Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:17:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240986.pdf: 1352184 bytes, checksum: 8979edc65583abc8a647c499fd23753b (MD5) / As opções de tratamento para os resíduos sólidos industriais são bastante escassas, o que acaba estimulando a destinação inadequada dessas misturas complexas. Uma opção interessante para o destino desses resíduos é o processo de solidificação/estabilização (s/e) que tem como objetivo: (i) reduzir a mobilidade dos metais através da imobilização físico-química (ii) melhorar as características físicas por meio da solidificação do resíduo e (iii) diminuir a superfície de exposição para evitar a lixiviação dos constituintes do resíduo. Nesta tese, um processo de solidificação/estabilização de duas etapas foi proposto para tratar cinco lodos industriais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência do processo s/e para imobilizar os metais perigosos, bem como estudar o mecanismo de imobilização usando os resultados das análises químicas. A classificação desses lodos foi realizada por meio de testes de lixiviação e solubilização de acordo com a legislação brasileira. Foi possível evidenciar que os testes de lixiviação e solubilização foram insuficientes para classificar o potencial perigoso do lodo industrial sob os aspectos químicos e ambientais. A comparação das frações sólidas, lixiviadas e solubilizadas dos lodos na forma bruta, pré-tratada e tratada permitiu concluir que o principal mecanismo de imobilização para o resíduo tratado foi o da formação de silicato de cálcio não solúvel, conforme demonstrado para o íon chumbo. Para o pré-tratamento s/e, outro mecanismo além da formação de sais insolúveis, está envolvido, possivelmente a formação de sais de Pb e Ca e alguns silicatos metálicos. De acordo com as analises químicas, o resíduo tratado é seguro o bastante para ser usado em aplicações ambientais, como lajota para pavimentações. Dessa forma, devido ao baixo custo deste tratamento juntamente com a possibilidade do uso benéfico do material imobilizado, este tipo de tratamento parece oferecer uma maneira promissora de melhoria na qualidade ambiental. É preciso ressaltar que mais pesquisas são necessárias para obter um melhor entendimento dos efeitos da incorporação do resíduo em um produto a base de cimento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental / Made available in DSpace on 2012-10-23T13:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240092.pdf: 2996863 bytes, checksum: 838a7e9ee694116727f941049ea8aaac (MD5) / A Estabilização por Solidificação é uma forma de realizar o tratamento de resíduos e para tanto necessita do conhecimento das respostas ambientais e estruturais em função da destinação preconizada. Tais respostas são obtidas basicamente pelo estudo das propriedades mecânicas e químicas do resíduo e pela simulação e modelagem visando uma extrapolação dos dados para o longo prazo. O objetivo principal deste estudo é apresentar uma proposta de protocolos para avaliar o material resultante da estabilização por solidificação. Os objetivos específicos são (i) definir aspectos operacionais e um conjunto de critérios para avaliar a integridade/durabilidade e a imobilização de constituintes perigosos e (ii) apresentar mecanismos de classificação do material estabilizados por solidificação propondo rotas para sua destinação. O protocolo de avaliação é importante para avaliar de forma conjunta materiais estabilizados por solidificação em termos de integridade, durabilidade e imobilização de contaminantes e contribuir como uma ferramenta no gerenciamento e tratamento de resíduos perigosos. Para alcançar os objetivos, quatro etapas foram realizadas. Na primeira foi realizado o estudo sobre a estabilização por solidificação, enfatizando a análise de documentos normativos, tais como modelos de avaliação existentes, ensaios e critérios de avaliação. Na segunda, foi proposto protocolo, contendo um conjunto de ensaios e critérios de avaliação que se caracterizam por avaliar a integridade/durabilidade e a imobilização dos contaminantes que, baseado no desempenho dos materiais, recomenda a sua destinação para cinco rotas diferentes. Na