O presente trabalho tem como objetivo a caracterização do carvão da mina de Leão IIcamada inferior, com a finalidade de gerar carvão pulverizado para a injeção nas ventaneiras do alto-forno na indústria siderúrgica. Esta prática visa diminuir o custo do coque, através do aumento da taxa de substituição do coque por carvões brasileiros de baixo rank. Para o estudo foram realizados ensaios de beneficiamento, análise imediata e elementar, poder calorífico, análise petrográfica e índice de inchamento livre. Na 1ª etapa de ensaios de beneficiamento, usaram-se densidades entre: 1,3-2,4g/cm3, com intervalo de diferença de 0,1 e 0,2 para as densidades de 1,3-1,9 e 2,0-2,4 g/cm3, respectivamente.Verificou-se que a fração de densidade 1,3 g/cm3 apresentou uma menor recuperação (2,0%) e um teor de cinzas de 4,3%. As maiores massas foram obtidas nas densidades de 1,4; 1,5 e 2,4 g/cm3, com recuperação de 11,1%;14,3% e 22,2% e teores de cinzas de 14,9%; 24,3% e 83,4%, respectivamente. Foram escolhidas as frações de densidades 1,4 e 1,5 g/cm3 com maior recuperação na 1ª etapa e com teor de cinzas em torno de 12 a 18%, conforme as curvas lavabilidade. Na 2ª etapa foi flutuado o carvão nas densidades de interesse escolhidas para o PCI e obtiveram-se recuperações mássicas de 13,11% e 27,00%, respectivamente. Assim as recuperações das médias ponderadas corresponderam a 22,46% para os carvões de interesse com alto teor de matéria carbonosa enquanto para as frações indesejadas obteve-se 80,45% em massa. A partir da análise imediata foram obtidos os teores das frações densidades flutuadas de 1,4 e 1,5 g/cm3, obteve-se os seguintes teores: U%- 14,45%; Cz(%bs)-15,22%;MV(bs)-36,04%; MV(bsic)- 42,51%; CF(bs) -50,54% e CF(bsic)- 59,6%. As médias da análise elementar obtida das duas frações foram: enxofre total-0,54%, hidrogênio total-5,44% e carbono total-56.74%, respectivamente. O poder refletor da vitrinita médio foi de 0,46 a 0,48% Ro, sendo classificado como sub-betuminosoB de acordo com a ASTM. O valor do poder calorífico médio foi de 5462 kcal/kg. A fração FL 1,4 é levemente aglutinante com 0,5 de perfil de inchamento, pois concentrou mais vitrinita e perfil zero (0) para fração de FL 1,5g/cm3 e NB, não sendo aglutinante. A partir dos resultados o carvão de leão II apresenta altos voláteis, bom poder calorífico superior; baixo S<1% e teores de cinzas e umidade razoáveis após beneficiamento em densidade de 1,4 a 1,5g/cm3. Assim pode ser usado para PCI, mas há necessidade de se fazer a devida mistura com carvão de médio e/ou alto rank para ajustar algumas propriedades de interesse de acordo com as exigências de cada alto-forno. / The present study concerns itself with the characterization of coal from the mine of Leão II (lower layer), for use in the steel industry with the purpose of generating pulverized coal for injection in the blast furnace. This practice is intended to reduce the cost of coke, by increasing the rate of replacement of Coke by Brazilian low-rank coals. For the study, were carried processing trials, proximate(%) and ultimate(%) analysis, calorific value, petrographic analysis and free swelling index. In the first step of processing tests, it was used density in between densities: 1.3-2, 4 g/cm3, with range of difference of 0.1 and 0.2 to 1.3 densities-1.9 and -2.0 2.4 g/cm3, respectively. It was found that the fraction of 1.3 g/cm3 density showed a minor recovery (2.0%) and an ash content of 4.3%. The biggest masses were obtained in 1.4; 1.5 and 2.4 g/cm3 densities, with 11.1%; 14.3% and 22.2% recovery and 14.9%; 24.3% and 83.4% ash content, respectively. There were chosen the fractional density 1.4 and 1.5 g/cm3 with greater recovery on the first step and with ash content around 12 to 18%, as the washability curves. The second stage was floated coal in densities of interest chosen for PCI and led to mass recalls of 13.11% and 27.00%, respectively. So recoveries of weighted averages corresponded to 22.46% to the coals with high carbon content while the unwanted fraction was 80.45% by mass. From the immediate analysis were obtained the contents of the fractions of floated densities of 1.4 and 1.5 g/cm3, the following levels: U%- 14.45%; as (% bd)- 15.22%; VM (bd)- 36.04%; VM (daf)- 42.51%; FC(bd)- 50.54% and FC (daf)- 59.6%. The averages of the elemental analysis obtained from two fractions were: total sulphur- 0.54%, total hydrogen- 5.44% and total carbon- 56.74%, respectively. The vitrinite reflector medium power was of 0.46 to 0.48% Ro, being classified as Sub-bituminous B in accordance with the ASTM standard. The value of the calorific average was of 5462 kcal/kg. The fraction FL 1.4 is slightly binder with 0.5 swelling profile because it obtained more vitrinite and focused profile of zero (0) for FL1.5 g/cm3 fraction and NB not agglutinative. From the results the Leão II coal has it was obvious presenting high volatile, good upper calorific value; low levels of S<1% and ashes and humidity reasonable after processing in density of 1.4 to 1.5 g/cm3. So it can be used for PCI, but there is need to do proper mixture with medium carbon and/or high rank to set some properties of interest according to the requirements of each blast furnace.

