Orientadores: Roberto Luzzi, Áurea Rosas Vasconcellos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-10-31T13:25:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vannucchi_FabioStucchi_D.pdf: 4583166 bytes, checksum: 8617f375a632ae1e33b0c986862ea535 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma teoria sobre a termodinâmica de não-equilíbrio de mágnons excitados por fonte externa e em contato com um banho térmico. A teoria é aplicada ao recém observado acúmulo de mágnons nos estados de mínima freqüência em experimentos com filmes finos magnetizados de granada de ferro-ítrio afastados do equilíbrio via fonte de radiação de microondas. Seguindo um formalismo de ensembles estatísticos de não-equilíbrio, a partir do hamiltoniano do sistema magnético são obtidas as equações de evolução para as variáveis termodinâ­micas. Entre estas equações, as que descrevem a evolução das populações médias de mágnons são estudadas em detalhe e atenção especial é dada às contribuições não- lineares. Mostra-se que, por um lado, o termo não-linear proveniente da interação do sistema magnético com a rede cristalina transfere energia das populações dos modos de alta freqüência para os de baixa, gerando um acúmulo nos modos de mínima fre­qüência - o Efeito Fröhlich. Por outro lado, a interação mágnon-mágnon origina uma contribuição à evolução das populações que tende a termalizar o sistema em termos de uma temperatura de não-equilíbrio. É ainda utilizada uma ¿modelagem de dois flui­dos¿, em que as equações cinéticas das populações de mágnons associadas a todos os modos são contraídas em apenas duas, que representa os modos de mínima freqüência e aqueles alimentados. Esta modelagem permite estudar quantitativamente a evolução temporal do sistema via integração numérica. Constata-se que, para um determinado intervalo de taxas de alimentação, forma-se o condensado devido ao Efeito Fröhlich. Para valores mais altos da potência da fonte de alimentação, a contribuição devido à interação entre mágnons torna-se dominante e a formação do condensado é inibida. Por fim, os diversos processos de relaxação do condensado para o equilíbrio são investigados em função do valor da fonte externa do sistema / Abstract: The purpose of this work is to develop a nonequilibrium thermodynamic theory on rnagnons excited by an external pumping source embedded in a thermal bath. This the­ory is applied to the recently observed experiments with magnetic thin films of yttrium iron garnet driven out of equilibrium through microwave radiation pumping. Resorting to a Non-Equilibrium Statistical Ensemble Formalism, the evolution equations for the magnon populations are obtained and studied. The nonlinear contribution arising out of the spin-lattice interaction transfers the energy in excess of equilibrium from the pumped frequency modes to the lower frequency ones, and, in a cascade down process, occurs a large grow in the magnon populations of the lowest in frequency modes - a phenomenon we call Frohlich Effect. In opposition to this contribution, there is anot her one, generated by the magnon-magnon interaction, that tends to lead the system to a state of internal nonequilibrium thermalization. We introduce a modeling consisting in a kind of ¿two-fluid model", in which the kinetic equations for the magnon populations are contracted in only two, representing the modes lowest in frequency and the ones that are pumped by the external source. A quantitative study is performed through numerical integration of the two related evolution equations. The emergence of the condensate, due to the Frohlich Effect, is evidenced for a range of source power. For higher feeding taxes, the contribution originated by the magnon-magnon interaction becomes dominant and the emergence of the condensate is inhibited. Finally, the sev­eral relaxation processes in the condensate leading to equilibrium are analyzed in terms of the source power / Doutorado / Física Estatistica e Termodinamica / Doutor em Ciências

Neste trabalho estudamos um modelo estocástico com simetria Ising e dois estados absorventes em três dimensões com uma rede cúbica e em duas dimensões através de uma rede triangular. O estudo levou em conta cálculos de aproximação de campo médio e simulações de Monte Carlo. Os resultados mostraram que o modelo tem transição de segunda ordem de uma fase paramagnética para uma fase ferromagnética, uma transição da fase ferromagnética para uma fase absorvente, também de segunda ordem, e ainda uma transição de primeira ordem da fase paramagnética para a fase absorvente. No espaço de parâmetros as três linhas de transição se encontram no diagrama de fases em um ponto onde o modelo se comporta como o modelo do votante. / In this work we studied a stochastic model with ising symmetry and two simmetric absorbing configurations in a three-dimensional cubic lattice and in two dimensions using a triangular lattice. The study took into account simple mean-field approximations and Monte Carlo simulations. The results showed that the model has a second-order transition from a paramagnetic phase to a ferromagnetic phase and second-order transition from ferromagnetic phase to the absorbing one. A first-order phase transition from the paramagnetic phase to the absorbing phase is observed too. In the phase diagram the two second-order transition lines aproaches to the point where the model behaves like the voter model.

