Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T01:43:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ParadaHernandez_NataliaLorena_M.pdf: 3447077 bytes, checksum: 71ef0ac11523fdfcfd56b1e719487b5f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O estudo das resinas epóxicas é de grande interesse científico e tecnológico devido à versatilidade apresentada por estes materiais. Esta versatilidade é o resultado das diferentes reações químicas envolvidas e das características físico-químicas dos diferentes endurecedores, catalisadores e reagentes que possibilitam diferentes processos e combinação de propriedades objetivando aplicações específicas. A resina epóxi obtida a partir de epicloridrina e bisfenol A, o diglicidil éter de bisfenol A, continua sendo um intermediário importante na tecnologia da resina epóxi. Os microreatores tem provado melhorar a distribuição da massa molar dos polímeros sintetizados dentro destes microaparelhos, isto como consequência das altas taxas de transferência de calor e massa e da mais rápida e melhor mistura apresentada nos microcanais graças à diminuição do tamanho. Levando isto em conta, foi estudada a síntese da resina epóxi em microreatores usando o laser na polimerização rápida da resina dentro destes pequenos reatores. Para o desenvolvimento do projeto foi estudada a síntese da resina em escala laboratorial e calculados os parâmetros cinéticos da reação de obtenção da resina epóxi líquida. O projeto de microreatores requer o conhecimento do comportamento da mistura dentro dos microcanais destes aparelhos, razão pela qual se fez uso da fluido dinâmica computacional, CFD, o qual permitiu a avaliação da mistura dos reagentes dentro das configurações testadas neste trabalho, uma configuração tipo T e tipo Y. / Abstract: Epoxy resin study is of a great scientific and technologic interest due to the versatility showed for these materials. This versatility is the result of different chemical reactions involved and the physical-chemical characteristics of the several hardeners, catalysts, and reagents that make possible uncountable process and properties combination objectify specific applications. Epoxy resin from epicholorohydrin and bisphenol-A continues being an important intermediary in the epoxy resin technology. Microreactors have shown to improve molecular weight distribution of the synthetized polymer within these microdevices; this can be explained by the high heat and mass transfer fluxes, and the faster and better mixture shown in the microchannel due to the size reduction. In this context, the epoxy resin synthesis was studied using a laser in the rapid polymerization of the resin within these small reactors. It was studied the resin synthesis in laboratorial scale and calculated the kinetic parameters of the liquid epoxy resin obtaining reaction. Since microreactor design requires knowing the mixture behavior in the microchannels, computational fluid dynamics (CFD) was used in order to evaluate the mixture grade of the reagents for the tested configuration in this work, the "T" and "Y" configuration types. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marcelo Cristianini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:14:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinho_ClaudiaReginaGoncalves_D.pdf: 1041899 bytes, checksum: 4abceed910cac629edf241b164cb6d5c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da aplicação do processo de homogeneização a ultra alta pressão (HUAP) no processamento de leite desnatado. Inicialmente verificou-se o efeito do processo de HUAP na inativação de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus na faixa de 100 a 300 MPa. Amostras de leite desnatado foram inoculadas de modo a se obter contagens da ordem de 106-107 UFC/mL. Os ensaios referentes a cada um dos microrganismos foram realizados separadamente. Os resultados obtidos indicaram que pressões de 200, 250 e 260 MPa foram capazes de inativar totalmente as cargas inoculadas de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus, respectivamente. Foi avaliado o efeito da HUAP na inativação de esporos de Bacillus stearothermophilus. As amostras foram inoculadas com cerca de 105 esporos/mL de leite. Os resultados demonstraram que pressões de até 300 MPa não foram capazes de causar qualquer redução nas contagens obtidas. Verificou-se também que o processo de homogeneização a ultra alta pressão não afetou de maneira significativa a resistência térmica dos mesmos (p<0,05). Avaliou-se ainda o efeito da utilização de temperaturas de entrada de 45°C e da aplicação de choque térmico (100°C por 15 minutos) antes de submeter as amostras ao processo de HUAP. Nestes ensaios novamente não foram observadas reduções nas contagens de esporos. Testou-se também o efeito de pressões da ordem de 300 MPa na inativação de esporos de Clostridium sporogenes. Mais uma vez não foi verificado qualquer efeito. A seguir, foram realizados testes de inativação das enzimas fosfatase alcalina, lactoperoxidase e da protease produzida por Pseudomonas fluorescens pelo processo de HUAP. Os resultados demonstraram que na faixa de pressões estudada (100 a 300 MPa) a máxima redução verificada na atividade enzimática da lactoperoxidase foi de 28,48% a 300 MPa. Já a fosfatase alcalina apresentou reduções inferiores a 30% em sua atividade na faixa de pressões de 100 a 250 