O processo de injeção pelas ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection - PCI) é uma das tecnologias mais promissoras para a incorporação de biomassas termicamente tratadas na siderurgia e um dos meios de alcançar uma redução consistente nas emissões de CO2 no setor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combustibilidade e reatividade ao CO2 de biomassas de madeira e caroço de azeitona tratadas em laboratório desde temperaturas de torrefação (250°C) até de carbonização (450°C) e comparar com carvões típicos utilizados em PCI, correlacionando com as características ocorridas devido aos tratamentos térmicos. Além da caracterização química, as transformações devido aos tratamentos térmicos das biomassas foram avaliadas via testes de combustão em termobalança, técnicas de microscopia ótica e eletrônica, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e técnicas de adsorção para análise da porosidade. Testes de combustibilidade foram conduzidos em um forno de queda livre (Drop Tube Furnace - DTF) em atmosferas convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) e os chars resultantes destes testes foram caracterizados quanto à estrutura e à reatividade ao CO2 em termobalança. Além disso, foram feitos testes de reatividade ao CO2 de misturas de eucalipto termicamente tratado e carvões em termobalança. A torrefação manteve o alto teor de voláteis das biomassas, enquanto que as biomassas carbonizadas apresentaram teores de carbono e poder calorífico semelhantes aos dos carvões de mais alto rank, com as vantagens típicas de biomassas de manterem um baixo teor de cinzas e enxofre. No entanto, o elevado teor de álcalis e fósforo nas cinzas pode ser um fator limitante na composição de misturas para PCI. O tratamento térmico das biomassas levou a gradual decomposição dos componentes da madeira com uma progressiva homogeneização da estrutura celular, associada a um aumento de aromaticidade e porosidade. De uma maneira geral, quanto menor foi a temperatura de tratamento térmico das biomassas, maior foi o burnout obtido no DTF. Comparada à atmosfera convencional (O2/N2), a atmosfera de oxicombustão (O2/CO2) levou a maiores burnouts para os chars de todas as biomassas e carvões. As biomassas carbonizadas apresentaram burnouts mais elevados que o carvão de mais baixo rank e o caroço de azeitona carbonizado apresentou baixa conversão, equivalente a um carvão de alto rank. Os chars das biomassas torrefeitas apresentaram estruturas cenosféricas isotrópicas de elevada porosidade nas paredes enquanto que os chars das carbonizadas preservaram a morfologia apresentada nas amostras originais. Os chars das biomassas foram altamente porosos, com áreas superficiais de meso e microporos em média 15 e 5 vezes maior que os chars dos carvões, respectivamente. Com relação aos testes de reatividade ao CO2 em termobalança, em geral, a reatividade dos chars das biomassas torrefeitas foi maior do que a reatividade dos chars das biomassas carbonizadas e estes foram pelo menos 10 vezes mais reativos ao CO2 do que o chars do carvão de mais baixo rank. Além das maiores áreas superficiais, principalmente o ordenamento da estrutura carbonosa e a morfologia foram fundamentais nas diferenças de reatividade ao CO2 entre os chars das biomassas e dos carvões. As misturas do carvão de mais baixo rank com a biomassa carbonizada apresentaram os melhores resultados em termos de aditividade na reatividade ao CO2. / Pulverized Coal Injection (PCI) in the blast furnace tuyeres is a promising technology for incorporation of thermally-treated biomasses and it is a way to reduce CO2 emissions in ironmaking processes. The aim of this work was to evaluate combustibility and CO2 reactivity of laboratory torrefied (250°C) and carbonized (450°) olive stone and woody biomasses, comparing with typical PCI coals. The transformations produced in biomasses due to torrefaction and carbonization were evaluated by chemical analyses, combustion tests in thermobalance, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and optical and electron microscopy and adsorption techniques. Combustion experiments were carried out in a Drop Tube Furnace (DTF) under conventional (O2/N2) and oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres and the chars collected were characterized by its structure and CO2 reactivity in thermobalance. Reactivity tests were also conducted in thermobalance with blends of thermally-treated eucalyptus and coals. Torrefied samples maintained high contents of volatile matter, typical of raw biomasses, while carbonized biomasses showed carbon contents and high heating values similar to that of high rank coals, retaining low ash and sulfur contents. However, its high alkali and phosphorus contents could be a limiting factor to the use in blends for PCI. The thermal treatments of biomasses lead to a gradual decomposition of wood components and to a progressive homogenization of cell structure, associated to an increase in aromaticity and porosity. In general, the lower the thermal treatment temperature, the higher was the burnout in the DTF. Compared to conventional atmosphere, oxy-fuel combustion led to the highest burnouts for all biomass chars. The carbonized biomasses showed higher burnouts than the high-volatile coal and olive stone showed burnouts similar to a low-volatile coal. The chars from the torrefied biomasses showed isotropic cenospheric structures with high porosity within the walls and the chars from the carbonized biomasses preserved the morphology seen in original carbonized samples. The biomass chars presented highly porosity, with micro and mesoporosity in average, 5 and 15 times greater than the coal chars, respectively. In relation to the CO2 reactivity tests, in general, the torrefied biomass chars were more reactive than the carbonized biomass chars. However, due to its higher surface areas, structure arrangement and morphology, the carbonized biomass chars were at least 10 times more reactive than the high-volatile coal chars. The blends of high-volatile coal and carbonized eucalyptus showed good additivity in the CO2 reactivity tests in thermobalance.

