Difusores de ar é um tema de particular interesse na indústria dos sistemas de ar condicionado e climatização. O difusor swirl (ou tangencial) é um tipo de difusor já utilizado em alguns ambientes climatizados. O seu comportamento é mais conhecido em aplicações no campo da combustão, mas, em aplicações de sistemas de ar condicionado o Número de Reynolds é bem menor, não há a combustão e as condições de contorno são diferentes. Além disso, têm-se poucos estudos voltados para estes difusores num domínio 3D. Com esta motivação, o presente trabalho apresenta as simulações de um difusor tangencial em vazões típicas de aplicações de conforto térmico personalizado, utilizando a modelo de turbulência Reynolds Stress em um domínio 3D. Algumas simulações em um domínio 2D são realizadas a fim de se obter algumas características essenciais do escoamento, como abertura e comprimento do jato. Porém, comparados ao experimento, os resultados 2D precisam ser melhorados. Esquemas de discretização de maior ordem são utilizados para se avaliar o desempenho. Nas simulações no domínio 3D, verifica-se que um resultado melhor é alcançado quando se refina a malha na região central do jato, logo abaixo do difusor. Dois métodos de especificação da condição de contorno de entrada são estudados: o primeiro consiste em utilizar os dados experimentais obtidos na saída do difusor para simular o escoamento sem a geometria do difusor e o segundo simula o difusor completo, aplicando a magnitude da velocidade perpendicularmente à superfície de entrada com base na vazão calculada pelos dados do experimento do PIV (Particle Image Velocimetry). Os resultados numéricos são comparados com o experimento. Verifica-se que o método de simulação sem o difusor apresenta resultados mais precisos com relação ao experimento e apresenta maiores vantagens na simulação numérica. / Air diffusers are a topic of particular interest in the industry of acclimatization and air conditioning systems. The swirl (or tangential) diffuser is a type of device already used in some air conditioned environments. Their behavior is best known in combustion applications, but in air conditioning systems applications, the Reynolds number is much lower, there is no combustion and the boundary conditions are different. In addition, there have been few studies on these diffusers in 3D domain. With this motivation, this work presents simulations of a tangential flow diffuser for applications of thermal comfort. The numerical study uses the Reynolds stress turbulence model in a 3D domain. Some simulations in a 2D domain are performed in order to obtain some essential features of the flow, as the width and length of the jet. However, compared to the experiment, the 2D results need to be improved. Higher order discretization schemes are used to evaluate performance. In 3D domain simulations, it is verified that a better result is achieved when the mesh is refined in the jets central region, just below the diffuser. Two methods of the inlet boundary conditions are studied: the first consists of using the experimental data obtained at the exit of the diffuser to simulate the flow without the geometry of the diffuser and the second method simulates the diffuser completely, applying the velocity magnitude perpendicular to the inlet surface based on the calculated flow rate with experimental data of PIV (Particle Image Velocimetry). The numerical results are compared with experiment. It is noted that a simulation method without the geometry of the diffuser provides more accurate results with the experiment and has major advantages in the numerical simulation.

