Em um trabalho anterior verificou-se que a formação de bolhas de He pressurizadas em um substrato Si é capaz de melhorar a qualidade cristalina de uma estrutura GaN/AlN crescida heteroepitaxialmente sobre Si. As bolhas atraem as discordâncias geradas na interface com o substrato Si e as redireciona para o mesmo, reduzindo a densidade de discordâncias na estrutura crescida. Porém, um sistema de bolhas com características similares e que apresente uma maior estabilidade térmica é mais adequado para esta finalidade de crescimento. Neste trabalho investigou-se sistemas contendo bolhas de Ne e He-Ne obtidos a partir de diferentes parâmetros de implantação e temperaturas de recozimento. Ne foi implantado a 350 e 450°C, e nas amostras co-implantadas com Ne e He também foi avaliada a ordem de implantação. Posteriormente, essas amostras foram submetidas a tratamentos térmicos rápidos desde 400 até 1000°C. As amostras foram caracterizadas por medidas de Retroespalhamento de Rutherford e Canalização (RBS/C), Detecção por Recuos Elásticos (ERD) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Foi observado um maior nível de danos residuais devido à implantação de Ne, mesmo tendo sido implantado a 350 ou 450ºC. Um maior nível de danos residuais leva a uma morfologia semelhante entre os sistemas Ne e He-Ne, onde são observadas apenas bolhas esféricas e sem a presença de campos de tensão nas imagens de MET. Quando é implantado apenas He, no mencionado trabalho anterior, as bolhas formadas são tipo placa e circundadas por campos de tensão. Porém, no caso co-implantado quando Ti(Ne) = 450ºC ou quando um recozimento a 1000ºC entre implantações (Ne implantado primeiro) é realizado, a redução dos danos residuais leva a um sistema que se assemelha ao He puro: ocorre a formação de bolhas híbridas mais pressurizadas e com morfologia mista entre elípticas e esféricas. / In a previous work it was observed that the formation of pressurized He bubbles in a Si substrate is able to improve the crystalline quality of a GaN/AlN structure heteroepitaxialy grown over Si. The bubbles attract the misfit dislocations generated at Si substrate and redirect them toward the substrate, reducing the dislocation density in the overgrown GaN layer. However, a bubbles system with similar properties and able to show higher thermal stability is more suitable for this grown purpose. In this work we have investigated systems containing Ne and He-Ne bubbles obtained from different implantation parameters and annealing temperatures. Ne implantation was performed at 350 and 450°C, and we also interchanged the implantation order at the He-Ne co-implanted systems. Subsequently, these samples were subjected to rapid thermal annealing from 400 to 1000°C. The samples were characterized by Rutherford Backscattering Spectrometry/Channeling (RBS/C), Elastic Recoil Detection (ERD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). It was observed a higher residual damage level due to Ne implantation, even though it was implanted at 350 or 450°C. A higher damage level brings to a similar morphology between Ne and He-Ne systems, in which are just observed spherical bubbles with no stress field in the TEM images. When just He is implanted, in the mentioned previous work, the formed bubbles are plate like ones with the presence of stress field around them. However, in the co-implanted case when Ti (Ne) = 450ºC or when a 1000ºC is performed between implantations (Ne first implanted), the reduction of the residual damage brings to a system which is more He pure like: it occurs the formation of more pressurized hybrid bubbles and with a combined morphology between elliptical and spherical ones.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

A distribuição do tamanho de bolhas é uma importante característica em sistemas bifásicos. A área interfacial de bolhas está fortemente relacionada às taxas de reações químicas e de transferência de massa em aplicações industriais como colunas de destilação e fermentação, sistemas biológicos, oxidação, hidrogenação, tratamento de água, e em processos naturais, como dinâmicas de aerossóis e transferência de gás oceano-atmosfera. Pontas de provas intrusivas são largamente usadas para determinar a distribuição do tamanho de bolhas em colunas de borbulhamento bifásicas. Embora o tamanho de bolhas não possa ser obtido diretamente pelo uso de uma simples ponta de prova porque estas medem somente comprimentos perfurados em bolhas, é possível relacionar distribuições de cordas à distribuição de tamanho de bolhas usando análises estatísticas. Este trabalho apresenta a implementação de um sistema capaz de medir distribuição de tamanho de bolhas em uma coluna de borbulhamento composta por água e ar através de uma ponta de prova condutiva. Imagens obtidas por uma câmera de vídeo CCD (Charge-Coupled Devices) monocromática são usadas para validar e calibrar o sistema. / The distribution of bubble sizes is a critical feature in two–phase systems. The interfacial area of bubbles is strongly related to chemical reaction and mass transfer rates in industrial applications such as distillation and fermentation columns, biological systems, oxidation, hydrogenation, waste water treatment and in natural processes such as aerosol dynamics and air-sea gas transfer. Intrusive probes are widely used to determine bubble size distribution in two-phase bubble columns. Although bubble size cannot be obtained by a simple probe because it measures only the pierced length of the bubbles, it is possible to relate chord distributions to bubble size distribution by the use of statistical analysis. This work proposes a system implementation which is able to determine bubble size distribution in a water-air bubble column using an intrusive conductance probe. Images obtained by a monochromatic video camera CCD (Charge-Coupled Devices) are used to validate and calibrate the system.