terceira, foi realizada a validação dos ensaios referentes aos critérios de avaliação por meio de um painel de especialista. O painel teve o objetivo de verificar a adequação dos ensaios e critérios propostos no protocolo de avaliação. O resultado da validação mostrou que em relação aos critérios de integridade/durabilidade 88,89% das respostas foram em função da resistência à compressão, 62,96% para ciclos de umidificação/secagem e 51,83% para a absorção de água. Para os critérios de imobilização dos contaminantes 70,37% das respostas referiram-se ao ensaio de lixiviação. Na quarta etapa, foi realizada uma aplicação do protocolo utilizando quatro diferentes composições: (A), (B), (C) e (D) com elementos de referência (Cádmio, Chumbo e Cobre) e aglomerantes (cimento Portland comum, hidróxido de cálcio e bentonita sódica). O protocolo se apresenta como uma ferramenta adequada para avaliar a estabilização por solidificação por permitir que os critérios de integridade/durabilidade e imobilização dos contaminantes sejam limitantes na avaliação, apresentar parâmetros de avaliação em função da massa do contaminante por massa total do resíduo a partir dos limites máximos permissíveis para a potabilidade da água e para o ensaio de lixiviação, indicar rotas diferenciadas de destinação do material estabilizado por solidificação e avaliar a retenção dos contaminantes em função das massas dos contaminantes e aglomerantes além das concentrações do material bruto e tratado.

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução em forma fechada para uma modelagem, tanto unidimensional quanto bidimensional, do processo de solidificação. Esta modelagem, proposta por Kanetkar et al, aborda a solidificação em termos de dois processos: o macroscópico e o microscópico. O primeiro descreve a transferência de calor do metal para o molde e do sistema metal-molde para o meio ambiente; já. o segundo descreve a formação e o desenvolvimento de grãos no metal durante sua mudança de fase. O acoplamento desses processos se dá. através da inclusão do termo fonte, representante da cinética de solidificação, na equação de conservação de energia para condução do calor. Ao invés de utilizar o método de diferenças finitas na resolução das equações do modelo unidimensional, aplica-se a transformada de Laplace com respeito à variável t e resolve-se analiticamente, via software REDUCE, o sistema de equações gerado pelas condições de contorno para a obtenção dos coeficientes da solução transformada. No caso bidimensional, utiliza-se um método nodal para transformar o problema novamente em uma modelagem unidimensional. Integram-se as equações em uma das direções, no caso, em z, passando-se a calcular o fluxo médio de calor. Uma extensão possfvel é subdividir o domÍnio de integração e calcular o fluxo médio em cada uma das novas regiões interligadas através de condições de contorno. / The modeling of solidification, proposed by Ka.netkar et al, treats the solidification as a process involving ma.croscopic and microscopic íeatures. The ma.croscopic aspect desenhes the heat transfer from the metal to the cylindric body and from the system "metal-mold" to the surroundings. The second describes the formation and development of grains in the metal during its fase changing. The coupling of these two features of the process is ma.de with the inclusion of a source term, tha.t representa the nucleation, in the conservation equation for the heat transíer. lnstead of using finite diference methods for solving the equations of the unidi.mentiona. l model, Laplace transform with respect to the temporal va.riable ( t) is applied in the equations, and for solving analytically the system of equations generated by the boundary conditions from the model, the software REDUCE is used. In the two dimentional model is used a nodal method to transform the problem aga.in in a unidimentional modeling. The equations are integrated in a choosen direction, here z. After that they were solved for a mean heat flux. lt is aslo possible to divide the domain of integration and to calculate the mean heat flux in ea.ch new region considering that ea.ch one is connected with the others by new boundary conditions.