Orientador : Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:22:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MiriaHespanholMiranda_D.pdf: 3186781 bytes, checksum: ed9c594aabf9a348666496468982cf5b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A destilação é, certamente, o processo mais aplicado na separação de misturas líquidas. Embora esta seja uma operação unitária conhecida de longa data, ainda, nos dias de hoje persistem algumas dificuldades na proposição de esquemas de destilação apropriados. Sendo assim, o objetivo deste trabalho de tese foi aplicar modelos mais realistas na caracterização de misturas e na simulação de processos de destilação, em regimes estacionários e dinâmicos. Para tanto, foram avaliados dois softawes, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimentos de Processos de Separação, para simulações de colunas de destilação considerando os modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio. Os resultados obtidos mostraram que, geralmente, os perfis obtidos com as duas modelagens são diferentes, em ambos os regimes. A modelagem de estágios de não equilíbrio foi aplicada também para a caracterização de sistemas, utilizando mapas de curvas residuais. Avaliou-se, ainda, a influência das correlações de eficiência de Barros & Wolf em mapas de curvas residuais. Os perfis obtidos com as correlações de eficiência de Barros & Wolf mostram grande concordância com os calculados pelo modelo de estágios de não equilíbrio. Com os mapas de curvas residuais calculados concluiu-se que as trajetórias líquidas de composição não cruzam as fronteiras de destilação, sendo esta um questão de polêmica na atualidade, no entanto, nossos resultados mostram os perfis corretos. Além disso, desenvolveu-se, neste trabalho de tese, um programa computacional para a caracterização de sistemas reativos. A vantagem do novo algoritmo proposto está, principalmente, no fato do programa não depender de estimativas inicias e ser de fácil convergência. O programa é, também, capaz de predizer todos os azeótropos presentes na mistura, quando existam um ou mais de um, ou ainda de afirmar que a mistura é zeotrópica. Os resultados obtidos são concordantes com valores experimentais ou calculados por outros métodos. Na linha do processo de destilação reativa, sendo este um processo inovador, foi proposta a separação da mistura fenol + água. A separação desta mistura é de grande interesse, por questões econômicas e ambientais. Preliminarmente, fez-se um estudo na busca de uma reação apropriada para o consumo de fenol. O processo proposto atende completamente às questões ambientais, visto que gera somente correntes limpas e é, portanto, uma nova alternativa para o tratamento de correntes fenólicas. Por fim, desenvolveu-se neste trabalho um conjunto completo para caracterização de sistemas e simulação de processos, envolvendo desde o modelo de estágios de equilíbrio até o modelo de estágios de não equilíbrio. Propôs-se, ainda, um eficiente processo para o tratamento de águas fenólicas / Abstract: Distillation is, certainly, the most applied process in the separation of liquid mixtures. Although this is a very known unit operation, still nowadays some difficulties persist in the proposal of appropriate distillation schemes. Thus, the objective of this work was to apply more realistic models in the characterization of mixtures and in the simulation of distillation process in, both, steady state and dynamic regime. In this way, two softwares developed in the Laboratory of Separation Processes Development were evaluated. These softwares consider the equilibrium and the nonequilibrium stage models in steady state and dynamic regime. The results show that, generally, the profiles obtained with the two models are different, in both regimes. The nonequilibrium stage model was also applied for the systems characterization, in residue curve maps. It was evaluated, still, the influence of Barros & Wolf correlations for efficiencies on residue curve maps. The profiles obtained with the Barros & Wolf correlations show good agreement with the calculated with the nonequilibrium stage model. The calculated residue curve maps showed that residue curves do not cross distillation boundaries. Nowadays, this is a question of controversy, however our results show the correct behavior. Moreover, it was developed in this work a computational program for the characterization of reactive systems. The advantage of the new proposed algorithm is mainly because the program does not depend on initial estimates and it is of easy convergence. The program is, also, able to predict all the azeotropes present in the mixture, when one or more than one exist, or still to affirm that the mixture is zeotropic. The obtained results are in agreement with experimental values or values calculated by other methods. Regarding to reactive distillation, being an innovative process, it was proposed the separation of the mixture phenol + water. The separation of this mixture is of great interest, for economic and environmental issues. Preliminarily, it was carried out a study of an appropriate reaction for the phenol consumption. The considered process takes care of environmental