEQ/UFU apresenta elevada imprecis?o em regi?es com alta concentra??o de s?lidos, devido ao erro experimental introduzido na utiliza??o do equipamento emissor de raios gama.