Esta dissertação investiga os processos que levam células a se organizarem em certas configurações, focando propriedades topológicas, geométricas e aquelas originadas na sua dinâmica. Para tanto, começamos revisando propriedades de topologia de equilíbrio de sistemas que minimizam áreas de contato entre células. Prosseguimos com o estudo de estruturas de células biológicas, incorporando as devidas modificações provenientes das propriedades biológicas, sendo introduzida, por exemplo, a Hipótese da Adesão Diferenciada formulada por Steinberg (1975). Suas implicações são estudadas utilizando o Modelo Celular de Potts ao realizar simulações de Monte Carlo. Mostramos resultados das dinâmicas de reagrupamento celular que é um dos processos que ocorre na embriogênese e morfogênese, em que células se redistribuem de modo a formar padrões típicos. É feita uma análise, tanto teórica quanto por simulações, de como interações adesivas entre tipos diferentes de células, e estas com o meio, influenciam a evolução destas configurações. A seguir, tornamos evidente analogias entre tecidos e fluidos imiscíveis, de modo a explorar não apenas a influência de coesões e adesões celulares, como também propriedades viscoelásticas e de tensões superficiais apresentadas pelos agregados - estruturas macroscópicas constituídas por muitas subunidades celulares. Acompanhando os resultados teóricos, apresentamos observações experimentais de reorganização celular a partir de agregados aleatórios de células de hidras. A reorganização celular destes agregados é estudada a partir das configurações iniciais aleatórias até o momento em que se estabelece uma esfera com cavidade formada por duas camadas epiteliais, endoderme e ectoderme Neste estágio ocorrem os bursts, eventos de ruptura reversíveis do tecido superficial do agregado com expulsão do conteúdo contido na cavidade. É proposto um estudo via simulações deste fenômeno a fim de elucidar as propriedades básicas de deformações, adesões e movimentos de células num tecido. Ainda no contexto experimental, realizamos outras medidas nos agregados de hidra, como a obtenção de tensões superficiais e registro da dinâmica de arredondamento. Finalmente, unimos as considerações sobre topologias de estruturas celulares com as propriedades emergentes de interações de adesão com mais um elemento, mitose. Apresentamos modelos de crescimento celular e discutimos suas características para a dinâmica populacional de células. Ao introduzir dados sobre comportamentos regulatórios de proliferação celular, colocamos ênfase no estudo das patologias ao estudar câncer utilizando o Modelo de Gompertz como descrição da proliferação. Realizamos experiências utilizando 6 linhagens cancerígenas diferentes e propomos uma interpretação biológica dos parâmetros matemáticos que descrevem o crescimento. A hipótese por nós levantada é de que a forma da célula influencia no seu comportamento. Verificamos a viabilidade de tal hipótese através de uma série de simulações por Modelo Celular de Potts. Os resultados gerados se assemelham aos dados experimentais, de maneira que chegamos a conclusão final que processos intrínsecos regulatórios de uma célula (no caso o ciclo mitótico), propriedades adesivas de células, características fenotípicas e distribuições topológicas de um tecido, são intimamente interligados.