questions, since it only generates current clean and it is, therefore, an alternative process for the phenolic wastewater treatment. Finally, in this work, it was developed a complete set for characterization of systems and simulation of processes, involving the equilibrium and the nonequilibrium stage modes, in steady state and dynamic regime. It was considered, still, an efficient process for the phenolic wastewater treatment / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T23:52:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_M.pdf: 6610044 bytes, checksum: 4b52b82aa749a3987b506a6240f74361 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Devido à sua abrangência com os fenômenos de transferência de massa, calor e quantidade de movimento, capacidade e características operacionais, relações termodinâmicas e o amplo envolvimento com outros equipamentos industriais, o estudo dos processos de separação por destilação toma-se muito complexo, apesar de sua extensiva utilização nas indústrias químicas e petroquímicas. Por isto, trabalhos de grande relevância científica são ainda desenvolvidos para melhor entender os fenômenos relacionados e que permitem melhorar a sua operacionalidade. Assim, este trabalho teve como objetivo a avaliação experimental de uma coluna de destilação com pratos perfurados, permitindo averiguar o comportamento das eficiências de Murphree, O'Connell e da correlação de Barros & Wolf, além da avaliação dos perfis dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo do equipamento. Os dados experimentais obtidos foram utilizados para a validação dos modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio e da correlação de eficiência desenvolvida por Barros & Wolf. Para a realização deste trabalho, uma coluna de destilação, em aço inoxidável, contendo 8 pratos perfurados com vertedor e um sistema para controle da potência foram projetados e construídos. A coluna contém 8 pontos para a coleta de amostras de líquido e termopares acoplados em cada prato para a leitura de temperatura. Para cada experimento foram variadas as composições do etanol na alimentação e a potência fomecida ao refervedor para avaliar a influência da carga térmica sobre o comportamento das frações molares e da temperatura em uma coluna operada a refluxo total. Nos ensaios, trabalhou-se com o sistema etanolágua por ser de fácil determinação analítica e por existirem dados de equilíbrio precisos e alguns valores de eficiência. Após o alcance do estado estacionário, determinado a partir de leituras periódicas de temperatura ao longo do equipamento, foram feitas coletas de amostras de líquido em cada estágio da coluna, as quais foram analisadas empregando a técnica de cromatografia à gás. Com os dados da temperatura, composição do etanol e da água em cada estágio e da potência fomecida ao refervedor, foram calculadas as eficiências de Murphree e de O'Connell. Com a utilização de programas computacionais envolvendo a modelagem de estágios de equilíbrio (com a correlação de Barros & Wolf) e de não equilíbrio, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação da UNICAMP, foram realizadas simulações nas condições de operação dos experimentos, cujos dados obtidos foram utilizados para comparação com dados experimentais de forma a corroborar tais modelos. Os resultados obtidos mostraram que as modelagens de estágios de equil íbrio e de não equilíbrio reproduzem, com grande fidelidade, as condições reais do processo e representam o comportamento real dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo da coluna de destilação. Os resultados obtidos mostraram-se compatíveis com os dados da literatura / Abstract: Due to the relation with the mass, heat and momentum transfer phenomena, capacity and operational characteristics, thermodynamic properties and the wide relationship with other industrial equipment, the study of the separation processes by distillation becomes very complex, in spite of its extensive use in the chemical and petrochemical industries. For this reason, researches of great scientific relevance are still being developed for better understanding the related phenomena and for allowing the improvement of the operation. Thus, this work presents as objective the experimental study of a distillation column with sieve plates to evaluate the behaviour of the Murphree efficiency, Q'Connell and Barros & Wolf correlations and the mass and heat transfer coefficients along the equipment. The experimental data were obtained used for the validation of the equilibrium and nonequilibrium stage models and of the new efficiency correlation developed by Barros & Wolf. For these purposes, a stainless steel distillation column with eight sieve plates with down comer and a system for the power measuring were designed and built. The column contains eight spaced temperature/sample points. For each experiment, the ethanol feed composition and the heat duty were changed to evaluate the influence of the heat duty on the behaviour of the mole fractions and on the temperature profiles in the column operating at total reflux. After established the steady state, the liquid samples and the temperature were taken in each stage of the column, and the