Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-10T13:05:04Z No. of bitstreams: 2 Tese__EngMec2012_Lira Júnior, José Claudino.pdf: 8591000 bytes, checksum: f9939b3d89bca78a83d391b60adecbc1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T13:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese__EngMec2012_Lira Júnior, José Claudino.pdf: 8591000 bytes, checksum: f9939b3d89bca78a83d391b60adecbc1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2011-07-20 / Vórtice Engenharia / No processo de laminação de aço, os cilindros que conformam o material sofrem desgastes constantes, devido ao aquecimento continuo provocado pelas barras em processamento. Esse desgaste interfere na vida útil do cilindro. Para manter o cilindro em operação são feitos câmbios para reposicionar o ponto de passagem da barra, porém, esta operação leva à parada total do laminador causando perdas financeiras para a produção. Este trabalho tem como objetivo apresentar um modelo computacional para simular o comportamento térmico dos cilindros de laminação. O modelo foi elaborado utilizando o método dos volumes finitos para um sistema bidimensional, transiente e móvel. O modelo calcula a distribuição de temperatura superficial do cilindro em diversas condições de serviço. Os resultados apresentados auxiliaram na validação do modelo e realização de estudos paramétricos a fim de investigar a influência das variáveis na temperatura circunferencial do cilindro.

A etapa de cominuição é a operação que mais consome energia de forma ineficiente. Pequenos ganhos de eficiência podem impactar significativamente nos custos operacionais da planta. Durante as décadas passadas, foram atingidas melhoras consideráveis na eficácia dos processos não apenas pela otimização integrada das etapas de cominuição, mas também pelo desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso mais eficiente da energia. Entre elas está a Prensa de Rolos de Alta Pressão (PRAP, em inglês High Pressure Griding Rolls - HPGR). Uma campanha experimental em planta piloto foi conduzida para avaliar o desempenho da prensa de rolos (PR) em diferentes configurações de circuito. No total, foram conduzidos 18 ensaios em circuito fechado com peneira, com recirculação parcial do produto da PR e recirculação do produto das bordas. Este estudo apresenta os resultados de tal campanha e as análises contemplam: A comparação do desempenho da PR em diferentes configurações do circuito em termos do consumo de energia, da capacidade do circuito e da granulometria do produto. A avaliação do impacto da eficiência de classificação e da carga circulante no desempenho da PR em circuitos fechados. As análises conduzidas compararam o desempenho da PR a partir dos índices de desempenhos do equipamento e do circuito (capacidade específica, relação de redução e potência específica) que foram obtidos através das variáveis de processo como a vazão mássica, o P50 das distribuições granulométricas dos fluxos e o consumo de potência. Porém, dependendo do índice avaliado, uma configuração é mais vantajosa que a outra. Portanto, foi estabelecido um indicador que relacione as três variáveis de processo (capacidade, consumo de potência e granulometria) para determinar o circuito mais energeticamente eficiente. / Comminution is the most energy-intensive and energy-inefficient operation. A small gain in comminution efficiency can have a large impact on the operating cost of a plant. During the last decade, there have been considerable improvements in comminution efficiency not only due to the optimal design of grinding systems and operating variables that enable more efficient use of existing comminution devices, but also due to the development of comminution devices with the ability to enhance energy utilization. One such recognized technology which addresses most of these issues is the highpressure grinding roll (HPGR). A pilot scale test program was conduct in order to evaluate the size reduction performance of HPGR operating in different circuit configurations. In total, eighteen pilot-HPGR locked cycle tests were performed to simulate the HPGR performance in closed circuit with a screen, product recycle and edge recycle. This work provides the results from the pilot scale HPGR test program. The analysis reported herein includes: A comparison of different circuit configurations of HPGR operation in terms of energy consumption and product fineness. An evaluation of the impact of classification efficiency and circulating load on the performance of closed HPGR circuits. Analyses conducted compared the HPGR performance based onequipment and circuits indexes (specific capacity, reduction ratio and specific power) that were obtained through process variables such as flow rate, the P50 of the particle size distribution and power consumption. However, depending on the index evaluated, a configuration is more advantageous than the other. Therefore, an indicator was established that relates the three process variables (capacity, power consumption and particle size) to determine the most energy efficient circuit.