MPa e foi totalmente inativada por pressões iguais ou superiores a 270 MPa. A protease sofreu uma redução de 72,5% no valor de sua atividade nos processos a 300 MPa. Foram determinados os perfis de velocidade no interior da válvula do homogeneizador a ultra alta pressão na faixa de 100 a 300 MPa. Os resultados demonstraram que a velocidade é tanto maior quanto maior a pressão de homogeneização aplicada, sendo que a velocidade máxima obtida foi de 245 m/s na saída do gap da válvula no processo a 300 MPa. Finalmente foram avaliados as alterações de cor (L*a*b*) e viscosidade provocadas pelo processo de HUAP em amostras de leite cru desnatado. Os resultados indicaram que embora as variações nos parâmetros L*, a* e b* detectadas instrumentalmente tenham sido estatisticamente significativas (p<0,05) na maior parte dos casos testados, visualmente as mesmas são imperceptíveis. Com relação à viscosidade, apenas as amostras processadas a 300 MPa diferiram estatisticamente (p<0,05) das demais. Considerando-se os resultados obtidos neste trabalho, a tecnologia de processamento de leite por homogeneização a ultra alta pressão pode ser uma alternativa à indústria de laticínios para aumentar a vida de prateleira durante a estocagem de leite cru anterior a processos de produção de leite UHT, queijos, achocolatados e outros produtos na medida em que diminui consideravelmente as contagens de células vegetativas presentes e inativa parcialmente a protease produzida pelo microrganismo Pseudomonas fluorescens / Abstract: This work aimed to evaluate the use of ultra high pressure homogenization (UHPH) in skim milk processing. Firstly, the effect of UHPH process on inactivation of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus at pressure range from 100 to 300 MPa was studied. Skim milk samples were inoculated in order to obtain 106-107 CFU/mL. Tests of each microorganism were carried out individually. Results showed that pressures of 200, 250 and 260 Mpa were able to inactivate all the 107 CFU/mL initially inoculated of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus, respectively. UHPH effect on Bacillus stearothermophilus spores was also evaluated. Results demonstrated that pressures up to 300 MPa did not cause any reduction on spore counts. It was also verified that UHPH process did not affect in a significantly way (p<0.05) thermal resistance of spores. Effect of high inlet temperatures (45°C) was verified as well as application of thermal chock (100°C - 15min) before submitting samples to UHPH process. At these tests no reductions were observed again. UHPH effect on Clostridium sporogenes spores inactivation was tested. A pressure of 300 MPa was not able cause any reduction on spore counts. Alkaline phosphatase, lactoperoxidase and protease produced by Pseudomonas fluorescens inactivation by UHPH process was also studied. Results showed that at pressure range tested (100 to 300 MPa) maximum lactoperoxidase reduction activity was 28.48% at 300 MPa. Alkaline phosphatase, presented activity reductions smaller than 30% at pressures from 100 to 250 MPa but was totally inactivated at 270 MPa. A reduction of 72.5% on proteolitic enzyme activity was verified after processes at 300 MPa. Velocity profiles at ultra high pressure homogenization valve were determined using CFD (Computational Fluid Dynamics) from 100 to 300 MPa. It was demonstrated that velocity increases with homogenizing pressure. The maximum velocity value obtained was 245 m/s at the outlet of the valve gap during processes at 300 MPa. Finally, the effect of ultra high pressure homogenization process on color (L*a*b*) and viscosity of raw skim milk was studied. Pressures varied from 100 to 300 MPa. Results showed that although variations on L*, a* and b* parameters were statistically significant (p<0.05) at the majority of samples analyzed, visually this was not verified. Only viscosity of samples processed at 300 MPa differed in a statistically significant way from the others (p<0.05). Results from this work indicated that ultra high pressure homogenization processing of milk can be an alternative to dairy industry for increasing shelf life during storage of raw milk prior to production of UHT milk, cheese and other products as it reduces significantly vegetative cells counts and proteolysis due to the protease produced by Pseudomonas fluorescens / Doutorado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Reginaldo Guirardello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T08:35:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_FabiodeAvila_M.pdf: 1616530 bytes, checksum: 3c6790416d2f31542bbb8595ccea194d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Uma das preocupações do mundo atual é com o suprimento de energia nas próximas décadas, uma vez que a principal fonte de energia utilizada hoje é o petróleo, e por se tratar de combustível fóssil não é renovável. Em particular, o fornecimento de combustível líquido para veículos automotores é de fundamental importância. A hidrólise ácida de materiais lignocelulósicos, e a subseqüente fermentação do hidrolisado para obter etanol, tem sido considerada uma alternativa importante para produzir etanol em larga escala. O objetivo desse estudo foi avaliar a tecnologia de hidrólise ácida do bagaço de cana para produzir glicose e furfural simultaneamente. O modelo cinético do reator