Em um trabalho anterior verificou-se que a formação de bolhas de He pressurizadas em um substrato Si é capaz de melhorar a qualidade cristalina de uma estrutura GaN/AlN crescida heteroepitaxialmente sobre Si. As bolhas atraem as discordâncias geradas na interface com o substrato Si e as redireciona para o mesmo, reduzindo a densidade de discordâncias na estrutura crescida. Porém, um sistema de bolhas com características similares e que apresente uma maior estabilidade térmica é mais adequado para esta finalidade de crescimento. Neste trabalho investigou-se sistemas contendo bolhas de Ne e He-Ne obtidos a partir de diferentes parâmetros de implantação e temperaturas de recozimento. Ne foi implantado a 350 e 450°C, e nas amostras co-implantadas com Ne e He também foi avaliada a ordem de implantação. Posteriormente, essas amostras foram submetidas a tratamentos térmicos rápidos desde 400 até 1000°C. As amostras foram caracterizadas por medidas de Retroespalhamento de Rutherford e Canalização (RBS/C), Detecção por Recuos Elásticos (ERD) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Foi observado um maior nível de danos residuais devido à implantação de Ne, mesmo tendo sido implantado a 350 ou 450ºC. Um maior nível de danos residuais leva a uma morfologia semelhante entre os sistemas Ne e He-Ne, onde são observadas apenas bolhas esféricas e sem a presença de campos de tensão nas imagens de MET. Quando é implantado apenas He, no mencionado trabalho anterior, as bolhas formadas são tipo placa e circundadas por campos de tensão. Porém, no caso co-implantado quando Ti(Ne) = 450ºC ou quando um recozimento a 1000ºC entre implantações (Ne implantado primeiro) é realizado, a redução dos danos residuais leva a um sistema que se assemelha ao He puro: ocorre a formação de bolhas híbridas mais pressurizadas e com morfologia mista entre elípticas e esféricas. / In a previous work it was observed that the formation of pressurized He bubbles in a Si substrate is able to improve the crystalline quality of a GaN/AlN structure heteroepitaxialy grown over Si. The bubbles attract the misfit dislocations generated at Si substrate and redirect them toward the substrate, reducing the dislocation density in the overgrown GaN layer. However, a bubbles system with similar properties and able to show higher thermal stability is more suitable for this grown purpose. In this work we have investigated systems containing Ne and He-Ne bubbles obtained from different implantation parameters and annealing temperatures. Ne implantation was performed at 350 and 450°C, and we also interchanged the implantation order at the He-Ne co-implanted systems. Subsequently, these samples were subjected to rapid thermal annealing from 400 to 1000°C. The samples were characterized by Rutherford Backscattering Spectrometry/Channeling (RBS/C), Elastic Recoil Detection (ERD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). It was observed a higher residual damage level due to Ne implantation, even though it was implanted at 350 or 450°C. A higher damage level brings to a similar morphology between Ne and He-Ne systems, in which are just observed spherical bubbles with no stress field in the TEM images. When just He is implanted, in the mentioned previous work, the formed bubbles are plate like ones with the presence of stress field around them. However, in the co-implanted case when Ti (Ne) = 450ºC or when a 1000ºC is performed between implantations (Ne first implanted), the reduction of the residual damage brings to a system which is more He pure like: it occurs the formation of more pressurized hybrid bubbles and with a combined morphology between elliptical and spherical ones.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Ricardo Dias M. de Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-16T20:19:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GrangeiroFilho_FernandoAntonio_M.pdf: 4784973 bytes, checksum: 5e420546996f33fd8f25a4488a55967a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O transporte de misturas complexas, como o escoamento gás-líquido, depende de vários parâmetros, incluindo o padrão de escoamento. O escoamento bifásico é bastante comum na indústria petrolífera. Em operações off-shore, líquido e gás escoam por longos trechos verticais, horizontais e inclinados através de linhas de escoamento e risers antes de serem separados na superfície. No presente trabalho, um aparato experimental, com uma tubulação de 54 mm de diâmetro, foi montado para simular o escoamento horizontal intermitente, água-ar. As características do escoamento foram investigadas usando duas estações de sensores ultrassônicos, separados por uma distância conhecida ao longo da tubulação, e filmagens realizadas com uma câmera ultrarrápida (1000 quadros por segundo). Cada estação ultrassônica consistia de um transdutor pulso-eco (posicionado a 0o) e três sensores receptores posicionados em diferentes ângulos ao longo da circunferência da tubulação (45o, 135o, 180o). Os parâmetros obtidos foram: velocidade da bolha alongada, comprimentos da bolha alongada, do pistão de líquido e da célula unitária, e frequência de passagem da célula unitária. Um algoritmo foi elaborado a fim de identificar qual estrutura (bolha alongada ou pistão de líquido) escoava na frente do sensor. Através desse programa foi possível calcular a espessura do filme de líquido assim como as vazões volumétricas das fases. A técnica de ultrassom se mostrou eficiente e apresentou um custo relativamente baixo para investigar