A constante exploração dos recursos hídricos para os mais diferentes usos sem um planejamento adequado, tem levado ao comprometimento desses recursos, verificando-se cada vez mais aumento no número de pesquisas e investimentos, visando o estudo de alternativas que viabilizem o tratamento avançado de águas residuárias e sua reutilização. Entre essas alternativas, estão as técnicas de separação dos materiais contaminantes por membranas. Neste trabalho estudou-se a viabilidade da utilização da microfiltração tangencial como alternativa de pós-tratamento de efluente de Reator Anaeróbio de Leito Expandido alimentado com esgoto sanitário, analisando-se a influência da utilização de cloreto férrico como coagulante, bem como, membranas com diferentes tamanhos de poro (0,2 e 1,0 &#956m), no desempenho da microfiltração tangencial. Os ensaios no sistema de microfiltração tangencial foram realizados em batelada, com amostras de efluente do reator anaeróbio de leito expandido (RALEX). Verificou-se que para os ensaios realizados com a membrana de 0,2 &#956m, o aumento das dosagens de cloreto férrico, contribuiu para diminuição nos valores de luxo de permeado. Esta relação não ocorreu de forma direta com a membrana de 1,0 &#956m. Os processos de coagulação e floculação foram essenciais para ambas membranas no aumento na eficiência de remoção da demanda química total de oxigênio (mg/l), fosfato total (mg P/l) e turbidez, no entanto, em relação aos valores de fluxo do permeado,foi prejudicial, pois nos ensaios em que as amostras de efluente do RALEX não foram previamente coaguladas e floculadas, a permeabilidade das membranas foi bem maios. O sistema de microfiltração tangencial operando com a membrana de 0,2 &#956m apresentou melhor desempenho, com valores de fluxo do permeado, em geral superiores a 100 L/m2.h, eficiência de 100% na remoção de coliformes totais e fecais, e a dosagem de 40 mg/l de cloreto férrico, já foi suficiente para uma eficiência média de remoção de DQOt de 95%; P.PO4-3 (89,5%) e Turbidez (96,4%). Portanto, a microfiltração tangencial pode ser considerada uma alternativa eficaz como unidade de pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio de leito expandido, produzindo efluente que atende os padrões de reuso na agricultura, para coliforme totais e fecais. / The constant exploration of water resources for the most different uses, without an appropriate planning, has lead to the exhaustion of this resources. This scenery has showed the need of increasing researches and investments on alternative forms of wastewater treatment. This work studied the viability of using crossflow microfiltration as an alternative form of advanced treatment of effluents of Anaerobic Reactor Expanded Bed feed with sewage, examining the effect of the use of ferric chloride as coagulam, as well as of different pore size membranes (0,2 and 1,0 &#956m) on the performance of crossflow microfiltration. The experiments on crossflow microfiltration system were carried out in batch, using effluent samples of anaerobic reactor expanded bed. The results obtained with the 0,2 &#956m membrane showed that the increase of ferric chloride dosages contributed for the reduction on flux values. The 1,0 &#956m membrane did not presented this relation. The flocculation and coagulation processes were essentials for increasing the removal efficiency of Total Chemical Oxygen Demand, Total Phosphorus and Turbidity for both membranes, however, for the flux values the effect was harmful, because when the samples of the Anaerobic Reactor Expanded Bed were not previously coagulated and flocculated, the membranes penneability were higher. The Crossflow Microfiltration System, operating with the 0,2 &#956m membrane, presented better performance, with flux values generally superior than 100 L/m2.h, efficiency around 100% on the removal of Total and Fecal Coliforms. For this membrane (0,2 &#956m) the dosage of 40 mg/l of FeCl3 (first stage) was enough for an average of removal efficiency of Total Chemical Oxygen Demand (95%); Turbidity (96.4%); and P.PO4-3 (89,5%). Therefore, crossflow mocrofiltration can be considered an effective alternative for advanced treatment of effluents of Anaerobic Reactor Expanded Bed, producing a final effluent with large potentiality to be used in agriculture.