considera a celulose como glicose potencial e partículas pequenas (_ 0,5 mm), assim as reações podem ser consideradas irreversíveis de primeira ordem pseudo-homogêneas e se minimiza os efeitos difusivos. Os efeitos fluidodinâmicos no reator foram estudados. Com os melhores rendimentos do reator foi conduzida a simulação no UNISimTM do ¿Process Flow Diagram (PFD)¿ desenvolvido. A avaliação econômica teve por objetivo estudar a viabilidade econômica do processo. Em relação ao reator pode-se dizer que o modelo proposto prevê que a altas temperaturas (T = 240 oC), curtos tempos espaciais (30 s) e baixas concentrações de ácido sulfúrico ( 0,5 % peso) obtêm-se as maiores rendimento tanto de glicose quanto de furfural. Em relação à fluidodinâmica, as velocidades terminais das partículas tipo fibra e pó são muito pequenas, assim a suspensão não pode ser alimentada no topo do reator. A variável considerada na simulação no UNISimTM do diagrama de fluxo de processo desenvolvido foi a fração mássica de sólidos e a vazão mássica da suspensão de bagaço de cana. A simulação no UNISimTM conduziu a avaliação econômica das frações mássicas de sólidos de 15% e 25%. Quanto à análise econômica, o processo produz aproximadamente 2,042 milhões de kg de etanol e 1,47 milhões de kg de furfural anualmente. O investimento de capital fixo estimado foi de US$ 1,388 milhões e de equipamento foi de US$ 295 mil. Isso gera um lucro bruto médio anual de US$ 0,414 milhões e tem um fluxo de caixa operacional anual de US$ 0,174 mil / Abstract: One of the current concerns in the world is the energy supply for next decades, since the main energy source used nowadays is oil, a not renewable and increasingly expensive fossil fuel. Acid hydrolysis of cellulosic materials, with a subsequent fermentation of the hydrolyzed to obtain ethanol, has been considered an important alternative to produce ethanol on large scale to achieve the aims related to the production of carburetant alcohol from sugar cane. The objective of this study was to evaluate the technology of acid hydrolysis from sugarcane bagasse to produce simultaneously glucose and furfural. The model considers fluid dynamics, the cellulose as potential glucose and small particles (_ 0.5 mm), so the reactions can be considered pseudo-homogeneous irreversible first-order. The Process Flow Diagram was developed with the best yields of the reactor. The economic analysis the economic feasibility of the process was evaluated. An isothermal plug flow reactor was used to study the continuous acid hydrolysis of pretreated sugarcane bagasse. The model developed can predict glucose and furfural best yields of 75% and 50%, respectively, at 240 oC, 0.5 % wt and 30 s of residence time. According to the fluid dynamic, the terminal velocity of fibre-type and pith-type particles are very small, thus the suspension cannot be fed at the top of the reactor. Moreover, the risk of deposition of particles in the reactor is prevented. The variables analyzed for the simulation in UNISimTM are solids weight fraction and suspension flow rate. The simulation in UNISimTM leaded to economic analysis of solids weight fraction of 15% and 25%. According to economic analysis, the optimal operational plant uses 48 (13332 kg/h) tons of sugarcane bagasse daily. It produces about 2.042 million kg of ethanol and 1.47 million kg of furfural annually. The fixed capital investment in plant and equipment is estimated at US$ 1.388 million and US$ 0.295 million, respectively. It generates annual gross profit of US$ 0.417 million and has operating profits of US$ 0.174 million / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:54:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bastos_JaciCarloSchrammCamara_D.pdf: 4353350 bytes, checksum: 0de3633c8edcc4ae2ec7fc57a3b590d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Apresenta-se nesta pesquisa uma análise experimental e numérica do comportamento da fase dispersa em um jato circular bifásico confinado e uma comparação com jato circular bifásico livre. Nas análises experimentais, uma câmara pentagonal em acrílico foi utilizada como sistema de confinamento para a obtenção de perfis axiais e radiais de velocidade média, flutuação de velocidade (RMS) e intensidade de turbulência. Estes dados foram analisados a fim de desenvolver uma análise completa da região desenvolvida do jato. Três diferentes jatos foram utilizados para a alimentação da fase gás no topo da câmara, mas apenas o jato central foi carregado com partículas entre 60 e 90µm de diâmetro. Os outros dois foram utilizados para proporcionar uma maior interação entre as fases no interior da câmara. A técnica óptica Phase Doppler Anemometry (PDA), foi empregada na medição da velocidade instantânea da fase sólida e do diâmetro das partículas nas diferentes posições axiais a partir do bico do jato. Nove casos de estudo distintos são investigados individualmente e, em seguida, comparados entre si. Estes casos fornecem informações importantes sobre o comportamento e o efeito do confinamento dos jatos sobre o transporte macrocóspico e turbulento das partículas entre o centro e as regiões de contorno do jato. As análises numéricas tratam da modelagem matemática tridimensional, turbulenta e transiente do escoamento no jato bifásico confinado. O modelo trata as fases gás e sólida a partir de uma abordagem Euleriana. O