as características do escoamento pistonado. A presença de muitas bolhas na cauda da bolha alongada pode causar erros nas medições que pôde ser observado através da filmagem, porém, dados provenientes de outros sensores em conjunto com os dados do sensor posicionado na parte inferior da tubulação podem auxiliar a detectar a transição da cauda da bolha para o começo do pistão de líquido / Abstract: Transport processes in complex mixtures such as gas-liquid flows depend on various parameters, including the flow pattern. Two-phase flow is very common in petroleum industry. During off-shore production, liquid and gas phases travel long distances through flow-lines and risers before being separated. In the present work, experimental data are presented on the axial flow topology of horizontal, air-water slug flows in a 54-mm inner diameter acrylic pipe. The flow structure was investigated using two stations of an ultrasonic apparatus positioned at a known distance from each other along the flow direction and high-speed motion pictures (1000 fps) of the flow. Each ultrasonic station consisted of one emitter transducer (positioned at 0o) and three receivers at different angles (45º, 135º and 180º) along the pipe circumference. The parameters obtained were: elongated bubble velocity; elongated bubble, liquid slug and unit cell lengths, and unit cell frequency and flow rates of liquid and gas phases. An algorithm was made to identify which structure (elongated bubble or liquid slug) was passing in front of the transducer. This program made it possible to calculate the volumetric flow rates. Results shown by both techniques agreed against each other, however, more tests at other flow rates should be held to which for correlations could be made / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akira d'Avila / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T21:18:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcelaKotsukada_D.pdf: 43160482 bytes, checksum: b46a2b0225fdad527404b8c745e2f23b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os principais problemas da simulação da fluidodinâmica em sistemas gás-líquido por CFD são as simplificações do comportamento dinâmico das bolhas. Na maioria dos processos industriais com escoamento gás-líquido em colunas de bolhas, as bolhas estão em velocidades altas e a coluna opera em regime heterogêneo. Existe ainda a influência da geometria do sistema e das propriedades físicas dos fluídos envolvidos no processo. Para que a técnica CFD seja aplicada adequadamente, visando aplicações industriais, é necessário considerar os fenômenos de quebra e coalescência. No entanto, existe uma carência de dados experimentais em tal regime de operação para testar a aplicabilidade dos modelos matemáticos empregados nas simulações. Neste trabalho é apresentado um estudo numérico e experimental de duas colunas de bolhas operando em regime heterogêneo. No primeiro caso, foram realizadas análises quanto a influência de diferentes modelos de arraste, além do emprego das forças interfaciais de sustentação e de dispersão turbulenta. Diferentes modelos de turbulência foram também verificados, tomando a fração volumétrica de gás em diferentes posições axiais e velocidade do gás provenientes da literatura. No segundo caso, realizou-se medidas por meio da técnica PIV de velocidades axiais médias da fase líquida e suas flutuações. Análises de intensidade turbulenta, tensores de Reynolds e energia sindética turbulenta foram realizadas, a fim de obter informações acerca da turbulência em três diferentes velocidades superficiais de gás. Para as análises numéricas foi aplicado um modelo matemático tridimensional, turbulento e transiente para a representação do escoamento nas duas colunas utilizadas. Este modelo trata ambas as fases, gás e líquido, a partir de uma abordagem Euleriana. Diferentes distribuições de tamanhos de bolhas foram empregados por meio do balanço populacional considerando os fenômenos de quebra e coalescência. Perfis radiais de fração volumétrica e velocidade de gás, além de perfis de velocidade média de líquido foram confrontados com dados experimentais publicados e medidos respectivamente. O modelo matemático previu um escoamento semelhante aos que foram encontrados nas colunas propostas / Abstract: The main problems encountered in the simulation of gas-liquid systems with the use of CFD are related to the simplifications of the bubble dynamic behavior. In most industrial procedures with gas-liquid flown in bubble columns, bubbles are at high speed and the column operates in the heterogeneous regime. There still is the influence of the system's geometry and fluids physical properties involved in the process. For correctly applying the CFD technique, aiming industrial applications, it is necessary to consider the breakup and coalescence phenomena. Nevertheless, there is a lack of experimental data available in this operational regimen to test the feasible application of the mathematical models used in simulations. In this work it is presented a numeric and experimental study of two bubble columns operating in the heterogeneous regime. In the first case, analyses of different drag models, besides the employ of the interfacial forces of lift and turbulent dispersion were performed. Different turbulence models were also verified, taking the gas holdup in different axial positions and gas velocity from literature. In the second case, measurements of mean axial liquid velocities and their fluctuations were performed with