A injeção de carvão pulverizado (PCI — pulverized coal injection) nos altos-fornos (AFs) é uma tecnologia utilizada pelas usinas siderúrgicas para aumentar a produtividade e diminuir o consumo de coque no AF. Nas últimas décadas as taxas de injeção de carvão pulverizado aumentaram na maior parte dos AFs. O principal problema associado à utilização de altas taxas de PCI é a geração de char (carvão incombusto) na zona de combustão. Este material percorre um caminho ascendente junto ao fluxo gasoso, podendo acumular-se e assim prejudicar a permeabilidade do AF. A presença, nas amostras sólidas recolhidas do gás de saída do AF, de altos teores de char pode ser o resultado da injeção de um carvão pulverizado com uma combustibilidade inadequada e de uma operação instável do AF. Portanto, conhecer a proporção de char que sai do AF contribuirá na seleção do tipo de carvão utilizado e na otimização da prática de PCI. Análises químicas das amostras de pó do AF revelam, sem distinguir, a presença de materiais carbonosos. A microscopia ótica foi utilizada para estudar estas amostras sólidas, mas apresenta certas limitações. A difração de raios-X (DRX) é uma técnica padrão para caracterizar a estrutura cristalina dos materiais. Ela também pode ser utilizada para quantificar as dimensões dos cristalitos (Lc, La, etc.) dos materiais carbonosos. Uma vez que a estrutura do coque é mais ordenada que a do char, seria possível quantificar a proporção destes materiais nas amostras de pó do AF através da DRX combinada a análises químicas. O objetivo principal deste trabalho foi identificar e quantificar os componentes carbonosos (char e finos de coque) presentes no pó de balão (PB) do AF, por DRX e análise elementar de carbono. O efeito da temperatura sobre a grafitização do coque também foi avaliado, a fim de identificar a possível origem dos finos de coque gerados no AF. Três amostras de PB coletadas de um AF, uma em operação a coque e duas a PCI, foram selecionadas. Os pós foram fracionados e analisados quimicamente. Após, as frações destas amostras foram moídas, desmineralizadas e analisadas por DRX e análise elementar de carbono. Amostras de char produzidas em laboratório e respectivos carvões foram utilizados como padrões para a quantificação. Amostras de coque foram tratadas termicamente a diferentes temperaturas, sendo posteriormente analisadas por DRX. Este estudo mostrou que a DRX pode ser usada como técnica padrão para identificar as estruturas do char e do coque podendo ser utilizada para quantificar a proporção destes materiais carbonosos no pó de balão do AF. Além disto, observou-se que quanto maior a temperatura de tratamento térmico mais ordenada fica a estrutura cristalina do coque. / In a Blast Furnace (BF), Pulverized coal injection (PCI) is the most popular injection technology used worldwide to reduce coke consumption and to increase the productivity. In the last decades the PCI injection rates raised in the most of BFs. One of the problems during the PCI operation in BF is the unburnt char formation. Higher char levels in the BF stack could impact burden permeability. The off gas BF solid samples contain char, coke fines, metallic oxides, etc. The quantification of the carbonaceous materials content in these samples could be used to improve the PCI performance in operating BF. Chemical analysis in the BF dust samples reveal without differentiates some carbonaceous material. The optical microscopy was used to study these solid samples but with some restrictions. XRD (X-ray diffraction) is a standard means of characterizing the structure of materials. This technique has been utilized to determine the crystallite sizes (Lc, La, etc.), in carbonaceous materials. Since the coke structure is more ordered than the char structure, it would be possible to quantify the proportion of these materials in the off-gas BF samples by chemical analysis in combination with XRD. The aim of this work is to identify and quantify carbonaceous components (coal, char and coke fines) in the flue dust BF samples through the use of the XRD technique and ultimate analysis. Besides, the effect of temperature on coke graphitization will be studied aiming to identify the possible origin of coke fines in the BF dust. Four dusts collected in the off-gas BF, two at all coke and two at PCI operations, were selected for this investigation. The dusts were fractioned and chemically analyzed. After the fractions were grounded, demineralized and analyzed by ultimate analysis and XRD. Besides, were investigated the atomic structure of raw coals and its laboratory char, and raw coke and its laboratory heattreated samples. This study has shown that the XRD technique could be used as a standard procedure to identify the char and coke structures and could be used to quantify the fines proportions of these carbonaceous materials in the BF flue dust. It was concluded that the bigger the annealing temperature the more ordered becomes the atomic coke structure.