fechamento das equações de transporte foi realizado utilizando o modelo de turbulência de duas equações k-e para a fase gás e modelos de turbulência de zero-equação para a fase sólida, e ainda em alguns casos esta última apenas sofreu efeitos turbulentos advindos da fase contínua. A acurácia das previsões do modelo em um jato de partículas confinadas com as características médias no tempo, assim como os coeficientes da correlação de turbulência foram avaliados. Perfis radiais de velocidade média e fração volumétrica das partículas foram capturados em quarenta e dois níveis, subdivididos em nove casos e comparados aos dados experimentais adquiridos. O diâmetro médio das partículas utilizado nas simulações foi de 75µm e as velocidades iniciais utilizadas variam entre 3 e 11m/s no jato central. O modelo matemático previu um escoamento desenvolvido semelhante ao que foi encontrado experimentalmente. / Abstract: It is presented in this research an experimental and numerical analisys of the dispersed phase behavior in a circular confined two-phase jet and a comparison with circular free two-phase jet. In the experimental analysis, a pentagonal plexiglass chamber was used as confined system for the axial and radial profiles investigation of mean velocity, fluctuation velocity known as RMS velocity and turbulence intensity. These data were analyzed in order to develop a complete analysis in the developed region of the jet. Three different nozzles were used to feed the gas phase at the top of the chamber, but just the central nozzle was loaded with particles between 60 and 90µm of diameter. The other two were used to increase the interaction between the phases in the chamber. An optical technique known as Phase Doppler Anemometry was used to measure the instantaneous velocity of the solid phase and particle diameter in different axial positions of the jet nozzle. Nine different cases of study are investigated individually and then compared among each other. These cases provide important information about the jets behavior and the confinement effect on the macrocospic and turbulent transport of particles between the jet center and the jet contour regions. The numerical analysis deals with three-dimensional, turbulent and transient mathematical modeling of a confined two-phase jet flow. The model treats the gas and the solid phases from an Eulerian approach. The closure of the transport equations have been accomplished by using the k-e turbulence model for the gas phase and the zero-equation turbulence model for the solid phase, and in some cases the latter suffered turbulent effects occuring only from the continuos phase. The accuracy of the model predictions in a particle-laden confined jet with the characteristics as well as turbulence correlation coefficients have been evaluated. Radial mean velocity profiles for the solid phase were computed on forty two axial levels, subdivided in nine cases and compared to the obtained experimental data. The mean particle diameter used in the simulations was 75µm and the initial velocities used vary between 3 and 11m/s. The mathematical model predicted a flow development similar to that found experimentally. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jonas Laurentino de Souza.pdf: 1900199 bytes, checksum: 3994bd57ce92b5d78685371435d4291e (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / The oral administration of drugs for systemic effects is the most common way used in medical treatment. Among these, drugs as tablets are the most used. The granulation is a process that seeks to improve the transportation of powder in the compacting machine by the agglomeration of particles. The fluidized bed drying added to "spray dryer" technique is commonly used to form granules that reaches the required characteristics of a uniform grain, with strict control of final humidity of the granules and relatively short process when compared to other techniques for drugs production. Metformin is a drug displayed as hydrochloride and orally administered as coated tablets. It is indicated for the treatment of type 2 Diabetes mellitus. In order to improve productivity in an industrial fluidized bed used in the granulation and drying of Metformin, it is necessary to evaluate the effects of operation conditions used in the process, as particulate material and in the production process. For that purpose, it was performed the study of fluiddynamic granulation and drying of Metformin in fluidized bed in order to investigate the minimum fluidization velocity for the process of this drug. The influence of temperature and speed of drying air in processing time of the formula, and the average particle size were also evaluated. The experiments were elaborated based on the Evolutionary Operation Theory, proposed by Box (1957). It performed the shaping at drying stage. With these experiments was possible to reduce to zero the reworks of batches caused by the formation of preferential channels, which could occur deposition polymer solution on the particulate material. It was also possible to reduce the average processing time in 8 minutes, adding greater productivity and savings for the company where the work was developed. The results achieved, besides the gain in productivity, guide to where efforts should be directed to continue improving productivity, providing a practical methodology