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução em forma fechada para uma modelagem, tanto unidimensional quanto bidimensional, do processo de solidificação. Esta modelagem, proposta por Kanetkar et al, aborda a solidificação em termos de dois processos: o macroscópico e o microscópico. O primeiro descreve a transferência de calor do metal para o molde e do sistema metal-molde para o meio ambiente; já. o segundo descreve a formação e o desenvolvimento de grãos no metal durante sua mudança de fase. O acoplamento desses processos se dá. através da inclusão do termo fonte, representante da cinética de solidificação, na equação de conservação de energia para condução do calor. Ao invés de utilizar o método de diferenças finitas na resolução das equações do modelo unidimensional, aplica-se a transformada de Laplace com respeito à variável t e resolve-se analiticamente, via software REDUCE, o sistema de equações gerado pelas condições de contorno para a obtenção dos coeficientes da solução transformada. No caso bidimensional, utiliza-se um método nodal para transformar o problema novamente em uma modelagem unidimensional. Integram-se as equações em uma das direções, no caso, em z, passando-se a calcular o fluxo médio de calor. Uma extensão possfvel é subdividir o domÍnio de integração e calcular o fluxo médio em cada uma das novas regiões interligadas através de condições de contorno. / The modeling of solidification, proposed by Ka.netkar et al, treats the solidification as a process involving ma.croscopic and microscopic íeatures. The ma.croscopic aspect desenhes the heat transfer from the metal to the cylindric body and from the system "metal-mold" to the surroundings. The second describes the formation and development of grains in the metal during its fase changing. The coupling of these two features of the process is ma.de with the inclusion of a source term, tha.t representa the nucleation, in the conservation equation for the heat transíer. lnstead of using finite diference methods for solving the equations of the unidi.mentiona. l model, Laplace transform with respect to the temporal va.riable ( t) is applied in the equations, and for solving analytically the system of equations generated by the boundary conditions from the model, the software REDUCE is used. In the two dimentional model is used a nodal method to transform the problem aga.in in a unidimentional modeling. The equations are integrated in a choosen direction, here z. After that they were solved for a mean heat flux. lt is aslo possible to divide the domain of integration and to calculate the mean heat flux in ea.ch new region considering that ea.ch one is connected with the others by new boundary conditions.

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução em forma fechada para uma modelagem, tanto unidimensional quanto bidimensional, do processo de solidificação. Esta modelagem, proposta por Kanetkar et al, aborda a solidificação em termos de dois processos: o macroscópico e o microscópico. O primeiro descreve a transferência de calor do metal para o molde e do sistema metal-molde para o meio ambiente; já. o segundo descreve a formação e o desenvolvimento de grãos no metal durante sua mudança de fase. O acoplamento desses processos se dá. através da inclusão do termo fonte, representante da cinética de solidificação, na equação de conservação de energia para condução do calor. Ao invés de utilizar o método de diferenças finitas na resolução das equações do modelo unidimensional, aplica-se a transformada de Laplace com respeito à variável t e resolve-se analiticamente, via software REDUCE, o sistema de equações gerado pelas condições de contorno para a obtenção dos coeficientes da solução transformada. No caso bidimensional, utiliza-se um método nodal para transformar o problema novamente em uma modelagem unidimensional. Integram-se as equações em uma das direções, no caso, em z, passando-se a calcular o fluxo médio de calor. Uma extensão possfvel é subdividir o domÍnio de integração e calcular o fluxo médio em cada uma das novas regiões interligadas através de condições de contorno. / The modeling of solidification, proposed by Ka.netkar et al, treats the solidification as a process involving ma.croscopic and microscopic íeatures. The ma.croscopic aspect desenhes the heat transfer from the metal to the cylindric body and from the system "metal-mold" to the surroundings. The second describes the formation and development of grains in the metal during its fase changing. The