Este trabalho apresenta uma proposta para o Ensino de Física partindo de aplicações da Física em produtos tecnológicos, e está formatado à luz da pedagogia construtivista de Piaget, Vygotsky e Ausubel. Pretende-se despertar a curiosidade e o interesse dos professores e, como conseqüência, dos alunos, pelos temas da Física, desmistificando equipamentos utilizados no cotidiano. Um dos objetivos do trabalho é contribuir para o preenchimento de lacunas existentes no Ensino de Física no Ensino Médio através da formação continuada de professores. O desenvolvimento do trabalho consistiu na realização de oficinas para professores e estudantes do Ensino Médio focalizadas no estudo de Fenômenos Ondulatórios, Eletromagnetismo e Tópicos de Física Moderna que explicam o funcionamento do forno de microondas e do disco rígido de computador. As oficinas foram oferecidas para professores de Física em seis localidades diferentes do Estado, e para alunos da terceira série do Ensino Médio do Instituto Estadual de Educação Cardeal Pacelli de Três de Maio, e consistiram de uma série de atividades, como a desmontagem de um forno de microondas e do disco rígido de computador, atividades interativas e experimentais. A realização destas atividades está de acordo com a proposta de Piaget, segundo a qual, as ações humanas são a base do comportamento. As atividades são desenvolvidas em pequenos grupos, seguidas por momentos de discussão no grande grupo, pois, conforme Vygotsky, o desenvolvimento cognitivo tem como origem a conversão de relações sociais em funções mentais. Através do conjunto de atividades, seja através das ações ou interações humanas, os conhecimentos prévios dos indivíduos são constantemente confrontados com novos conhecimentos, criando condições para uma aprendizagem significativa, conforme Ausubel. O trabalho foi submetido à avaliação com a aplicação de um pré-teste, antes do início das atividades propostas, e de um pós-teste, aplicado após o encerramento das atividades. Os resultados das avaliações mostraram que novos conceitos foram aprendidos pelos participantes, indicando que a proposta, baseada no ensino de Física a partir de aplicações tecnológicas, é eficiente e indicada para promover a melhoria da qualidade do Ensino de Física. / This work consists in a project for Physics Education starting from the application of Physics in technological products, and it is based on the theory of constructivism from Piaget, Vygotsky and Ausubel. The aim is to instigate the curiosity and the interest of teachers and, as a consequence, of students, by Physics subjects, through experiments based on how domestic equipments work. One of the purposes of this project is to help improving the formation of High School Physics teachers. The project consisted of workshops for teachers and High School students, focused on Wave Phenomena, Electromagnetism and Modern Physics, to explain how the microwave oven and a computer hard disk work. The workshops were held at six towns in the Northeast region of the State and for senior High School students of the Instituto Estadual de Educação Cardeal Pacelli in Três de Maio. They consisted of different kinds of activities like disassembling a microwave oven and a computer hard drive, and interactive and experimental activities. The development of these activities is in agreement with the Piaget´s theory that the actions are the basis of the human behavior. The activities were performed in small groups, followed by discussion breaks with the whole group, since, according to Vygotsky, the cognitive development was created by the conversion of social relations to mental functions. Through the set of activities, involving actions and human interactions, the previews knowledge of the individuals are constantly confronted with new knowledge, making conditions for a meaningful learning, according to Ausubel. The evaluation of the project was based on tests for the participants, before and after the workshops. The results showed that the participants improved their knowledge about Physics concepts, indicating that the project, based on Physics education starting from the technological applications, is efficient and indicated to promote the improvement of the quality of Physics classes at High School.

O processo de injeção pelas ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection - PCI) é uma das tecnologias mais promissoras para a incorporação de biomassas termicamente tratadas na siderurgia e um dos meios de alcançar uma redução consistente nas emissões de CO2 no setor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combustibilidade e reatividade ao CO2 de biomassas de madeira e caroço de azeitona tratadas em laboratório desde temperaturas de torrefação (250°C) até de carbonização (450°C) e comparar com carvões típicos utilizados em PCI, correlacionando com as características ocorridas devido aos tratamentos térmicos. Além da caracterização química, as transformações devido aos tratamentos térmicos das biomassas foram avaliadas via testes de combustão em termobalança, técnicas de microscopia ótica e eletrônica, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e técnicas de adsorção para análise da porosidade. Testes de combustibilidade foram conduzidos em um forno de queda livre (Drop Tube Furnace - DTF) em atmosferas convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) e os chars resultantes destes testes foram caracterizados quanto à estrutura e à reatividade ao CO2 em termobalança. Além disso, foram feitos testes de reatividade ao CO2 de misturas de eucalipto termicamente tratado e carvões em termobalança. A torrefação manteve o alto teor de voláteis das biomassas, enquanto que as biomassas carbonizadas apresentaram teores de carbono e poder calorífico semelhantes aos dos carvões de mais alto rank, com as vantagens típicas de biomassas de manterem um baixo teor de cinzas e enxofre. No entanto, o elevado teor de álcalis e fósforo nas cinzas pode ser um fator limitante na composição de misturas para PCI. O tratamento térmico das biomassas levou a gradual decomposição dos componentes da madeira com uma progressiva homogeneização da estrutura celular, associada a um aumento de aromaticidade e porosidade. De uma maneira geral, quanto menor foi a temperatura de tratamento térmico das biomassas, maior foi o burnout obtido no DTF. Comparada à atmosfera convencional (O2/N2), a atmosfera de oxicombustão (O2/CO2) levou a maiores burnouts para os