A proposta desta pesquisa consistiu na avaliação da microfiltração tangencial para o tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. Neste trabalho foram avaliados métodos de limpeza física (retrolavagem com ar comprimido) e química (ácida e básica) das membranas, bem como análise comparativa da colmatação e do desempenho de membranas de tamanhos de poro de 0,2 e 1,0 'mü'm, quando aplicadas ao pós-tratamento de efluentes do tanque de aeração em diferentes concentrações de SST. Foram contemplados ainda estudos de desinfecção de efluentes da microfiltração por radiação UV e aplicação do processo de coagulação antecedendo a microfiltração tangencial. Os experimentos foram realizados em unidade piloto com membranas tubulares de polipropileno com área efetiva de filtração de 0,036 'M POT.2'. Constatou-se que a limpeza física foi essencial para obtenção de maiores valores de fluxo de permeado na unidade de microfiltração. A limpeza química das membranas por solução básica foi mais eficiente quando comparada a limpeza ácida. Foram obtidos melhores resultados com a membrana de 0,2 'mü'm, quando comparada a membrana de 1 'mü'm, a qual apresentou intensa colmatação interna de seus poros. Para membrana de 0,2 'mü'm obteve-se permeado de excelente qualidade microbiológica (E.Coli < 1 UFC/100 mL e Colifagos < 16 UFP/100 mL), bem como valores de turbidez inferiores a 1,46 uT e remoção praticamente completa de SST. A prévia coagulação das amostras de licor misto do tanque de aeração contribuiu para obtenção de maiores taxas e melhor remoção de P-'PO IND.4'POT.3-' e DQOt na unidade de microfiltração. Para dosagem de 40 mg/L de cloreto férrico obteve-se a maior taxa média (139,7 L/'M POT.2'.h), concentrações residuais de P-'PO IND.4'POT.3-' inferiores a 1,4 mgP/L e DQOt menor que 33 mg/L. A radiação UV permitiu inativação completa de E.Coli e Colifagos das amostras de permeado. Concluiu-se que a microfiltração tangencial apresentou grande potencialidade para ser aplicada no tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. / The proposal of this research was to evaluate the crossflow microfiltration as an alternative for an advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank. This work aimed to evaluate the membranes physical cleaning methods (backwashing with compressed air) and the chemical ones (acid and basic), as well as the comparative analysis between the fouling event and the 0,2 and 1,0 'mü'm pore size membranes performance, when applied to the aeration tank effluents in a post-treatment stage at TSS different concentrations. Studies for microfiltration effluents disinfection by UV radiation and the application of the coagulation process preceding the crossflow microfiltration were also developed. The experiments were performed in a pilot unit with polypropylene tubular membranes with 0.036 'M POT.2' of effective filtration area. It was verified that the physical cleaning was essential to the attainment of higher permeate flux values in the microfiltration unit. The chemical cleaning of the membranes through basic solution was more efficient when compared to their acid cleaning. Better results were attained when the 0,2 'mü'm membrane was employed in comparison with the 1 'mü'm membrane, which presented intense internal blocking of its pores. It was attained an excellent microbiological quality (E.Coli < 1 FCU/100 mL and Coliphages < 16 FPU/100 mL) for the 0,2 'mü'm membrane, as well as turbidity levels under 1,46 uT and almost total removal of TSS. The previous mixed liquor samples coagulation of the aeration tank contributed to the attainment of higher rates and better removal of P-'PO IND.4'POT.3-' and CODt in the microfiltration unit. It was attained, for the ferric chloride 40 mg/L dosage, the higher mean rate (139,7 L/'M POT.2'.h), P-'PO IND.4'POT.3-' remaining concentrations under 1,4 mgP/L and CODt lesser than 33 mg/L. The UV radiation allowed the complete inactivation of E.Coli and Coliphages from the permeate samples. It was concluded that the crossflow microfiltration presents great possibilities of application in the advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank.