Durante o período de operação de um empreendimento mineiro, oportunidades de aumento de capacidade produtiva podem gerar ganhos significativos para uma empresa. Para os casos em que se viabiliza maior capacidade de produção da mina deve-se avaliar a capacidade de processamento da usina de beneficiamento, que assim inclui melhorias de desempenho ou expansão mediante adição de equipamentos. Este trabalho contempla a descrição das etapas de amostragem, caracterização do minério, a modelagem do circuito existente e a simulação para aumento da capacidade do circuito de moagem da usina da Mineração Serra Grande da AngloGold Ashanti, situada no município de Crixás no interior de Goiás. Os cenários simulados foram (1) adição de um terceiro moinho de bolas em série aos moinhos existentes, (2) adição de um terceiro moinho de bolas em paralelo ao circuito existente, (3) adição de um moinho vertical para processamento do produto dos dois moinhos de bolas existentes e (4) adição de uma prensa de rolos após o circuito de britagem. O propósito das quatro simulações foi avaliar a viabilidade técnica dos circuitos selecionados mediante modelagem matemática e simulação de processos, assim como dimensionar os novos equipamentos para tal fim. / During operation of the mining cycle, increases the throughput would generate significant capital savings for a company. For cases that enables higher mine production capacity, it must be evaluated plant capacity and also performance improvements or expansion by adding new equipment. This study includes the description of the sampling methodology, the minerals analysis, modeling of the existing circuit and simulation for a possible expansion, specifically for the grinding circuit at Mineração Serra Grande plant of AngloGold Ashanti group, located in Crixás, Goiás. the studied scenarios were: (1) adding a third ball mill in series with existing two ball mills, (2) adding a third ball mill in parallel with existing mills, (3) adding a vertical mill in series with existing mills and (4) adding high pressure grinding rolls to existing mills. The four simulations intend assess the technical feasibility of the circuits selected by mathematical modeling and simulation of processes and design new equipment for this purpose.

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

A etapa de cominuição é a operação que mais consome energia de forma ineficiente. Pequenos ganhos de eficiência podem impactar significativamente nos custos operacionais da planta. Durante as décadas passadas, foram atingidas melhoras consideráveis na eficácia dos processos não apenas pela otimização integrada das etapas de cominuição, mas também pelo desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso mais eficiente da energia. Entre elas está a Prensa de Rolos de Alta Pressão (PRAP, em inglês High Pressure Griding Rolls - HPGR). Uma campanha experimental em planta piloto foi conduzida para avaliar o desempenho da prensa de rolos (PR) em diferentes configurações de circuito. No total, foram conduzidos 18 ensaios em circuito fechado com peneira, com recirculação parcial do produto da PR e recirculação do produto das bordas. Este estudo apresenta os resultados de tal campanha e as análises contemplam: A comparação do desempenho da PR em diferentes configurações do circuito em termos do consumo de energia, da capacidade do circuito e da granulometria do produto. A avaliação do impacto da eficiência de classificação e da carga circulante no desempenho da PR em circuitos fechados. As análises conduzidas compararam o desempenho da PR a partir dos índices de desempenhos do equipamento e do circuito (capacidade específica, relação de redução e potência específica) que foram obtidos através das variáveis de processo como a vazão mássica, o P50 das distribuições granulométricas dos fluxos e o consumo de potência. Porém, dependendo do índice avaliado, uma configuração é mais vantajosa que a outra. Portanto, foi estabelecido um indicador que relacione as três variáveis de processo (capacidade, consumo de potência e granulometria) para determinar o circuito mais energeticamente eficiente. / Comminution is the most energy-intensive and energy-inefficient operation. A small gain in comminution efficiency can have a large impact on the operating cost of a plant. During the last decade, there have been considerable improvements in comminution efficiency not only due to the optimal design of grinding systems and operating variables that enable more efficient use of existing comminution devices, but also due to the development of comminution devices with the ability to enhance energy utilization. One such recognized technology which addresses most of these issues is the highpressure grinding roll (HPGR). A pilot scale test program was conduct in order to evaluate the size reduction performance of HPGR operating in different circuit configurations. In total, eighteen pilot-HPGR locked cycle tests were performed to simulate the HPGR performance in closed circuit with a screen, product recycle and edge recycle. This work provides the results from the pilot scale HPGR test program. The analysis reported herein includes: A comparison of different circuit configurations of HPGR operation in terms of energy consumption and product fineness. An evaluation of the impact of classification efficiency and circulating load on the performance of closed HPGR circuits. Analyses conducted compared the HPGR performance based onequipment and circuits indexes (specific capacity, reduction ratio and specific power) that were obtained through process variables such as flow rate, the P50 of the particle size distribution and power consumption. However, depending on the index evaluated, a configuration is more advantageous than the other. Therefore, an indicator was established that relates the three process variables (capacity, power consumption and particle size) to determine the most energy efficient circuit.