chars de todas as biomassas e carvões. As biomassas carbonizadas apresentaram burnouts mais elevados que o carvão de mais baixo rank e o caroço de azeitona carbonizado apresentou baixa conversão, equivalente a um carvão de alto rank. Os chars das biomassas torrefeitas apresentaram estruturas cenosféricas isotrópicas de elevada porosidade nas paredes enquanto que os chars das carbonizadas preservaram a morfologia apresentada nas amostras originais. Os chars das biomassas foram altamente porosos, com áreas superficiais de meso e microporos em média 15 e 5 vezes maior que os chars dos carvões, respectivamente. Com relação aos testes de reatividade ao CO2 em termobalança, em geral, a reatividade dos chars das biomassas torrefeitas foi maior do que a reatividade dos chars das biomassas carbonizadas e estes foram pelo menos 10 vezes mais reativos ao CO2 do que o chars do carvão de mais baixo rank. Além das maiores áreas superficiais, principalmente o ordenamento da estrutura carbonosa e a morfologia foram fundamentais nas diferenças de reatividade ao CO2 entre os chars das biomassas e dos carvões. As misturas do carvão de mais baixo rank com a biomassa carbonizada apresentaram os melhores resultados em termos de aditividade na reatividade ao CO2. / Pulverized Coal Injection (PCI) in the blast furnace tuyeres is a promising technology for incorporation of thermally-treated biomasses and it is a way to reduce CO2 emissions in ironmaking processes. The aim of this work was to evaluate combustibility and CO2 reactivity of laboratory torrefied (250°C) and carbonized (450°) olive stone and woody biomasses, comparing with typical PCI coals. The transformations produced in biomasses due to torrefaction and carbonization were evaluated by chemical analyses, combustion tests in thermobalance, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and optical and electron microscopy and adsorption techniques. Combustion experiments were carried out in a Drop Tube Furnace (DTF) under conventional (O2/N2) and oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres and the chars collected were characterized by its structure and CO2 reactivity in thermobalance. Reactivity tests were also conducted in thermobalance with blends of thermally-treated eucalyptus and coals. Torrefied samples maintained high contents of volatile matter, typical of raw biomasses, while carbonized biomasses showed carbon contents and high heating values similar to that of high rank coals, retaining low ash and sulfur contents. However, its high alkali and phosphorus contents could be a limiting factor to the use in blends for PCI. The thermal treatments of biomasses lead to a gradual decomposition of wood components and to a progressive homogenization of cell structure, associated to an increase in aromaticity and porosity. In general, the lower the thermal treatment temperature, the higher was the burnout in the DTF. Compared to conventional atmosphere, oxy-fuel combustion led to the highest burnouts for all biomass chars. The carbonized biomasses showed higher burnouts than the high-volatile coal and olive stone showed burnouts similar to a low-volatile coal. The chars from the torrefied biomasses showed isotropic cenospheric structures with high porosity within the walls and the chars from the carbonized biomasses preserved the morphology seen in original carbonized samples. The biomass chars presented highly porosity, with micro and mesoporosity in average, 5 and 15 times greater than the coal chars, respectively. In relation to the CO2 reactivity tests, in general, the torrefied biomass chars were more reactive than the carbonized biomass chars. However, due to its higher surface areas, structure arrangement and morphology, the carbonized biomass chars were at least 10 times more reactive than the high-volatile coal chars. The blends of high-volatile coal and carbonized eucalyptus showed good additivity in the CO2 reactivity tests in thermobalance.

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-10T14:28:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Leonardo da Costa.pdf: 6492966 bytes, checksum: 174817aac36f12dfe33a16385ea9fc04 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T14:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Leonardo da Costa.pdf: 6492966 bytes, checksum: 174817aac36f12dfe33a16385ea9fc04 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / É crescente o uso de estruturas em aço no Brasil, concomitantemente a isso, aumenta a necessidade de disseminação do conhecimento técnico e ferramentas capazes de proporcionar o uso racional desses elementos. Chama-se, a isto, desenvolvimento. E, com isso, as construções tornam-se mais sofisticadas e cuja importância social e econômica é proporcional; assim, as exigências de estruturas e elementos mais esbeltos e seguros estão constantemente à tona, ou seja, construir com eficiência funcional, econômica e segurança são essenciais. Neste contexto, surge a verificação estrutural em situação de incêndio, que é orientada por prescrições normativas em todo o mundo. No entanto, os estudos experimentais acerca do comportamento de elementos nestas condições ainda são reduzidos, pois a infraestrutura necessária para simulações de incêndio com elementos estruturais em escala real demanda recursos, tempo e disposição. A partir deste cenário, foi desenvolvido este projeto financiado pela FINEP/MCT cujo objetivo foi montar uma infraestrutura no Laboratório de Materiais e Estruturas/UFPE capaz de viabilizar investigações de elementos, em escala real, com aplicação de carregamento mecânico e térmico simultaneamente, assim como, iniciar os trabalhos nesta linha de pesquisa. Paralelamente à aquisição de um forno elétrico, capaz de reproduzir a curva-padrão ISO834, foi adquirido equipamentos, feita a montagem e adequação laboratorial e um programa experimental- a fim de avaliar o comportamento de pilares em aço formado a frio-, em situação de incêndio e com pré-carregamento mecânico, considerando a dilatação térmica axial livre e os efeitos de sua restrição em dois níveis de carregamento.