for applying the technique that can be applied in the production of other drugs that use the granulation process in fluidized bed. / A administração de fármacos para efeitos sistêmicos por via oral é a forma mais comum dentre os medicamentos. Dentre estes, os medicamentos na forma de comprimidos são os mais empregados. A granulação é um processo que visa melhorar o transporte do pó na máquina compressora por meio da aglomeração de partículas. A secagem em leito fluidizado acoplado à técnica de spray dryer é a técnica comumente empregada para a formação de grânulos que atendam as características necessárias de granulometria uniforme, com controle rigoroso da umidade final do granulado e tempo relativamente curto de processo quando comparado a outras técnicas para produção de medicamentos. A metformina é um fármaco, apresentado na forma de cloridrato, e administrado como comprimidos revestidos por via oral. É indicado no tratamento de diabetes, mais especificamente diabetes mellitus tipo 2. Com o objetivo de aprimorar a produtividade em um leito fluidizado industrial utilizado na granulação e secagem de metformina, faz-se necessário avaliar os efeitos das condições operacionais utilizadas no processo referentes a qualidade material particulado e o processo de produção propriamente dito. Para tanto, realizou-se o estudo fluidodinâmico da granulação e secagem de metformina em leito fluidizado investigando assim a velocidade mínima de fluidização para o processamento deste fármaco. A influência da temperatura e da velocidade do ar de secagem no tempo de processamento da fórmula e no tamanho médio da partícula também foram avaliados. Os experimentos foram elaborados a partir da teoria da Operação Evolutiva, proposta por Box (1957). A modelagem da etapa de secagem também foi realizada. Por meio dos experimentos realizados conseguiu-se reduzir a zero os reprocessos de bateladas por formação de canais preferenciais, onde poderia ocorrer deposição de solução polimérica sobre o material particulado. Foi possível também reduzir o tempo médio de processamento em 8 minutos, agregando maior produtividade e economia para a empresa na qual este trabalho foi desenvolvido. Os resultados obtidos mostram que houve ganhos em relação a produtividade, e norteiam para onde os esforços devem ser direcionados para continuidade do melhoramento de produtividade, fornecendo uma metodologia prática para aplicação da técnica que poderá ser aplicada na produção de outros fármacos que utilizam o processo de granulação por via úmida em leito fluidizado.

Oriunda da etapa de destilação do caldo do caldo da cana-de-açúcar, a vinhaça é um subproduto da produção de etanol. Apesar de seu difundido uso na agricultura canavieira como fertirrigação, sua disposição no solo tem sido questionada quanto a possíveis riscos ambientais. Uma destinação alternativa à vinhaça e seu tratamento anaeróbio, considerado bastante atrativo haja vista a possibilidade de recuperação de energia na forma de biogás, sem interferir em suas qualidades como biofertilizante. Entre os sistemas de tratamento anaeróbios, os reatores de leito fixo têm sido amplamente utilizados devido à sua estabilidade operacional. A modelagem abrangente destes tipos reatores tende a ser complexa de forma que o estudo dos escoamentos em seu interior do reator é vital. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi analisar e simular numericamente a hidrodinâmica de reator de leito fixo de fluxo ascendente tipo APBR (anaerobic packed bed reactor). Em termos gerais, os resultados obtidos por simulação foram confrontados tanto com os correspondentes valores experimentais como com aqueles obtidos a partir dos modelos uniparamétricos comumente usados para representar reatores não ideais. Para tanto, foram empregados dados pré-existentes de ensaios hidrodinâmicos conduzidos no início e no final da operação, com biorreator alimentado com solução-traçador na forma de degrau a vazões de 4,6 L/dia e 2,3 L/dia. Foram considerados os modelos de dispersão de pequena e grande intensidade bem como o modelo de tanques agitados em série. Quanto às simulações numéricas, foi usado o software de CFD (fluidodinâmica computacional)COMSOL Multiphysics &reg; 4.3b.As curvas DTR obtidas via simulação e com base nos modelos para reatores não ideais foram confrontadas com as curvas obtidas experimentalmente. Para o reator operando com vazão de 2,3 L/dia, nenhum dos modelos propostos mostrou-se adequado quanto ao final da operação, em razão da incapacidade em representar o surgimento de picos de concentração que podem estar associados ao acúmulo de biomassa no interior do biorreator, mas também ao tipo de traçador utilizado para a realização do experimento. As demais curvas DTR sugerem que o reator em questão aproxima-se do tipo pistonado. O simulador CFD representou de forma bem adequada os dados experimentais em comparação com resultados obtidos a partir dos modelos para reatores não ideais. A simulação numérica de biorreatores para tratamento de efluentes mostrou-se, pois, capaz de fornecer informações mais detalhadas e precisas, geralmente úteis a engenharia do processo. Adicionalmente, foi implementado um simulador com base no método de Boltzmann em rede (lattice Boltzmann method, LBM) capaz de simular escoamento laminar bidimensional em regime permanente no interior de um canal. No escopo de uma linha