Estudos aplicados ao processo de filtração tangencial têm sido o objetivo de muitos trabalhos devido a sua ampla capacidade de adequação aos mais diversos processos industriais. Os mecanismos de transferência associados a esse processo envolvem basicamente o escoamento em tubos permeáveis (ou membranas) com fenômenos de transferência de massa presentes junto à superfície. Esta tese de doutorado apresenta uma modelagem numérica capaz de representar o escoamento de fluidos newtonianos e não-newtonianos em tubos permeáveis aplicada ao processo de filtração tangencial, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. No regime turbulento, utilizou-se o modelo de comprimento de mistura de Prandtl. O modelo numérico envolveu as equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e das espécies químicas, acopladas a adequadas condições de fronteira. Em particular, por se tratar de um modelo numérico, analisou-se a discretização dos termos convectivos por meio da implementação de três esquemas: WACEB, CUBISTA e QUICKEST adaptativo. Os resultados produzidos pela implementação dos esquemas convectivos foram analisados por meio de comparações com resultados analíticos e experimentais da literatura, para regimes de escoamento laminar e turbulento. De acordo com as comparações realizadas, o esquema QUICKEST adaptativo apresentou melhor desempenho na modelagem desse escoamento. Diversas simulações numéricas geraram resultados, os quais foram comparados com expressões analíticas e dados experimentais da literatura e com dados produzidos pelo laboratório do Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF) da USP São Carlos. Verificou-se, assim, que o modelo matemático produziu resultados compatíveis com o fenômeno estudado, tendo-se, portanto, uma ferramenta para descrição do problema convectivo mássico do escoamento em tubos permeáveis. / Studies applied to the crossflow filtration process have been the goal of several researches due to its large capacity for adaptation to the various industrial processes. The mechanism of transfer associated with this process basically involves fiows in permeable tubes (or membranes) with the phenomenon of mass transfer on the surface. This doctoral thesis presents a numerical modeling able to represent the fiow of Newtonian and non-Newtonian fiuids in permeable tubes applied to the process of crossflow filtration, in laminar and turbulent flow regimes. In the turbulent regime the Prandtl mixing length model was used. The numerical model involved the mass conservation, momentum conservation and mass transport equations coupled to the appropriate boundary conditions. In particular, as it is a numerical model, the discretization of convective terms was analyzed through the implementation of three schemes: WACEB, CUBISTA and adaptative QUICKEST. The results produced by the implementation of the convective schemes were analyzed through comparisons with experimental and analytical results from the literature, for laminar and turbulent flow regImes. According to the comparisons made, adaptative QUICKEST scheme showed the best performance in the modeling in this flow. Several numerical simulations generated results, which were compared with experimental data and analytical expressions of the literature and with data produced by the laboratory of the Center of Thermal Thermal and Fluids Engineering (NETeF) of the EESC- USP/São Cados. It was possible to verify, that the mathematical model produced results consistent with the phenomenon studied, and can be considered a tool for the description of the mass convective problem flow in permeavel tubes.

A proposta desta pesquisa consistiu na avaliação da microfiltração tangencial para o tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. Neste trabalho foram avaliados métodos de limpeza física (retrolavagem com ar comprimido) e química (ácida e básica) das membranas, bem como análise comparativa da colmatação e do desempenho de membranas de tamanhos de poro de 0,2 e 1,0 'mü'm, quando aplicadas ao pós-tratamento de efluentes do tanque de aeração em diferentes concentrações de SST. Foram contemplados ainda estudos de desinfecção de efluentes da microfiltração por radiação UV e aplicação do processo de coagulação antecedendo a microfiltração tangencial. Os experimentos foram realizados em unidade piloto com membranas tubulares de polipropileno com área efetiva de filtração de 0,036 'M POT.2'. Constatou-se que a limpeza