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-01-30T11:57:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Bruno Elias dos Santos Costa - 2013.pdf: 2053959 bytes, checksum: 6af8dff43a9a4b548490b5b15b557b8a (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-01-30T14:45:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Bruno Elias dos Santos Costa - 2013.pdf: 2053959 bytes, checksum: 6af8dff43a9a4b548490b5b15b557b8a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-30T14:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Bruno Elias dos Santos Costa - 2013.pdf: 2053959 bytes, checksum: 6af8dff43a9a4b548490b5b15b557b8a (MD5) Previous issue date: 2013-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this study, a highly sensitive and selective procedure for determination of arsenate and total arsenic in rice by electrothermal atomic absorption spectrometry after cloud point extraction As(V)-CPE-GF AAS was developed. The procedure is based on complex formation of As (V) ions with molybdate in the presence of 50.0 mmol L-1 sulfuric acid and 0.1 mmol L-1 ascorbic acid. The complex of As (V)-molybdate was extracted into the surfactant-rich phase of 0.06% w/v Triton X-114 solution. The variables affecting complex formation, extraction and phase separation such as complexing agent concentration, reducing agent concentration and electrolyte concentration were optimized using a factorial design and response surface methodology through central composite design (CCD). Under the optimal experimental conditions, the calibration graph was linear in the range of 0.03 – 10.0 μg L-1 for As (V) ions. The detection and quantification limits for As(V) were 0.0099 and 0.0331 μg L-1 respectively, obtaining an enrichment factor of 78.3 and the corresponding value for relative standard deviation (R.S.D) for 10 replicate determinations was below 5%. A two-level full factorial experimental design involving three factors (permanent modifiers, pyrolysis temperature PT and atomization temperature AT) was investigated to estimate the optimum values of the variables affecting the detection. It was demonstrated that iridium modifier and PT x AT interaction were considered in modeling the response surface. Recovery values were obtained between 90.8% and 113.1% for spiked samples. The method was successfully applied to the determination of As (V) and total arsenic in some rice samples. / Neste estudo, foi desenvolvido um procedimento altamente sensível e seletivo para determinação de As(V) e arsênio total em amostras de arroz por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite após extração por ponto nuvem As(V)-CPE-GF AAS. O procedimento é baseado na formação do complexo de íons As(V) com molibdato na presença de 50,0 mmol L-1 de ácido sulfúrico e 0,1 mmol L-1 de ácido ascórbico. O complexo As(V)-molibdato foi extraído para fase rica em surfactante da solução de 0,06 % m/v de Triton X-114. As variáveis que afetam a formação do complexo, extração e a separação de fases, tais como a concentração do agente complexante, concentração do agente redutor e a concentração do eletrólito foram otimizadas utilizando planejamento fatorial e metodologia de superfície de resposta por meio do planejamento composto central (CCD). Sobre as condições otimizadas, a curva de calibração foi linear na faixa de 0,03 – 10,0 μg L-1 para íons As(V). Os limites de detecção e quantificação alcançados para As(V) foram 0,0099 e 0,0331 μg L-1 respectivamente, obtendo um fator de enriquecimento de 78,3 e o valor correspondente ao desvio padrão relativo (D.P.R.) para 10 replicatas foram abaixo de 5%. Um planejamento experimental fatorial de dois níveis envolvendo três fatores (modificadores permanentes, temperatura de pirólise TP e temperatura de atomização TA) foi investigado para estimar os valores ótimos das variáveis que afetam a detecção. Foi demonstrado que o modificador permanente de irídio e a interação TPxTA foram considerados na modelagem da superfície de resposta. Valores de recuperação foram obtidos entre 90,85% à 113,10% para amostras fortificadas. O método foi aplicado satisfatoriamente para a determinação de As(V) e arsênio total em algumas amostras de arroz beneficiadas na região.

Reflexo de um modo de vida que exige locomoção rápida e com um mínimo de conforto, atualmente, nas grandes metrópoles, há um grande número de veículos em circulação que emitem gases poluentes (hidrocarbonetos, CO e óxidos de nitrogênio - NOx). Para minimizar a emissão desses gases, os carros atuais são dotados de conversores catalíticos, formados pelos metais do grupo da platina, com a finalidade de converter gases nocivos em gases menos agressivos ao ambiente e ao homem. Porém, esses elementos constituintes dos conversores catalíticos podem ser expelidos para o ambiente, na forma de materiais particulados em suspensão, por volatilização ou junto com os gases da combustão. Desta forma, esses elementos podem acumular-se nos mais diversos ambientes. A utilização de amostras biológicas, tal como sangue, na investigação e no controle à exposição de elementos nos seres humanos vem sendo praticada há muito tempo. Estudos com materiais biológicos apontam que as concentrações de metais do grupo da Platina estão na ordem de ng/kg. Tais níveis de concentração representam um grande desafio para a Química Analítica, pois são muito baixos para que se tenham resultados com boa precisão e exatidão nas análises, mesmo utilizando técnicas muito sensíveis. Como alternativa para contornar os problemas, nas determinações destas baixas concentrações, etapas prévias de pré-concentração, com posterior determinação, vem sendo propostas com sucesso. Nessa pesquisa, para a pré-concentração dos analito, extração em ponto nuvem foi empregada com determinação por espectrometria de absorção atômica por forno de grafite. O procedimento da extração em ponto nuvem consiste em derivatizar os analitos em espécies hidrofóbicas por meio de um agente complexante, e extrair por micelas formadas a partir de um surfactante não iônico, induzidas por mudança de temperatura. Essa extração se baseia no fenômeno que ocorre com a formação de agregados micelares, quais apresentam caráter hidrofóbico. Foram estudados diferentes ligantes, e o melhor resultado para a extração foi obtido empregando-se o APDC (pirrolidina ditiocarbamato de amônio). Os parâmetros da extração em ponto nuvem otimizados para o melhor ligante foram: pH=7; 3,0x10-2 mol L-1 de APDC; 0,5 % m v-1 de Triton X-114; 60ºC durante 10 min de banho, 10 min de centrifugação e 50 mg L-1 Cu(II) como modificador químico. O método apresentou fator de enriquecimento de 24 vezes, mas o LOD (0,24 &#181;g L-1) ficou muito acima dos valores apresentados em amostras de indivíduos expostos e não expostos. Adições de 1, 5 e 10 &#181;g L-1 foram realizadas para