de pesquisa em simulação LBM de biossistemas agroindustriais, trata-se de um esforço inicial quanto à simulação LBM da hidrodinâmica de biorreatores para tratamento de efluentes em geral. / Resulting from sugarcane juice distillation, vinasse is a by-product from ethanol industry. Despite its widespread use as fertirrigation at crops, direct deposition of vinasse into soils has raised environmental issues. Alternatively, it may undergo anaerobic treatment, which is very attractive in view of energy recovery as biogas while preserving vinasse quality as biofertilizer. Among anaerobic treatment systems, fixed-bed reactors come forward due to their operational stability. Their comprehensive modeling is prone to be complex so that the study of fluid flows prevailing inside is fundamental. Accordingly, the goal of this work was to numerically analyze and simulate the hydrodynamics within a particular upflow fixedbed reactor, namely anaerobic packed bed reactor. In general, results from simulations were compared with experimental counterparts as well as against results from well-known single-parameter models for non-ideal reactors. Existing data from hydrodynamic tests were then used, concerning operation at both start-up and shut-down and bioreactor stepwise feeding with tracer solution flow at 4,6 L/day and 2,3 L/day. Non-ideal reactor models comprised either low or high-dispersion together with continuous stirred-tank reactor model while COMSOL Multiphysics &reg; 4.3b CFD (computational fluid dynamics) software was employed for simulations. Retention time distribution (RTD) curves from simulations and from model calculations were compared to experimental ones. For operation at 2,3 L/day flow, no models proved to be suitable as far as shut-down operation is concerned, due to biomass accumulation inside the bioreactor. Remaining RTD curves suggested that reactor behavior resembles plug-flow type. Compared to non-ideal reactor models, CFD simulations proved to properly reproduce experimental data while being able to provide detailed and accurate information for process engineering towards effluent treatment. Furthermore, a numerical simulator was implemented as based on the lattice Boltzmann method (LBM) in order to deal with two-dimensional steady-state laminar flow inside a channel. As part of research work on LBM simulation of agroindustrial biosystems, aforesaid simulator contributed to LBM simulation of hydrodynamics within bioreactors for wastewater treatment in general.

Remoções quase totais de clorofenóis, por processos anaeróbios, já foram atingidas mediante elevada concentração de matéria orgânica e um número considerável de fontes de carbono. Porém, é necessário que se investigue o desempenho dos reatores submetidos a condições menos idealizadas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para avaliar um reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) como etapa de pré-tratamento de substrato sintético contendo pentaclorofenol (PCP). Para isso, foram adotadas as seguintes condições experimentais: fonte única de carbono; concentração reduzida de matéria orgânica; biomassa não previamente adaptada, e menores tempos de detenção hidráulica. Para cumprir o objetivo citado, foram desenvolvidos dois reatores, com 2,2 e 16 litros, respectivamente, e foram realizadas etapas de avaliação de materiais suporte, estudo de diversas interações (partícula/fluido, partículas fluido, biopartícula/fluido e biopartículas/fluido), e análise do desempenho do RALF sem PCP e com PCP. Os materiais suporte escolhidos foram a alumina, o basalto e o carvão ativado granular, todos com diâmetros próximos a 3 mm. Eles foram avaliados em ensaios de caracterização física, de microscopia eletrônica de varredura, de fluidodinâmica e de análise de imagens. O carvão apresentou os melhores resultados e foi escolhido para a continuidade do trabalho. As interações foram analisadas através de ensaios fluidodinâmicos, isotermas de adsorção, dentre outros. Nas condições experimentais utilizadas, a biomassa aumentou a densidade da partícula, fato que foi comprovado pelos ensaios para determinação da velocidade mínima de fluidificação, de expansão e porosidade do leito, e também de velocidade terminal da partícula isolada. As isotermas de adsorção demonstraram que a presença de matéria orgânica diminuiu em 9% a adsorção do PCP. O RALF apresentou um comportamento satisfatório no período de operação sem PCP. Nos 105 dias de operação, a eficiência média de remoção de DQO ficou quase sempre superior a 90%, e os outros parâmetros de monitoramento de desempenho apresentaram valores típicos, indicando estabilidade no processo. A presença de PCP no sistema, nas concentrações utilizadas, não alterou a qualidade da biomassa presente, e nem os parâmetros de monitoramento de desempenho, como DQO, alcalinidade, pH e ácidos voláteis. Mesmo sob condições menos idealizadas, foi observado um desempenho satisfatório do reator na remoção do PCP. Em concentrações variando de 1 a 6 mg/L, foram observadas eficiências médias de remoção de 93% e 70%, respectivamente, para os 80 dias de operação nessas condições. Diante dos resultados obtidos, foi possível concluir que a remoção de PCP em um RALF pode ser atingida mediante condições operacionais mais simples. / The almost total removal of chlorophenols by anaerobic processes has been achieved