Durante o período de operação de um empreendimento mineiro, oportunidades de aumento de capacidade produtiva podem gerar ganhos significativos para uma empresa. Para os casos em que se viabiliza maior capacidade de produção da mina deve-se avaliar a capacidade de processamento da usina de beneficiamento, que assim inclui melhorias de desempenho ou expansão mediante adição de equipamentos. Este trabalho contempla a descrição das etapas de amostragem, caracterização do minério, a modelagem do circuito existente e a simulação para aumento da capacidade do circuito de moagem da usina da Mineração Serra Grande da AngloGold Ashanti, situada no município de Crixás no interior de Goiás. Os cenários simulados foram (1) adição de um terceiro moinho de bolas em série aos moinhos existentes, (2) adição de um terceiro moinho de bolas em paralelo ao circuito existente, (3) adição de um moinho vertical para processamento do produto dos dois moinhos de bolas existentes e (4) adição de uma prensa de rolos após o circuito de britagem. O propósito das quatro simulações foi avaliar a viabilidade técnica dos circuitos selecionados mediante modelagem matemática e simulação de processos, assim como dimensionar os novos equipamentos para tal fim. / During operation of the mining cycle, increases the throughput would generate significant capital savings for a company. For cases that enables higher mine production capacity, it must be evaluated plant capacity and also performance improvements or expansion by adding new equipment. This study includes the description of the sampling methodology, the minerals analysis, modeling of the existing circuit and simulation for a possible expansion, specifically for the grinding circuit at Mineração Serra Grande plant of AngloGold Ashanti group, located in Crixás, Goiás. the studied scenarios were: (1) adding a third ball mill in series with existing two ball mills, (2) adding a third ball mill in parallel with existing mills, (3) adding a vertical mill in series with existing mills and (4) adding high pressure grinding rolls to existing mills. The four simulations intend assess the technical feasibility of the circuits selected by mathematical modeling and simulation of processes and design new equipment for this purpose.