avaliar a exatidão do método e apresentaram recuperações média de 91%. / Reflecting a way of life that requires fast displacement with a minimum of comfort, currently in big cities, there are a large number of vehicles that produce a large amount of waste gases (hydrocarbons, CO and nitrogen oxides - NOx) to atmosphere. To minimize the emission of these gases, current cars are equipped with catalytic converter, made of platinum group metals, which has the purpose of converting the noxious gases into less harmful gases to environment and man. However, these constituents of the catalytic converter can be expelled to the environment in form of particulates in suspension, or by volatilization along with the combustion gases. Thus, these elements can accumulate. Biological samples such as blood, urine, hair, nail, have been used for a long time in studies and control of human exposition to elements. Studies of biological materials indicate that the concentrations of platinum group metals are the order of ng/kg. Such concentration levels means a huge challenge for analytical chemistry, as they are too low to provide the necessary results with good precision and accuracy in the analysis, even using very sensitive techniques. As an alternative to overcome the problems in the provisions of these low concentrations, preconcentration methods, with subsequent determination has been proposed successfully. Cloud point extraction (CPE) was proposed in this work for pre-concentration of the analytes. CPE procedure consists in derivatizing the analytes into hydrophobic species by a complexing agent and extracts them trapped inside micelles formed from a nonionic surfactant, induced by temperature change. The cloud point extraction is based on the phenomenon that occurs with the formation of these hydrophobics aggregates by those micelles. Dithizone, DBTC, DMG, DDTC and APDC ligands were studied. The optimized parameters of cloud point extraction were: pH=7; 3,0x10-2 mol L-1 APDC; 0,5% m v-1 Triton X-114; 60 ºC while 10 min of termal bath and 10 min of centrifugation time. A Cu (II) 50 mg L-1 solution was used as a chemical modifier. The method was evaluated after optimized cloud point extraction\'s parameters conditions. It showed enrichment factor of 24-fold, but the limit of detection (0.24 µg L-1) was higher than the values expected to samples of exposed and non exposed individuals. A recovery test was done and a satisfactory recovery result was provided, up to 91%.

O arroz é um dos alimentos mais consumidos no mundo, caracterizando-se como a base da alimentação para mais da metade da população mundial. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (WHO), a ingestão de alimentos contaminados é uma das principais vias de absorção de elementos potencialmente tóxicos pelo ser humano. Por esse motivo, órgãos de fiscalização têm estabelecidos limites máximos permitidos desse tipo de elemento nos alimentos. Nesse sentido, o desenvolvimento de métodos e aplicações visando à determinação de elementos com caráter tóxico, tais como o Al, As, Cd e Pb em alimentos é de suma importância. Nesse projeto, foram desenvolvidos métodos para determinações diretas de Al, As, Cd e Pb em arroz por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite e amostragem direta de sólidos (SS-GF AAS) que tem se mostrado uma técnica promissora especialmente devido à sua elevada sensibilidade e detectabilidade, além de dispensar morosos processos de decomposição de amostra. A adequada otimização do programa de aquecimento aliado ao uso de modificadores químicos adequados possibilitou o uso de calibração aquosa. Parâmetros importantes como o tamanho de partícula, massa de amostra e segregação de analito foram investigados. Observou-se que partículas inferiores a 100 &#181;m geravam resultados precisos. A massa mínima ideal de amostra de arroz a ser utilizada na análise foi em torno de 300 &#181;g. A massa máxima recomendada foi 500 &#181;g. Segregação de Al e Cd não foram observadas na amostra de arroz. A segunda parte do projeto envolveu a aplicação do método de análise desenvolvido em amostras de arroz comercializadas na cidade de São Paulo. Investigou-se também a influência dos processos de lavagem e cozimento dos grãos sobre a concentração de Al, As, Cd e Pb. Todas as 17 amostras de diversos tipos e marcas de arroz analisadas apresentaram concentrações de As, Cd e Pb abaixo dos limites estabelecidos por lei. Com relação ao Al, não há regulamentado o valor de limite máximo. As maiores concentrações desse elemento foram observadas nos grãos de arroz integral. O processo de lavagem removeu significativamente a concentração de Al e Pb na maioria das amostras, entretanto, o mesmo não foi observado para o Cd. O processo de cozimento diminuiu a concentração de Cd e Pb em parte das amostras, e um pequeno aumento na concentração do Al foi observado, o qual pode ser atribuído à contaminação pelo ambiente. O cozimento do arroz em frascos de vidro ou panelas a base de alumínio não alterou a concentração desse elemento no arroz, nem mesmo quando a panela de alumínio foi polida com palha de aço / Rice is a staple food for more than 40% of the world\'s population. Considering that the main reason of contamination by potentially toxic element occurs by food ingestion, World Health Organization (WHO) has been controlling the levels of some contaminants. In this context, development of methods and applications associated to determination of potentially toxic elements such as Al, As, Cd and Pb in food are important. In this work, methods for direct determination of Al, As, Cd and Pb in rice by solid sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry (SS-GF AAS) were developed. Solid sampling-GF AAS has shown as a promising technique especially due to its high sensitivity and detectability and the possibility to practice direct analysis of solid samples, dismissing tedious and error prone sample preparation step. The adequate heating program optimization associated to the use of chemical modifier allowed direct rice analysis against aqueous calibration. The influence of some parameters, such as particle size, sample mass size and analyte segregation on the analytical results were investigated. Results showed that particle size smaller than 100 &#181;m generated accurate results. The minimum sample mass size recommended for analysis was around 300 &#181;g and the maximum sample mass size was around 500 &#181;g. Segregation