samples were analyzed using the gas chromatography technique. Using the temperature and ethanol and water compositions in each stage and the heat duty supplied to the reboiler, Murphree and Q'Connell efficiency were calculated. The programs involving the equilibrium stage model (with Barros & Wolf correlation) and the nonequilibrium stage model developed in the Laboratory of Separation Process Development (UNICAMP) were used in the simulations at the same conditions of the experiments. The data obtained with simulations were compared with experimental data to corroborate such models. The obtained results showed that the equilibrium stage model and the nonequilibrium stage model reproduce, with great fidelity, the real conditions of the process and they can be used to represent the real behaviour of the mass and heat transfer coefficients along the distillation column / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Osvair Vidal Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T11:57:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreno_RosangelaBarrosZanoniLopes_D.pdf: 9810356 bytes, checksum: 23584345c809199b204cd503400d8184 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O estudo é focado na remoção eletrocinética de contaminantes de solos. Fenômenos diretos e acoplados em um meio poroso saturado sujeito a gradientes hidráulico, elétrico e quúnico são modelados de forma completa. O trabalho apresenta os modelos teórico, numérico e experimental desenvolvidos. O modelo teórico proposto tem como ponto de partida a Termodinâmica de NãoEquih'brio. Seu desenvolvimento resulta num grupo de equações diferenciais parciais para os parâmetros de estado do sistema: pressão, potencial elétrico, concentração de espécies quúnicas e temperatura. Equações algébricas descrevendo as reações de eletrólise e de formação de água completam o modelo. As parcelas dos fenômenos acoplados foram adimensionalizadas em relação aos fenômenos diretos, possibilitando a análise da contribuição relativa de cada fenômeno nas respectivas equações de transporte, bem como a análise de transferência de escala. O sistema de equações resultante (difusão hidráulica, difusão elétrica, difusão-convecção-retardação do componente i e difusão-convecção-dissipação de calor) foi expresso na forma discreta pelo método de diferenças finitas e resolvido numericamente por um algoritmo em linguagem FORTRAN. O algoritmo foi testado e um critério para minirnizar erros devidos à discretização foi proposto. O potencial de análise do modelo proposto foi verificado para um conjunto de casos hipotéticos. Três sistemas fisicos (30 rnD, 304 rnD e 3040 rnD) foram sujeitos a combinações de gradientes externos de potencial elétrico (O V/cm, 0.1 V/cm e 0.2 V/cm), de pressão (0.01 atmlm, 0.05 atmlm, 0.1 atmlm) e de concentração (NaCl: 5.12 mol/m3 de injeção, 512 mol/m3 de saturação). Perfis e históricos para os parâmetros de estado do sistema, bem como perfis de condutividade e históricos de volume de fluido produzido acumulado e de corrente total foram determinados. A aplicação da técnica de tratamento foi testada, em laboratório, em uma amostra de arenito Botucatu de 7,66 cm de diâmetro e 35 cm de comprimento e permeabilidade na faixa de 400 rnD. Trinta e uma variáveis foram monitoradas em tempo real com a ajuda de um sistema de aquisição automática de dados. A amostra foi submetida a uma seqüência de testes para comparação do processo de remoção de NaCl (512 mol/m / Abstract: The present study focus on the electrokinetic removal of pollutants from soils. Direct and coupled phenomena in saturated porous media under electric, hydraulic and chemical gradients are comprehensively modeled. The approach is done through the development of a theoretical mo dei, a numerical model and an experimental model. The proposed theoretical model is based on NonEquilibrium Thermodynamics. The development results into a set of partial differential equations for the state parameters of the system: pressure, electrical potential, concentration of chemical species and temperature. Algebraic equations describing the electrolysis and water ionization reactions complete the model. The terms for the coupled phenomena are non-dimensionalized with respect to terms for the direct phenomena. Such procedure facilitates the analysis of the relative contribution of each phenomenon in the transport equations, as well as the analysis of scale transfer. The resulting set of equations (hydraulic diffusion, electric diffusion, diffusionconvection-retardation of components i and diffusion-convection-dissipation of heat) was discretised via the finite difference method and numerically solved by a FORTRAN algorithm. The algorithm was tested and a criterion to minimize discretisation errors was proposed. Some hypothetical cases were simulated to confirm the model potential. Three physical systems (30 rnD, 304 mD and 3040 rnD) were submitted to combinations of electric (OV/cm, 0.1 V/cm and 0.2 V/cm), hydraulic (0.01 atm/m, 0.05 atm/m, 0.1 atm/m) and chemical (NaCI: 5.12 mol/m3 injection, 512 mol/m3 saturation) external gradients. Distribution and history profiles were obtained for the state parameters of the system. Conductivity