coupling of these two features of the process is ma.de with the inclusion of a source term, tha.t representa the nucleation, in the conservation equation for the heat transíer. lnstead of using finite diference methods for solving the equations of the unidi.mentiona. l model, Laplace transform with respect to the temporal va.riable ( t) is applied in the equations, and for solving analytically the system of equations generated by the boundary conditions from the model, the software REDUCE is used. In the two dimentional model is used a nodal method to transform the problem aga.in in a unidimentional modeling. The equations are integrated in a choosen direction, here z. After that they were solved for a mean heat flux. lt is aslo possible to divide the domain of integration and to calculate the mean heat flux in ea.ch new region considering that ea.ch one is connected with the others by new boundary conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-21T23:08:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho teve por objetivo a caracterização microestrutural, química e medida de dureza de 10 ligas de distintas composições químicas, todas no estado bruto de fundição, vazadas em molde de areia, sendo cada liga pertencente, respectivamente a cada uma das 10 classes especificadas na Norma ASTM A 532, que trata de ferros fundidos brancos resistentes ao desgaste abrasivo. Foram determinadas, para cada uma das 10 ligas, a fração volumétrica de composto eutético, fração volumétrica de carbonetos, composição química de cada fase, coeficientes de partição de cada elemento, microdureza da matriz metálica e dos carbonetos, dureza e composição de cada liga. De modo geral constatou-se haver significativa diversidade de microestruturas entre as classes, embora todas sejam hipoeutéticas. As variações microestruturais dizem respeito ao carboneto (tipo, morfologia e quantidade) e a matriz presente no estado bruto de fusão (perlita, martensita, austenita, precipitados de carbonetos secundários ou mistura destes). O trabalho permitiu ao autor maior familiarização com a relação entre a composição química das ligas da norma ASTM A532 e as respectivas características microestruturais, assunto que é pouco sistematizado pela literatura.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-21T04:15:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 196041.pdf: 2929247 bytes, checksum: 59c8037f1fd9603e5f57ac90d1bc004b (MD5) / A indústria petrolífera gera em praticamente todas as operações que realiza, desde a perfuração até a distribuição dos derivados, passando pelas etapas de produção, armazenamento, transporte e refino, resíduos oleosos de diversos tipos, cuja toxicidade associada, requer dos profissionais envolvidos no gerenciamento destes a busca de soluções seguras e eficazes. O estudo da tecnologia de Solidificação/Estabilização com materiais argilosos antes da disposição em aterros industriais fazem parte do objetivo e escopo deste trabalho. Foram considerados como material de experimentação os resíduos classificados como fundo de tanque, proveniente dos tanques de estocagem de petróleo cru. Na primeira fase do trabalho buscou-se identificar os elementos que conferiam periculosidade ao resíduo, a fim de subsidiar a escolha dos agentes solidificantes. Após esta etapa foram escolhidos dois tipos de materiais argilosos com características diferentes (solo argiloso e bentonita), no intuito de observar diferenças na capacidade de adsorção e identificar os fatores interferentes. Na segunda fase do trabalho, várias razões de misturas entre o resíduo e os materiais argilosos foram realizadas e após submetidas ao ensaio de lixiviação preconizado pela NBR 10.005 da ABNT, a fim de verificar a capacidade de adsorção de compostos orgânicos, mais precisamente óleos e graxas, pelos materiais argilosos. A capacidade de retenção de óleos e graxas nos produtos solidificados com argila natural e cal também foi avaliada. Os resultados indicaram que as argilas devido às suas propriedades adsortivas, reduziram substancialmente os teores de óleos e graxas nos extratos lixiviados, no entanto nas misturas com adição de cal, os resultados não foram promissores. A terceira fase do trabalho consistiu em avaliar os reais potenciais de lixiviação de elementos orgânicos e inorgânicos do produto solidificado na proporção de 40% de resíduo para 60% de solo argiloso. Utilizou-se neste estudo uma célula de aterro, em escala de laboratório, e simularam-se condições críticas de precipitação (215 mm/mês). Os resultados indicaram que os hidrocarbonetos detectados na massa de resíduo solidificado fixaram-se bem na matriz argilosa, e os óleos e graxas tiveram percentual de retenção superior a 99%.