A terapia fotodinâmica (TFD) é uma técnica não invasiva usada no tratamento de lesões de pele, como câncer basocelular, queratose actínica, e doença de Bowen, dentre outros. Basicamente, a combinação da administração de um fotossensibilizador (FS), com a irradiação de luz adequada e o oxigênio celular, gera uma série de reações oxidativas que provocam a morte do tecido. Contudo, o principal efeito colateral desta terapia é a fotossensibilidade prolongada ocasionada pela administração de fotossensibilizadores sistêmicos. Por outro lado, a via tópica não apresenta esta limitação, pois o tratamento é realizado no local da lesão através de pró-drogas. O ácido aminolevulínico, ALA, está entre as pró-drogas mais utilizadas para indução do acúmulo do agente fotossensível na pele, a protoporfirina IX, ou PpIX. Contudo, a via tópica não permite penetração suficiente e homogênea do creme para o tratamento de lesões espessas. Visando a melhoria da TFD, foram realizados estudos in vivo e in vitro. Nos estudos in vivo, técnicas mecânicas - rolos de microagulhas, tape stripping e injeção livre de agulhas foram estudadas buscando encontrar a mais eficiente nos quesitos de: promoção da penetração da pró-droga no tecido, distribuição homogênea e de indução do acúmulo de PpIX. Para isto, foi o utilizado o modelo porcino, in vivo, conhecido como o modelo que possui a pele mais similar à pele humana. Os resultados in vivo mostram que as técnicas têm resultados similares na produção de PpIX e na distribuição de porfirina mais homogênea na superfície. Além disso, todas as técnicas estudadas in vivo têm se destacado em promover uma entrega mais homogênea de ALA também na profundidade da pele quando comparadas ao grupo controle. Nos estudos in vitro, foram examinadas possíveis diferenças na capacidade de formação da PpIX e/ou de resistência de células ao tratamento por TFD entre células expressando diferentes características de transição epitélio-mesenquimal. Os resultados in vitro indicam que as células com características epitélio-mesenquimal mais acentuadas produzem mais PpIX e são mais responsivas à TFD. Estes resultados indicam que a TFD tem maior efetividade no tratamento de células mesenquimais, e os estudos in vivo mostram que no tecido normal há maior seletividade de produção na camada da epiderme e apêndices da pele sugerindo que a terapia pode ser utilizada com maior eficiência em lesões superficiais e, até mesmo diminuir as taxas de recorrência devido a heterogeneidade de distribuição do creme na pele quando umas das técnicas mecânicas são utilizadas. / Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive technique used to treat skin lesions, such as basal cell cancer, actinic keratosis and Bowen\'s disease. Basically, the administration of a photosensitizer (PS), combined with the illumination of adequate light and the cellular oxygen, generate a series of oxidative reactions that cause tissue death. However, the major side effect of the treatment is prolonged photosensitivity caused by the systemic administration of photosensitizers. On the other hand, the topical therapy does not show this limitation, and it is performed at the lesion site via prodrugs. The aminolevulinic acid, ALA, is the most popular pro-drug in topical PDT. This prodrug induces PpIX production that is a photosensitive porphyrin. However, when ALA is used topically, the cream does not provide enough or homogeneous penetration for the treatment of deep lesions. Therefore, with the aim of improving PDT therapy, studies in vivo and in vitro were performed. In the in vivo analysis, mechanical techniques - microneedle roller, tape stripping, and needle-free injection- were studied looking for the most effective regarding to improve the following purposes: promoting penetration of the prodrug into the tissue, homogeneous distribution, and at inducing PpIX accumulation. The evaluations were made by fluorescence spectroscopy, biopsy of skin, and fluorescence images, using the porcine model, in vivo, known as the most similar of human skin tissue. The in vivo results showed that all techniques have similar results in the production of PpIX, and perform a more homogeneous porphyrin distribution in the skin surface. Moreover, all the techniques have excelled in promoting a homogeneous distribution of PpIX in the deep of the skin when compared to the control group. In addition to the skin penetration, studies of PpIX production were performed in vitro in cells expressing different levels of epithelial-mesenchymal transition characteristics. The studies were made in regard to a possible difference in PpIX formation capacity and / or a resistance to the PDT treatment. The in vitro results showed that cells with more epithelial-mesenchymal characteristics produce more PpIX and are more responsive to the PDT therapy. These results indicate that PDT therapy may have a better effectiveness in the treatment of mesenchymal cells and also the results in vivo showed that the ALA-induced PpIX in normal tissue seems to be selective to epidermal and skin appendages, indicating that the topical therapy may be used with a higher efficiency in superficial injuries providing lower recurrence rates when they combine with one of the techniques studied.