of Cd and Al was not observed in the rice sample. The second part of the work involved the analysis of 17 rice samples commercially available in São Paulo city. Influence of rice washing and cooking procedure on the Al, As, Cd and Pb concentrations was also investigated. Concentration of all analytes were lower than the maximum allowed by WHO in all samples. The highest concentrations of Al were found in coarse rice. The washing process reduced significantly the concentrations of Al and Pb in most samples, however, the same was not observed for Cd. Cooking process reduced the concentration of Cd and Pb for most samples, probably by volatilization. On the other hand, an increase in Al concentration was observed. This fact could be attributed to the sample contamination during cooking process. Rice cooked in glass or aluminum container presented the same concentration of Al, even when polished aluminum container was used. These results indicated that there is no translocation of Al from container to food

[pt] O cenário siderúrgico brasileiro passa, atualmente, por uma forte depressão, com uma capacidade instalada de 48,9 milhões de toneladas de aço bruto (que alcançará 51,9 milhões no primeiro trimestre de 2016) e uma queda na produção de 1,9 por cento em relação a 2014 (33,2 milhões de toneladas em 2015). Em 2015 teve-se um nível de utilização de 67,89 por cento das indústrias frente aos 85 por cento considerados como bom desempenho pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), porcentagem que diminuiu em consequência da queda do consumo interno 21 por cento (24 milhões de toneladas). A indústria siderúrgica brasileira utiliza o Alto-Forno como uma tecnologia para obtenção de ferro gusa. O Alto-Forno, nos dias de hoje, continua sendo o reator que apresenta a melhor opção entre as diversas tecnologias de obtenção de ferro-gusa devido a sua alta taxa de produção, alto desempenho térmico, estabilidade e segurança operacional e longevidade dos equipamentos. Contudo, diversas melhoras no processo são pesquisadas, sendo uma delas o controle operacional do reator que visa manter sua estabilidade prevendo possíveis falhas e reduzindo os consumos energéticos para mantê-los com produtividade competitiva frente ao mercado internacional. O presente trabalho apresenta a concepção de um modelo com objetivo de gerar a superfície de mínimo consumo de redutor (carbono) para a produção de ferro primário em Altos-Fornos. No seu desenvolvimento foram consideradas as condições de equilíbrio das reações de redução, os balanços de massa e de energia do processo e o equacionamento de parâmetros operacionais. Sua aplicação à redução em Altos-Fornos é exemplificada para situações reais, baseada no banco de dados operacionais de uma usina siderúrgica. Foi possível, a partir de planos de corte nestas superfícies, gerar diagramas binários do tipo CR-RD (Consumo de Redutor-Redução Direta), passíveis de serem obtidos on-line com o processo Dentre os resultados obtidos, foi possível identificar, confirmar e prever, através da análise dos casos estudados que o fenômeno que se costuma chamar de gelada do forno, são essencialmente inviabilidades termodinâmicas importantes, geradas por procedimentos inadequados na sua operação. Como na prática tais fenômenos só são detectados após já terem afetado em definitivo a marcha normal do forno, o resultado é uma significativa perda de produtividade do equipamento devido à necessidade de algumas horas para a retomada da normalidade da operação. Assim, o presente modelo, permitindo através de seus outputs gráficos acompanhar a dinâmica de tais fenômenos, ou seja, a detecção do movimento da operação do forno na direção daquelas inviabilidades termodinâmicas, conferirá ao processo, quando implementado on line , não só a garantia de correções operacionais antecipadamente à ocorrência do problema, mas, principalmente, maior segurança operacional ao processo. O sucesso da aplicação do presente modelo tanto em condições operacionais normais como anormais do Alto-Forno, concluíram por sua plena adequação aos objetivos propostos. / [en] The Brazilian steel sector currently faces a severe depression, with an installed capacity of 48.9 million tons of crude steel (which will reach 51.9 million in the first quarter of 2016) and there was a decrease in production of 1.9 per cent in relation to production in 2014 (33.2 million tons in 2015). In 2015, it was registered a level of use of 67.89 per cent from industries compared to 85 per cent considered as an indicator of good performance by the National Bank of Economic and Social Development (BNDES), percentage which decreased as consequence of the fall in internal consumption equivalent to 21 per cent (24 million). The brazilian steel industry uses blast furnace as a technology for obtaining pig iron. Currently, the blast furnace continues being the reactor which is considered the best option among the several technologies for obtaining pig iron due to the high production rate, high thermal performance, stability and operational safety as well as longevity of equipments. However, various improvements are being researched, being one of them the operational control of the reactor which aims to maintain its stability in order to prevent possible failures and reduce the energy consumptions to keep them competitive productivity on the international market. This work presents a model is unwrapped with the objective to generate the surface of minimum consumption of reductant (carbon) for the blast furnace ironmaking process. In developing the model the equilibrium conditions of the reduction, the mass and energy balances and the equations of major operational parameters, were considered. Its application to the blast furnaces is exemplified for real operational conditions, which were databases duly extracted from an integrated steelworks. It was also possible, from cutting plans on these surfaces, to obtain binary diagrams of RC-DR type (Reductant Consumption-Direct Reduction), able to be generated on-line with the process. Among the results, one could identify, confirm and predict through analysis of those real case studies, important thermodynamic unfeasibility of the furnace, which allowed to provide greater operational safety to the process. The excellent results obtained applying this model to regular and abnormal blast furnace operational conditions, led to conclude that their objectives were fully succeeded.