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico / Made available in DSpace on 2012-10-18T08:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:31:13Z : No. of bitstreams: 1 179263.pdf: 18806423 bytes, checksum: 2f9b85a7660922afeb0599aef1fcf811 (MD5) / O tratamento de resíduos sólidos perigosos utilizando a técnica de solidificação/estabilização, vem sendo cada vez mais empregada, por ser uma tecnologia inovadora e que tem apresentado resultados satisfatórios. Neste trabalho, aplicou-se um protocolo de avaliação de resíduos gerados por processos de solidificação, através da incorporação de resíduos de indústrias de galvanoplastia, em matrizes de cimento Portland. Os resíduos testados originaram-se de duas indústrias localizadas na região da Grande Florianópolis - Jahn Cromagem (resíduo 1) - e - Zinca Rápido - (resíduo 2). Optou-se por estudar estes resíduos devido à alta concentração dos metais zinco e cromo, o que lhes confere características de periculosidade. Da mesma forma, utilizou-se a técnica de solidificação baseada em cimento por ser economicamente viável e adequada tecnicamente para tratamento de resíduos contendo metais pesados. O protocolo francês de análise de resíduos gerados por processos de solidificação foi utilizado devido à especificidade da metodologia de avaliação. Os procedimentos experimentais constaram de amostragem e caracterização dos resíduos, preparação e moldagem dos corpos de prova, ensaios analíticos e experimentais. As relações cimento/cal/resíduos testadas foram as seguintes: 40/20/40, 30/20/50 e 30/10/60. A aplicação do protocolo apresentou resultados satisfatórios para os ensaios realizados, visto que praticamente todos os parâmetros analisados se encontravam nos limites definidos pelo protocolo. Os ensaios para os CPs moldados com resíduo 1, nas proporções 40/20/40 obtiveram resistência de 1,5 MPa, alcançando os valores mínimos de resistência para tijolo maciço que variam de 1,5 a 4,0 MPa conforme NBR 7170. Resultados ainda melhores foram alcançados nas análises dos CPs moldados com resíduo 2, nas proporções 40/20/40, visto que obtiveram uma resistência de 13 MPa. Finalmente, os cálculos de eficiência do uso da técnica de solidificação com cimento, no que se refere aos ensaios de lixiviação, mostrou que a eficiência é superior a 99 % em todos os casos de estudo

[pt] Neste trabalho realizou-se um estudo básico numérico- experimental, em geometria anular vertical, sobre a solidificação de um hidrato de sal, cuja mudança de fase se dá analogamente à de ligas metálicas binárias. O sistema escolhido foi a substância NH4CL-H2O, e o processo de solidificação foi estudado em três cavidades, de diferentes razões de aspecto, usando-se soluções de diferentes concentrações iniciais. Em todos os experimentos, idênticas condições inicial e de contorno foram adotadas. Para tal, foi montado um aparato experimental que permitiu a visualização do crescimento da estrutura de sólido junto à parede fria e medições locais de temperatura e concentração. As concentrações iniciais foram escolhidas com o intuito de formar uma base de dados experimentais que descrevesse suficientemente o comportamento do sistema durante a solidificação, no qual determinados resultados foram utilizados na comparação com as previsões numéricas. O problema numérico foi resolvido bidimensionalmente, utilizando-se o método de volumes finitos e, analiticamente, foi aplicada às equações de conservação a técnica de obtenção de valores médios em volume. Além da comparação efetuada entre os resultados numéricos e experimentais sobre a evolução temporal das temperaturas e concentrações, também investigou-se o comportamento da solidificação. Adicionalmente, foi avaliada a influência da razão de aspecto, sob a luz da transferência de calor para a parede fria da cavidade e do crescimento da frente de solidificação, ao longo do tempo. Na parte experimental foi desenvolvida uma técnica de medição da concentração, utilizando-se termopares acoplados a fibras ópticas, que permitiu medir esta grandeza, simultaneamente, em pontos escolhidos no domínio, em tempo real, causando mínima perturbação no meio. / [en] In the present work a basic numerical-experimental study was carried out, in vertical annular geometry, about the solidification of a salt hydrate, whose change of