distribution, accumulated volume of produced fluid and total current history were also ca1culated. The application of the treatment was tested in the laboratory for a sample of Botucatu sandstone of 7,66 cm diameter, 35 cm length and permeability in the range of 400 mD. Thirty-one variables were monitored, in real time, by an automatic data acquisition system. In order to compare NaCI (512 mol/m3) removal, injection of a diluted solution (NaCI 5.12 mol/m3) was conducted under different levels of external electric potential DC (O, 5V and 8V) for a constant hydraulic head (-60 cm H20). The restoration of initial concentration conditions and the simultaneous determination of hydraulic permeability of the sample was carrled out by intermediate tests. The results reveal good repeatability. The numeric and experimental results were qualitatively compared and show good agreement with published data / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T16:03:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Junqueira_TassiaLopes_M.pdf: 2287179 bytes, checksum: 791ea76c4ab924d80d0233add3519b5b (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: No Brasil, o bioetanol é usado para substituir a gasolina, compondo uma porcentagem desta ou sendo usado como combustível alternativo. Esta tendência de substituição dos combustíveis fósseis vem se fortalecendo em âmbito global, sendo necessárias, portanto, alternativas e propostas que viabilizem o aumento da produção de forma economicamente e ambientalmente sustentável. Neste contexto, a otimização energética do processo de separação do bioetanol visa à disponibilização de bagaço de cana-de-açúcar, usado como combustível na geração de vapor de processo, para a produção de bioetanol através do processo de hidrólise. Para tanto, inovações ao processo são essenciais e melhoramento na representação de modelos torna-se necessário para estudos e avaliações. Neste trabalho, simulações da etapa de destilação para a produção de álcool hidratado assim como da etapa de desidratação do bioetanol foram realizadas utilizando o simulador Aspen Plus®. Visando um estudo dentro de um cenário mais realista, a modelagem de estágios de não equilíbrio foi utilizada para prever o comportamento das colunas de destilação envolvidas. Além disso, o uso da correlação de Barros e Wolf para a determinação de eficiência na modelagem de estágios de equilíbrio em colunas de destilação foi avaliado. A comparação entre as modelagens de estágios de equilíbrio e não equilíbrio para as destilações convencional e extrativa indicou que a associação da correlação de eficiência de Barros e Wolf à modelagem de estágios de equilíbrio fornece predições satisfatórias tendo como referência a modelagem de estágios de não-equilíbrio. Para a destilação azeotrópica, o estudo de formação de duas fases líquidas na coluna foi realizado, indicando que os parâmetros de processo, como posição de alimentação, possuem influência significativa. O estudo da fermentação extrativa a vácuo, como configuração alternativa às etapas de fermentação e concentração, revelou seu potencial para redução do consumo de energia na etapa de destilação subseqüente, sendo uma alternativa viável para intensificação de processos / Abstract: In Brazil, bioethanol is used to replace gasoline, being a percentage of this or used as an alternative fuel. This trend of replacing fossil fuels has gained strength globally, necessitating, therefore, alternatives and proposals to enable the increase of production in an economically and environmentally sustainable way. In this context, the energy optimization of the bioethanol separation aims the provision of sugarcane bagasse, used as fuel in process steam generation, for bioethanol production through the hydrolysis process. Consequently, innovations to the process are essential and improvement in the representation of models is required for studies and evaluations. In this work, simulations of the distillation step for the production of hydrous bioethanol and the bioethanol dehydration were performed using the simulator Aspen Plus®. In order to study a more realistic scenario, nonequilibrium stage model was used to predict the behavior of the involved distillation columns. Furthermore, the use of Barros and Wolf correlation for the determination of efficiency in equilibrium stage model for distillation columns was evaluated. The comparison between equilibrium and nonequilibrium stage models for conventional and extractive distillation processes indicated that the association between Barros and Wolf efficiency correlation and equilibrium stage model provides satisfactory predictions considering the nonequilibrium stage model as reference. For azeotropic distillation, formation of two liquid phases inside the column was studied, indicating that process parameters, such as feed position, have significant influence. The study of vacuum extractive fermentation, as an alternative configuration to fermentation and concentration steps, showed its potential for reducing energy consumption in the subsequent distillation step, and it seems a viable alternative to process intensification / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química