física foi essencial para obtenção de maiores valores de fluxo de permeado na unidade de microfiltração. A limpeza química das membranas por solução básica foi mais eficiente quando comparada a limpeza ácida. Foram obtidos melhores resultados com a membrana de 0,2 'mü'm, quando comparada a membrana de 1 'mü'm, a qual apresentou intensa colmatação interna de seus poros. Para membrana de 0,2 'mü'm obteve-se permeado de excelente qualidade microbiológica (E.Coli < 1 UFC/100 mL e Colifagos < 16 UFP/100 mL), bem como valores de turbidez inferiores a 1,46 uT e remoção praticamente completa de SST. A prévia coagulação das amostras de licor misto do tanque de aeração contribuiu para obtenção de maiores taxas e melhor remoção de P-'PO IND.4'POT.3-' e DQOt na unidade de microfiltração. Para dosagem de 40 mg/L de cloreto férrico obteve-se a maior taxa média (139,7 L/'M POT.2'.h), concentrações residuais de P-'PO IND.4'POT.3-' inferiores a 1,4 mgP/L e DQOt menor que 33 mg/L. A radiação UV permitiu inativação completa de E.Coli e Colifagos das amostras de permeado. Concluiu-se que a microfiltração tangencial apresentou grande potencialidade para ser aplicada no tratamento avançado de efluente gerado em sistema de tratamento de esgoto sanitário constituído de reator UASB (Upflow Anerobic Sludge Blanket) seguido de tanque de aeração. / The proposal of this research was to evaluate the crossflow microfiltration as an alternative for an advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank. This work aimed to evaluate the membranes physical cleaning methods (backwashing with compressed air) and the chemical ones (acid and basic), as well as the comparative analysis between the fouling event and the 0,2 and 1,0 'mü'm pore size membranes performance, when applied to the aeration tank effluents in a post-treatment stage at TSS different concentrations. Studies for microfiltration effluents disinfection by UV radiation and the application of the coagulation process preceding the crossflow microfiltration were also developed. The experiments were performed in a pilot unit with polypropylene tubular membranes with 0.036 'M POT.2' of effective filtration area. It was verified that the physical cleaning was essential to the attainment of higher permeate flux values in the microfiltration unit. The chemical cleaning of the membranes through basic solution was more efficient when compared to their acid cleaning. Better results were attained when the 0,2 'mü'm membrane was employed in comparison with the 1 'mü'm membrane, which presented intense internal blocking of its pores. It was attained an excellent microbiological quality (E.Coli < 1 FCU/100 mL and Coliphages < 16 FPU/100 mL) for the 0,2 'mü'm membrane, as well as turbidity levels under 1,46 uT and almost total removal of TSS. The previous mixed liquor samples coagulation of the aeration tank contributed to the attainment of higher rates and better removal of P-'PO IND.4'POT.3-' and CODt in the microfiltration unit. It was attained, for the ferric chloride 40 mg/L dosage, the higher mean rate (139,7 L/'M POT.2'.h), P-'PO IND.4'POT.3-' remaining concentrations under 1,4 mgP/L and CODt lesser than 33 mg/L. The UV radiation allowed the complete inactivation of E.Coli and Coliphages from the permeate samples. It was concluded that the crossflow microfiltration presents great possibilities of application in the advanced treatment of effluent generated in a system of sewage treatment composed by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor followed by an aeration tank.

Nesta tese de doutorado é utilizada a técnica híbrida analítico-numérica, conhecida internacionalmente por GITT (Generalized Integral Transform Technique), para modelagem e simulação da equação de conservação das espécies químicas, na investigação do escoamento laminar incompressível, newtoniano e permanente em tubos permeáveis. O escoamento é aplicado ao processo de filtração tangencial com membranas e foram realizados dois estudos relacionados à equação convectiva-difusiva elíptica e parabólica, para as quais são utilizadas as mesmas condições de fronteira. Na modelagem a velocidade na parede permeável é considerada uniforme e os perfis de velocidade para a região de entrada do escoamento são obtidos na literatura. O modelo matemático utiliza originalmente uma expressão para a espessura da camada limite de concentração, com uma metodologia que determina a taxa assintótica, com a qual