under high concentrations of organic matter and a considerably large number of carbon sources. However, it is necessary to investigate the performance of such reactors under less idealized conditions. The present work shows the development of a new methodology for evaluating the use of an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) in the pretreatment step of a synthetic substrate containing pentachlorophenol (PCP). In order to do that, the following experimental conditions were used: a single source of carbon; reduced concentrations of organic matter; non-previously adapted biomass, and smaller hydraulic retention times. To achieve the main objective, two reactors, one having a volume of 2.2 L and the other one, 16 L, were especially designed; evaluation steps of support material and the study of several interactions (particle/fluid, particles/fluid, bioparticle/fluid, bioparticles/fluid) were carried out, and the performance of the AFBR with and without PCP was analyzed. The three support materials employed were alumina, basalt and granular activated carbon, all having average diameters of 3 mm. These materials were evaluated through physical characterization methods, microscopy, hydrodynamic and image analyses. The activated coal showed the best results and was exclusively employed in the remainder of the work. The interactions were analyzed by hydrodynamics and adsorption isotherms, to name but a few. Under the experimental conditions employed, the biomass made the particle density increase, a fact that was verified in the determination of the minimum fluidization velocity, the bed porosity and expansion as well as the terminal velocity of isolated particles. The adsorption isotherms showed a decrease of 9% in PCP absorption due to the existence of organic matter. The AFBR showed satisfactory results during the operation without PCP. In the 105 days of operation, the average efficiency of COD removal remained almost always over 90%, while the other performance monitoring parameters remained at typical values, indicating the process stability. The presence of PCP under the concentrations used in the system did not seem to affect neither the quality of the biomass nor the performance monitoring parameters, like COD, alkalinity, pH and volatile acids. Even under less idealized conditions, the reactor showed good performance in removing PCP. The average efficiencies of removal attained around 93% and 70% for concentrations of 1 to 6 mg/L respectively. These concentration levels were kept during 80 days. In view of the results obtained, it is possible to conclude that reasonably good efficiency of PCP removal in AFBR can be attained under simpler operational conditions.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-02-24T14:44:47Z No. of bitstreams: 1 marceloribeiro.pdf: 3015247 bytes, checksum: 325fa8dffab659edce18dc9c5f1f485c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-02-24T15:39:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marceloribeiro.pdf: 3015247 bytes, checksum: 325fa8dffab659edce18dc9c5f1f485c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-24T15:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marceloribeiro.pdf: 3015247 bytes, checksum: 325fa8dffab659edce18dc9c5f1f485c (MD5) Previous issue date: 2013-04-01 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A construção de edifícios, especialmente os mais esbeltos, requer uma análise apurada do comportamento dinâmico da estrutura. Tais estruturas são sujeitas a movimentos induzidos pelo vento, entre outras forças, o que pode causar efeitos indesejáveis tais como desconforto para os usuários ou até mesmo causar o colapso estrutural. Neste cenário, os sistemas de controle são utilizados a fim de atenuar a vibração excessiva. Dentre estes sistemas, aqueles que utilizam respostas dinâmicas das estruturas para a determinação das forças de controle, de um modo geral, quando adequadamente construídos, têm um desempenho satisfatório. Pode-se destacar o sistema de controle com retroalimentação. No entanto, o uso desses controladores em edifícios requer uma certa quantidade de testes e simulações, uma vez que os problemas em qualquer fase do processo de controle pode transformar um controlador ativo em um excitador, o que obviamente não é desejável. Neste trabalho foi realizada uma análise numérica de um modelo de sistema estrutural sujeito a forças dinâmicas de vento, onde as vibrações foram controladas por meio de um sistema de controle ativo. As forças de excitação foram obtidas por análise da fluidodinâmica computacional e as forças de controle foram obtidas aplicando a técnica de controle ótimo. Esta etapa constitui uma das primeiras fases do projeto de um controle. / The construction of buildings, especially the most slender, requires a detailed analysis of the structural dynamic behavior. Such structures are subject to movements induced by the wind and other forces, which can cause undesirable effects such as discomfort for the user or even cause the structural collapse. In this scenario, control systems are used to mitigate excessive vibration. Among these systems, those using dynamic responses of the structures to determine control forces, in general, when properly constructed, have satisfactory performance as control systems with feedback. However, the use of these controllers in buildings requires a certain amount of tests and simulations, since problems at any stage of the control process, may transform an active controller into an excitator, which is obviously undesirable. In this work a numerical analysis of a structural model subject to dynamic wind forces was performed. The excitation forces were obtained by computational uid dynamics analysis and control forces were obtained by applying the technique of optimal control. The present analysis is one of the first phases of a control design.