phase takes place similarly to the binary metallic alloys. It was chosen the NH4CL-H2O binary system, and the solidification process was studied in three cavities of different aspect ratios, utilizing solutions of distinct initial concentrations. In all the experiments, identical initial and boundary conditions were adopted. For that, an experimental apparatus was set up to be allowed not only the visualization of solid structure growth, that attaches the cold wall, but also local measurements of temperature and concentration. The initial concentration values were chosen to provide an experimental data base that depicted sufficiently the system behavior during the solidification process, in which part of them were used in the comparison with numerical predictions. The numerical problem was solved bi-dimensionally, utilizing the finite volume method and, analytically, it was applied the averaging volume technique to the conservation equations. Besides the comparison between numerical and experimental results about temperature and concentration transients, it was also investigated the solidification behavior. Additionally, it was evaluated both the temporal influence of the aspect ratio against the heat transfer to the cold wall of the cavity, and about the solidification front progress. Further, in the experimental part of this study, it was developed a technique for the determination of the concentration in any point of interest, making use of thermocouples attached to optical fiber sensors, that allowed to make several measurements simultaneously, in real time, causing minimal disturbance in the medium.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T23:18:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 297995.pdf: 5226341 bytes, checksum: 635f6290e1ae95cf3d9b18cda4a93ffa (MD5) / Os ferros fundidos brancos de alto cromo são amplamente utilizados na indústria de mineração e moagem entre outras, devido às suas propriedades de alta dureza e resistência ao desgaste abrasivo, e essas características são por sua vez, principalmente afetadas pela composição química da liga, pelos tratamentos térmicos e pelas técnicas de fabricação desses materiais. A literatura que trata dessas ligas mostra poucas informações específicas sobre o efeito da adição de molibdênio na profundidade de endurecimento de peças fundidas de diâmetro superior a 50 mm. Sabe-se que na prática industrial, mesmo em fundidos de seção menor, a seleção dos teores de elementos de liga deve considerar a seção. Neste trabalho foram fabricados cilindros de diferentes diâmetros (25, 75 e 150 mm) e de igual composição, diferindo apenas no percentual de molibdênio de zero a três por cento em massa, com o objetivo de estabelecer um perfil de dureza ao longo do diâmetro dos mesmos para cada percentual de molibdênio e para cada diferente diâmetro. Adicionalmente, um grupo de amostras cilíndricas foi termicamente tratado, com o objetivo de desestabilizar a matriz austenítica, causando a precipitação de carbonetos secundários e a formação de martensita. Foram então analisados os efeitos de diferentes diâmetros, teores crescentes de molibdênio, e do tratamento térmico de desestabilização sobre a dureza e microestrutura de solidificação da liga metálica utilizada, cuja composição é determinada pela norma ASTM A-532. A caracterização microestrutural foi realizada via microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As fases presentes foram identificadas por análise de difração de Raios X (DRX). A macrodureza das amostras foi medida ao longo do diâmetro e a microdureza das principais fases presentes foi tomada. Os resultados mostram que a dureza apresenta queda gradual ao longo do raio das amostras no estado bruto de fusão, independentemente do teor de molibdênio. Conforme se aumenta o teor de molibdênio na liga, a macrodureza sofre gradual acréscimo, como conseqüência do aumento do volume de carbonetos secundários precipitados, mesmo efeito apresentado pelo aumento do diâmetro das amostras analisadas. O tratamento térmico de desestabilização da austenita mostrou efeito mais acentuado do que a adição de molibdênio no aumento na macrodureza da liga. A diminuição na velocidade de solidificação resfriamento causou pronunciada alteração na dureza e na microestrutura da liga. Este trabalho também mostrou que é possível obter peças de ferro fundido branco de alto cromo de diâmetros entre 25 e 150 mm com a composição química da liga IIB da norma ASTM A-532, isentas de perlita, sem a adição de molibdênio.