se estabelece a espessura da camada de concentração. Os resultados são apresentados com análise de convergência através de tabelas e com gráficos para o fluxo transmembrana local e médio, a correlação de Sherwood e a espessura da camada limite de concentração e ainda são comparados com outros resultados e metodologias reportadas na literatura. / In this doctoral thesis, the analytical-numerical hybrid technique, internationally known as GITT (Generalized Integral Transform Technique), is used for the modeling and simulation of the equation of chemical species conservation, in the investigation of the incompressible, Newtonian and permanent laminar flow in permeable tubes. The flow is applied to the cross-flow process with membranes and two studies related to the elliptic and parabolic convective-diffusive equation were accomplished, for which the same boundary conditions are used. In the modeling, the velocity on the permeable wall is considered uniform and the velocity profiles for the entrance region flow are obtained from the literature. The mathematical model originally uses an expression for the concentration boundary layer thickness, with a methodology that determines the asymptotic ratio, establishing the concentration boundary layer thickness. The results are presented with convergence analysis through tables and with graphs for the mean local transmembrane flux, Sherwood correlation and the concentration boundary layer thickness, and they are also compared with other results and methodologies reported in the literature.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-08Bitstream added on 2014-06-13T21:07:15Z : No. of bitstreams: 1 romao_lpc_dr_araiq.pdf: 435919 bytes, checksum: 41d1a98abe8648f0ce971267eb617cda (MD5) / Um procedimento de ultrafiltração com fluxo tangencial e membrana polietersulfônica de porosidade 1 kDa foi utilizado na determinação da capacidade de complexação (CC) e constantes de estabilidade condicional (K) do íon cobre(II) para amostras de matéria orgânica natural, substâncias húmicas aquáticas e substâncias húmicas de solo de diferentes regiões do Brasil. As substâncias húmicas de solos apresentaram maiores valores de CC em relação à matéria orgânica natural e substâncias húmicas aquáticas. Os valores das capacidades de complexação das amostras de matéria orgânica aquática (1,25±0,07, 1,18±0,05 e 1,81±0,30) e das amostras de substâncias húmicas aquáticas (1,23±0,11, 1,12±0,05 e 1,44±0,04) foram similares, indicando que o procedimento de extração utilizando resina acrílica XAD-8 não modificou significativamente as características complexantes originais das amostras. Os valores das capacidades de complexação da matéria orgânica natural (MON) determinados por ultrafiltração para Cu(II) variaram de 0,17 a 1,99 mmol Cu(II)g-1 COT e os valores das constantes de estabilidade condicional variaram de 2,30 a 4,35 (log K1) e 1,36 a 2,60 (log K2) A validação da metodologia de ultrafiltração em fluxo tangencial foi feita comparando as médias das capacidades de complexação para cobre(II) determinadas por UF, e àquelas obtidas por eletrodo íon seletivo utilizando o teste de student t. Os resultados mostraram que não existem diferenças entre os valores das capacidades de complexação determinados por ambos os procedimentos. Resultados de experimentos de troca entre íons Cu(II) adicionados e espécies metálicas (Ni, Al e Fe) originalmente complexadas por substâncias húmicas, permitiram estabelecer a seguinte ordem decrescente de estabilidade relativa do complexo SH-metal: Fe<Al<<Ni. / An tangential-flow ultrafiltration (TF-UF) procedure a polyethersulfone membrane filter (cut-off 1 kDa) was used to determine the copper(II) complexation capacity (CC) and conditional stability constants (K) of the copper(II) ion from samples of aquatic organic matter, aquatic humic substances and soil humic substances (all from different regions of Brazil). The humic soil substances presented larger values of CC compared to the aquatic organic matter and aquatic humic substances. The complexation capacities from samples of aquatic organic matter (1,25±0,07, 1,18±0,05 and 1,81±0,30) and aquatic humic substances (1,23±0,11, 1,12±0,05 and 1,44±0,04) samples were similar, indicating that the extraction procedure using XAD-8 acrylic resin didn't, significantly, modify the original complexation characteristics of the samples. The values of complexation capacities of aquatic organic matter (AOM) by