O presente trabalho tem como objetivo explorar o uso de técnicas de controle avançado na indústria metalúrgica. O nível de aço é uma das variáveis mais críticas para a produção de chapas ou tiras de alta qualidade no processo de lingotamento contínuo de tiras baseados em rolos duplos. Para melhorar a qualidade da espessura das tiras utiliza-se em tanque intermediário submerso na piscina formada entre os rolos duplos. São propostas três técnicas e controle de \"fuzzy\" via modelos Mamdani e Takagi-Sugeno. O modelo Mamdani é desenvolvido com base no conhecimento experimental do processo. O modelo Takagi-Sugeno utiliza uma abordagem mais sistêmica para a resolução do problema, utilizando modelos locais (linearizados) da planta não-linear que descreve o nível e escoamento do aço no tanque intermediário. Os componentes do sistema de controle empregados são discutidos e especificados. São apresentados resultados de simulação utilizando os parâmetros reais de uma planta de lingotamento contínuo instalada no IPT São Paulo. As simulações realizadas mostram que as técnicas de controle sugeridas atendem as restrições da planta e são viáveis de implementação. / This work explores the use of advanced control techniques in the metallurgical industry. The molten steel level is one of the most critical to the production of high quality steel strips in strip casting process. The strip thickness uniformity can be improved using an intermediary tundish submerse into the pool formed between the two rotating rolls. Three control techniques are considered to control the intermediary tundish molten steel level: PID, feedback linearization and fuzzy logic via Mamdani and Takagi-Sugeno models. The Mamdani model is developed with base in the experimental knowledge of the process. The Takagi-Sugeno model uses a more systematic approach for the solution of the control problem using local models for the non-linear plant that describes the level and flow of the steel in the intermediary tundish. The components of the level control system are discussed and specified. Simulation results are presented considering the real system parameters of a strip casting plant installed at IPT São Paulo. The simulation results obtained show that the control techniques suggested satisfies the constraints on the plant and can be considered for implementation.

O presente trabalho tem como objetivo explorar o uso de técnicas de controle avançado na indústria metalúrgica. O nível de aço é uma das variáveis mais críticas para a produção de chapas ou tiras de alta qualidade no processo de lingotamento contínuo de tiras baseados em rolos duplos. Para melhorar a qualidade da espessura das tiras utiliza-se em tanque intermediário submerso na piscina formada entre os rolos duplos. São propostas três técnicas e controle de \"fuzzy\" via modelos Mamdani e Takagi-Sugeno. O modelo Mamdani é desenvolvido com base no conhecimento experimental do processo. O modelo Takagi-Sugeno utiliza uma abordagem mais sistêmica para a resolução do problema, utilizando modelos locais (linearizados) da planta não-linear que descreve o nível e escoamento do aço no tanque intermediário. Os componentes do sistema de controle empregados são discutidos e especificados. São apresentados resultados de simulação utilizando os parâmetros reais de uma planta de lingotamento contínuo instalada no IPT São Paulo. As simulações realizadas mostram que as técnicas de controle sugeridas atendem as restrições da planta e são viáveis de implementação. / This work explores the use of advanced control techniques in the metallurgical industry. The molten steel level is one of the most critical to the production of high quality steel strips in strip casting process. The strip thickness uniformity can be improved using an intermediary tundish submerse into the pool formed between the two rotating rolls. Three control techniques are considered to control the intermediary tundish molten steel level: PID, feedback linearization and fuzzy logic via Mamdani and Takagi-Sugeno models. The Mamdani model is developed with base in the experimental knowledge of the process. The Takagi-Sugeno model uses a more systematic approach for the solution of the control problem using local models for the non-linear plant that describes the level and flow of the steel in the intermediary tundish. The components of the level control system are discussed and specified. Simulation results are presented considering the real system parameters of a strip casting plant installed at IPT São Paulo. The simulation results obtained show that the control techniques suggested satisfies the constraints on the plant and can be considered for implementation.