the PIV technique. Turbulence intensity, Reynolds stress tensors and turbulent kinetics energy analyses were performed in order to obtain information about the turbulence for three different gas superficial velocities. For the numerical analyses a tridimensional, turbulent and transient mathematical model to represent the flow in the two columns was applied. This model treats both phases, gas and liquid, with an Eulerian approach. Different bubbles size distributions were used by population balance considering the breakup and coalescence phenomena. Gas holdup, gas velocity and mean axial liquid velocity radial profiles were confronted to the published and acquired experimental data respectively. The mathematical model predicted a developed flow similar to those found in the proposed columns / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-26T07:52:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_EvandroMazina_D.pdf: 12663095 bytes, checksum: 438eee1189b507756777d28043ff55be (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Na arquitetura duplo "folding" com interpolação, os bits mais significativos são determinados pela quantização do sinal de entrada usando um circuito "folding" e os bits menos significativos são obtidos pela técnica de interpolação. A maioria das soluções empregadas para implementar uma técnica de interpolação utiliza a interpolação resistiva ou uma técnica de interpolação por divisão de corrente (com transistores NMOS). Estas técnicas de interpolação têm alguns aspectos indesejáveis. Alternativamente, este trabalho propõe fazer a interpolação no circuito de "folding encoder" e nos "latches" mestre do conversor A/D. Os resultados mostraram que a nova técnica de interpolação pennite construir conversores A/D de 8 bits, porém é necessário cuidados especiais na detenninação das áreas dos transistores que fazem a interpolação dupla. Nos conversores A/D tipo duplo "folding", um conjunto de alguns "latches" mestre-escravo transforma a informação analógica interpolada em um código circular. Um erro de decisão em um "latch" mestre-escravo pode causar erro no código circular (denominado erro de bolha). Técnicas de correção de erro detectam e corrigem os erros de bolha, melhorando a razão de erro do conversor A/D. Este trabalho também propõe e descreve um novo método para a técnica digital de correção de erro que detecta e corrige erros de bolha durante a detecção da transição de zero para um do código circular. Além disso, este trabalho propõe uma nova topologia para o conversor A/D que permite diminuir a complexidade do circuito e o consumo de potência, com a conseqüente redução da área do "chip" / Abstract: In a double folding architecture with interpolation, the most significant bits are determined by the quantization of input signal using a folding circuit and the least significant bits are obtained by interpolation technique. Most of the solutions employed to implement an interpolation technique use a resistive interpolation or a current division interpolation technique (with NMOS transistor). These interpolation techniques have some undesirable features. Alternatively, this work proposes to make the interpolation in the folding encoder circuit and in the master latches of the A/D converter. The results showed that the new interpolation technique allows to build A/D converters of 8 bits, even so it is necessary special care in the determination of the areas of the transistors that make the double interpolation. In double folding A/D converters, a set of some master-slave latches transforms the interpolated analog information into circular code. A decision error in a master-slave latch may cause error in the circular code (the so-called bubble error). Error correction techniques detect and correct bubble errors improving the error rate of the A/D converter. This work also proposes and describes a new method for digital error correction technique that detects and corrects bubble errors during the transition detection from zero to one for circular code. Furthermore, this work proposes a new topology for the A/D converter that allows the decrease of circuit complexity and of the potency consumption, with the consequent reduction of the area of the " chip" / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_JoaoLameuda_M.pdf: 5288658 bytes, checksum: 05a82477d396e479ec1f137cc2682920 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as principais forças interfaciais que atuam no escoamento gás-líquido em uma coluna de bolhas retangular, de dimensões 150cm x 26;4cm x 3;1cm (altura (H) x largura (W) x profundidade (D)), com aeração centralizada, empregando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). O caso proposto é baseado em um estudo experimental de um sistema ar-água operando em regime homogêneo, com altura inicial de líquido (Hl) igual a 79;2cm, correspondente a razão de aspecto (Hl /W) de 3. Empregou-se para a fase dispersa, um diâmetro de bolhas de 4;95mm e uma velocidade superficial de 2;9cm/s. Para validação do modelo, comparações com dados experimentais obtidos da literatura foram realizados em seções transversais em quatro níveis axiais (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). Para o fechamento do modelo matemático foram analisados quatro modelos de turbulência na descrição da fase contínua (k-'épsilon', RNG k-'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), bem como diferentes correlações para a verificação da influência das forças interfaciais envolvidas neste tipo de