Cu(II) using ultrafiltration varied from 0,17 to 1,99 mmol Cu(II)g-1 TOC and the values of the conditional stability constants varied from 2,30 to 4,35 (log K1) and 1,36 to 2,60 (log K2). The validation of the tangential-flow ultrafiltration (TF-UF) methodology was done comparing the averages of complexation capacities determined by TF-UF and those obtained by selective ion electrode using the student test t. The results showed that there aren’t any differences between the values of complexation capacities for copper(II) determined by both the methods. Results of exchange experiments among Cu(II) ions added and metallic species (Ni, Al and Fe) originally complexed for humic substances allowed the establishment of the following decreasing order of relative stability of the compound HS-metal: Fe <Al << Ni.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-23T20:18:47Z No. of bitstreams: 1 MarcosAndreCapitulinoDeBarrosFilho_DISSERT.pdf: 1391023 bytes, checksum: c9de84ee4fe7550a9fa173f8a04d4002 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-27T21:06:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarcosAndreCapitulinoDeBarrosFilho_DISSERT.pdf: 1391023 bytes, checksum: c9de84ee4fe7550a9fa173f8a04d4002 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-27T21:06:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcosAndreCapitulinoDeBarrosFilho_DISSERT.pdf: 1391023 bytes, checksum: c9de84ee4fe7550a9fa173f8a04d4002 (MD5) Previous issue date: 2015-12-14 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Apesar das in?meras vantagens advindas do uso da tecnologia de membranas filtrantes, algumas limita??es inerentes ao processo de incrusta??o tornam-se relevantes para sua aplicabilidade. O controle das condi??es operacionais consiste em importante ferramenta para mitigar o fouling e alcan?ar bons n?veis de efici?ncia. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi investigar o efeito da press?o transmembrana e da vaz?o de concentrado no desempenho da ultrafiltra??o, aplicada ao p?s-tratamento de esgoto sanit?rio. O processo foi avaliado e otimizado variando-se a press?o (0,5 e 1,5 bar) e a vaz?o de concentrado (300 e 600 L/h), por meio de um planejamento fatorial 22, a fim de investigar os efeitos no fluxo permeado e na qualidade dos efluentes gerados, em cada condi??o operacional. Avaliaram-se os seguintes indicadores de qualidade para os permeados: pH, Condutividade El?trica, S?lidos Suspensos Totais, Turbidez, C?lcio e Demanda Qu?mica de Oxig?nio (DQO). Em todos os ensaios, observou-se diminui??o acentuada do fluxo permeado nos instantes iniciais, seguida de uma queda lenta que se prolongou at? atingir um patamar relativamente constante por volta dos 120 minutos de filtra??o. O aumento da press?o resultou em maior fluxo permeado inicial, por?m a queda do fluxo com o tempo foi maior para os ensaios realizados a press?o mais elevada, evidenciando um processo de incrusta??o mais pronunciado. Por outro lado, o aumento da vaz?o de concentrado resultou em queda mais lenta de fluxo permeado com o tempo de filtra??o. Com rela??o a qualidade dos permeados, a press?o transmembrana de 0,5 bar foi a que permitiu melhores resultados, sendo confirmado estatisticamente, por meio do teste da ANOVA two-way com medidas repetidas, efeito significativo da press?o sobre a turbidez do permeado. A vaz?o de concentrado, por sua vez, n?o apresentou influ?ncia significativa sobre nenhum dos par?metros de qualidade. Dessa forma, considerando que o efeito do aumento da vaz?o de concentrado no retardamento do fouling n?o resultou em melhoria significativa do fluxo permeado, conclui-se que a condi??o operacional otimizada para a gera??o de permeados com maior grau de pureza, associado a gera??o de um menor volume de res?duo, consiste naquela em que se aplica uma press?o transmembrana baixa associada a uma vaz?o menor de concentrado. / Despite the numerous advantages resulting from the use of membrane filters technology, intrinsic limitations fouling process become relevant to its applicability. The control of operating conditions is an important tool to mitigate fouling and achieve good levels of efficiency. In this sense, the objective of this study was to investigate the effect of transmembrane pressure and concentrate flow in the performance of ultrafiltration, applied to the post-treatment of domestic sewage. The process was evaluated and optimized by varying the pressure (0.5 and 1.5 bar) and the