A terapia fotodinâmica (TFD) é uma técnica não invasiva usada no tratamento de lesões de pele, como câncer basocelular, queratose actínica, e doença de Bowen, dentre outros. Basicamente, a combinação da administração de um fotossensibilizador (FS), com a irradiação de luz adequada e o oxigênio celular, gera uma série de reações oxidativas que provocam a morte do tecido. Contudo, o principal efeito colateral desta terapia é a fotossensibilidade prolongada ocasionada pela administração de fotossensibilizadores sistêmicos. Por outro lado, a via tópica não apresenta esta limitação, pois o tratamento é realizado no local da lesão através de pró-drogas. O ácido aminolevulínico, ALA, está entre as pró-drogas mais utilizadas para indução do acúmulo do agente fotossensível na pele, a protoporfirina IX, ou PpIX. Contudo, a via tópica não permite penetração suficiente e homogênea do creme para o tratamento de lesões espessas. Visando a melhoria da TFD, foram realizados estudos in vivo e in vitro. Nos estudos in vivo, técnicas mecânicas - rolos de microagulhas, tape stripping e injeção livre de agulhas foram estudadas buscando encontrar a mais eficiente nos quesitos de: promoção da penetração da pró-droga no tecido, distribuição homogênea e de indução do acúmulo de PpIX. Para isto, foi o utilizado o modelo porcino, in vivo, conhecido como o modelo que possui a pele mais similar à pele humana. Os resultados in vivo mostram que as técnicas têm resultados similares na produção de PpIX e na distribuição de porfirina mais homogênea na superfície. Além disso, todas as técnicas estudadas in vivo têm se destacado em promover uma entrega mais homogênea de ALA também na profundidade da pele quando comparadas ao grupo controle. Nos estudos in vitro, foram examinadas possíveis diferenças na capacidade de formação da PpIX e/ou de resistência de células ao tratamento por TFD entre células expressando diferentes características de transição epitélio-mesenquimal. Os resultados in vitro indicam que as células com características epitélio-mesenquimal mais acentuadas produzem mais PpIX e são mais responsivas à TFD. Estes resultados indicam que a TFD tem maior efetividade no tratamento de células mesenquimais, e os estudos in vivo mostram que no tecido normal há maior seletividade de produção na camada da epiderme e apêndices da pele sugerindo que a terapia pode ser utilizada com maior eficiência em lesões superficiais e, até mesmo diminuir as taxas de recorrência devido a heterogeneidade de distribuição do creme na pele quando umas das técnicas mecânicas são utilizadas. / Photodynamic therapy (PDT) is a noninvasive technique used to treat skin lesions, such as basal cell cancer, actinic keratosis and Bowen\'s disease. Basically, the administration of a photosensitizer (PS), combined with the illumination of adequate light and the cellular oxygen, generate a series of oxidative reactions that cause tissue death. However, the major side effect of the treatment is prolonged photosensitivity caused by the systemic administration of photosensitizers. On the other hand, the topical therapy does not show this limitation, and it is performed at the lesion site via prodrugs. The aminolevulinic acid, ALA, is the most popular pro-drug in topical PDT. This prodrug induces PpIX production that is a photosensitive porphyrin. However, when ALA is used topically, the cream does not provide enough or homogeneous penetration for the treatment of deep lesions. Therefore, with the aim of improving PDT therapy, studies in vivo and in vitro were performed. In the in vivo analysis, mechanical techniques - microneedle roller, tape stripping, and needle-free injection- were studied looking for the most effective regarding to improve the following purposes: promoting penetration of the prodrug into the tissue, homogeneous distribution, and at inducing PpIX accumulation. The evaluations were made by fluorescence spectroscopy, biopsy of skin, and fluorescence images, using the porcine model, in vivo, known as the most similar of human skin tissue. The in vivo results showed that all techniques have similar results in the production of PpIX, and perform a more homogeneous porphyrin distribution in the skin surface. Moreover, all the techniques have excelled in promoting a homogeneous distribution of PpIX in the deep of the skin when compared to the control group. In addition to the skin penetration, studies of PpIX production were performed in vitro in cells expressing different levels of epithelial-mesenchymal transition characteristics. The studies were made in regard to a possible difference in PpIX formation capacity and / or a resistance to the PDT treatment. The in vitro results showed that cells with more epithelial-mesenchymal characteristics produce more PpIX and are more responsive to the PDT therapy. These results indicate that PDT therapy may have a better effectiveness in the treatment of mesenchymal cells and also the results in vivo showed that the ALA-induced PpIX in normal tissue seems to be selective to epidermal and skin appendages, indicating that the topical therapy may be used with a higher efficiency in superficial injuries providing lower recurrence rates when they combine with one of the techniques studied.