escoamento (arraste, sustentação, dispersão turbulenta e massa virtual). As forças de sustentação e dispersão turbulenta em adição à de arraste mostraram influências significativas nos padrões fluidodinâmicos, enquanto que a força de massa virtual pôde ser negligenciada para o caso estudado. O modelo completo final testado, predisse satisfatoriamente o escoamento em regiões onde este se encontra plenamente desenvolvido, concordando com o padrão experimental / Abstract: This study aims to evaluate the main forces which act in gas-liquid flow in a rectangular bubble column of dimensions 150cm x 26;4cm x 3;1cm (height (H) x width (W) x depth (D)), with centralized aeration, using CFD technique. The proposed case is based in a experimental study of an air-water system operating in homogeneous bubbly flow, with initial liquid height (Hl) of 79;2cm, corresponding to aspect ratio (Hl /W) of 3. For dispersed phase it was employed a bubble diameter of 4;95mm and a superficial velocity of 2;9cm/s. To validate the model, comparisons with experimental data provided from literature were carried out in transversal sections at four axial levels (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). To closure the mathematical model, four distinct turbulence models were analyzed to describe the continuous phase (k--'épsilon', RNG k--'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), as well different correlations to verify the influence of the interfacial forces involved in this type of flow (drag, lift, turbulent dispersion and virtual mass). The consideration of lift and turbulent dispersion in addition to drag force showed meaningful influences in fluid dynamics pattern, while virtual mass force can be neglected. The final complete model tested predicted properly the flow in fully developed regions, according to the experimental pattern / Mestrado / Processos em Tecnologia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akra D'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T08:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mori_ErickDjin_M.pdf: 2359279 bytes, checksum: ee684b815a4962d2a25990de40b76d0a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Escoamentos gás-líquido-sólido em colunas de bolhas ainda são pouco compreendidos pela comunidade científica. Conhecer melhor a hidrodinâmica em uma coluna de bolhas é condição primordial para o sucesso em seu dimensionamento. Se a natureza do escoamento multifásico por si só é complexa, a tarefa de estudá-lo se torna ainda mais desafiadora, tendo em vista que são poucos os trabalhos consistentes publicados na literatura que abordam a temática. No presente estudo, utiliza-se a técnica da fluidodinâmica computacional (CFD), para conduzir simulações tridimensionais e transientes, a fim de se descrever a hidrodinâmica de um sistema gás-líquido-sólido em uma coluna de bolhas com quantidade intermediária de sólidos. O problema é tratado por meio de uma abordagem Euleriana e a interação interfásica é descrita exclusivamente pelo arraste entre as fases gás-líquido e sólido-líquido. Os resultados numéricos obtidos são confrontados com resultados experimentais da literatura e comprovam a capacidade da ferramenta computacional em descrever o sistema em questão. A análise dos modelos de arraste para a interação sólido-líquido mostrou a relevância da escolha da lei de arraste para descrever corretamente a circulação de sólidos no leito. Para a interação gás-líquido sob as condições analisadas, os modelos que consideram distorções da fase gasosa mostraram melhor desempenho, frente os modelos que consideram apenas bolhas esféricas. A turbulência no meio contínuo foi descrita por modelos de duas equações, os modelos kepsilon e RNG k-epsilon. O último mostrou melhor desempenho em descrever o padrão de escoamento, possivelmente por ter sido concebido para escoamentos vorticiais / Abstract: Gas-liquid-solid flows inside bubble columns are not fully comprehended by scientific community yet. A better knowledge regarding the hidrodynamics of a bubble column is the first step towards reaching its sizing successfully. If the multiphase flow nature by itself presents great complexity, the task of studying it becomes even more challenging, since few are the consistent published work in the literature treating this subject. In the present study, the computational fluid dynamics (CFD) was used to capture the hidrodynamics of a gas-liquid-solid flow inside a bubble column with intermediate solid concentration. The Eulerian approach was used as frame of reference and for the interphase forces only the drag between gas-liquid and solid-liquid phases were considered. The numerical results were compared to experimental data of the literature, showing the ability of CFD in describing the multiphase flow. Furthermore, analysis of drag models for the solid-liquid interaction indicates that the drag law plays an important role in describing the solid circulating in the system. For the gas-liquid interaction under the analyzed conditions, it has been found that the drag laws considering the bubble distortion showed better agreement with experimental data in comparison to the ones that considered bubbles as rigid spheres. The turbulence in the continuous phase was described by a two equation model. Comparison between standard k-epsilon and RNG k-epsilon revealed that in this case, the latter represented better the flow pattern, since it was developed for swirling flows / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química