Orientador: Luiz Otávio Saraiva Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T05:32:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Horta_AgnusAzevedo_M.pdf: 4762311 bytes, checksum: 1bcc55cdb06dfc294f352fc1ac27c0ad (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal a implementação do motor de simulação de um framework de simulação com partículas, o motor de simulação utilizará o método DPD (Dissipative Particle Dynamics), baseando-se no paradigma de programação orientada a objeto (POO) e no uso de estruturas de dados otimizadas. O motor de simulação foi escrito em linguagem C++. A concepção do sistema foi realizada de forma a facilitar e promover a reutilização e manutenção do código. Buscou-se, também, a flexibilidade e generalização através do uso da linguagem Python na geração dos arquivos de entrada correspondentes a distribuição espacial das partículas, sendo utilizada a linguagem de marcação XML (eXtensible Markup Language) na estruturação dos arquivos resultantes da simulação. No final, o motor de simulação é avaliado aplicando o problema do fluxo de um fluído entre placas paralelas e o resultado comparado com os resultados obtidos no simulador Hoomd-Blue / Abstract: This work aims the implementation of the simulation of a simulation framework with particle engine, the simulation engine will use DPD (Dissipative Particle Dynamics) method, based on the paradigm of object oriented programming (OOP) and use optimized data structures. The simulation engine is written in C language ++. The system design was performed in order to facilitate and promote the reuse and maintainability of the code. Also, we sought flexibility and generalization through the use of Python in the generation of the input files corresponding to the spatial distribution of particles, (eXtensible Markup Language) XML markup being used in structuring the files resulting from the simulation. At the end, the simulation engine is the problem of applying rated flow of a fluid between parallel plates and the result compared with the results obtained in the simulation Hoomd-Blue / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezCastro_HelverCrispiniano_D.pdf: 5280150 bytes, checksum: 96fb29e2849d11c06890186cb8af2f51 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Conversão de matéria-prima e rendimento são estudados através de um modelo 3D que simula o principal reator do processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC). Fluidodinâmica computacional (CFD) é usada como técnica com abordagem Euleriana-Euleriana para prever o comportamento do riser da FCC. O modelo considera 12 grupos com desativação do catalisador dada por coque e envenenamento por nitritos alcalinas e adsorção aromático policíclico para estimar o comportamento cinético, o qual partindo de uma determinada matéria prima, se craquea a diversos produtos. Composições diferentes para matérias-primas foram consideradas. Para validação o modelo foi comparado com dados experimentais em condições de operação industrial. O modelo é capaz de representar com precisão a geração de produtos para as diferentes condições de operação consideradas. Todas as condições consideradas foram resolvidos usando o solver Ansys CFX 14.0. As diferentes variáveis do processo de operação e efeitos hidrodinâmicos do riser industrial de craqueamento catalítico fluidizado (FCC) foram avaliadas. As previsões do modelo são apresentados e comparadas; conversão e produtos são apresentados. Recomendações para criar condições para obter maior rendimento do produto no processo industrial foram dadas / Abstract: Feedstock conversion and yield products are studied through a 3D model simulating the main reactor of the fluid catalytic cracking (FCC) process. Computational Fluid Dynamic (CFD) is used with Eulerian-Eulerian approach to predict the fluid catalytic cracking behavior. The model considers 12 lumps with catalyst deactivation by coke and poisoning by alkaline nitrides and polycyclic aromatic adsorption to estimate the kinetic behavior which, starting from a given feedstock, produces several cracking products. Different feedstock compositions are considered. The model is compared with sampling data at industrial operation conditions. The simulation model is able to represent accurately the products behavior for the different operating conditions considered. All the conditions considered were solved using a solver Ansys CFX 14.0. The different operation process variables and hydrodynamic effects of the industrial riser of a fluid catalytic cracking (FCC) are evaluated. Predictions from the model are shown and comparison with experimental conversion and yields products are presented; recommendations are drawn to establish the conditions to obtain higher product yields in the industrial process / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química