concentrate flow (300 and 600 L/h), using a 22 factorial design, in order to investigate the effects on the permeate flow and quality of effluents generated at each operating condition. We evaluated the following quality indicators for permeate: pH, electrical conductivity, total suspended solids, turbidity, calcium and Chemical Oxygen Demand (COD). In all tests, we observed marked reduction in the permeate flux at the early stages, followed by a slow decline that lasted until it reaches a relatively constant level, around 120 minutes of filtration. The increased pressure resulted in a higher initial permeate flux, but the decrease of the flow with time is greater for tests at higher pressure, indicating a more pronounced fouling process. On the other hand, increasing the concentrate flow resulted in a slower decline in permeate flux with the filtration time. Regarding the quality of permeate, the transmembrane pressure of 0,5 bar was the one that allowed better results, and was statistically confirmed through the two-way ANOVA test with repeated measures, significant effect of pressure on the turbidity of the permeate. The concentrate flow, in turn, showed no significant influence on any of the quality parameters. Thus, we conclude that, from an economic and environmental point of view, it is more interesting to operate ultrafiltration membrane system with a lower concentrate flow associated with a low transmembrane pressure, since under these conditions will produce less waste, and the permeate will present lower concentrations of the analyzed constituent, especially lower turbidity.

O processo de microfiltração tangencial com membranas tubulares inorgânicas e tubos microporosos, respectivamente de origem importada e nacional, foi investigado tendo-se como objeto de separação as misturas macromoleculares preparadas com os agentes polissacarídeos gomas Xantana e Guar em suspensão aquosa. São evidenciados neste processo os efeitos de sinergia compreendidos nas misturas elaboradas puras e em diferentes proporções, na concentração final de 1000 ppm. A investigação experimental acompanha o comportamento reológico de cada mistura ao longo do processo e os resultados foram investigados a partir de propriedades físico-químicas relevantes como: concentração de carbono orgânico total (Total Organic Carbon - TOC) e análise de absorbância no espectômetro de infravermelho. Resultados de TOC indicaram que em apenas um meio filtrante tubular microporoso (C1T+), o desempenho do processo na retenção dos polissacarídeos foi acima de 90%, em relação ao processo com a membrana comercial importada cuja retenção de TOC foi da ordem de 80%. De acordo com as análises de absorbância, conclui-se que as membranas com tamanho do poro nominal de 0,2 \'mü\'m e 0,4 \'mü\'m tiveram uma retenção mais eficiente do que os tubos microporosos em estudo. A temperatura foi um parâmetro significativo, pois a retenção, na maioria dos casos, foi maior na temperatura de 25ºC, independente da pressão e da velocidade média. Na análise dos procedimentos envolvendo cada mistura, foi constatada a boa sinergia entre as gomas, sem modificação de estrutura (formação de gel) ou fenômenos de superfície que impedissem o processo de microfiltração. A vazão transmembrana das misturas ficou limitada entre os máximos valores para mistura pura de Xantana e mínimos para Guar. Todas as misturas apresentaram comportamento pseudoplástico, sem mudanças na reologia, reforçando a adequada sinergia quanto a este aspecto. / The present dissertation reports cross-flow microfiltration with national and imported inorganic tubular membranes and microporous tubes. The object of separation is the macromolecular mixtures prepared with polysaccharide agents Xanthan and Guar gum in aqueous solution. The process shows the synergism effects in pure and different mixture proportions, with 1000 ppm final concentration. The experiments established the rheologic behaviour of each mixture along the process and significant physical and chemical properties, such as Total Organic Carbon concentration (TOC) and absorbency analysis in infrared spectrometer were analyzed. TOC retention shows that only one microporous tubular filtering medium (C1T+) had better performance (retention 90%) than the imported commercial membrane (retention about 80%). Absorbency analysis show a better retention efficiency of membranes with pore size of 0,2 \'mü\'m and 0,4 \'mü\'m than microporous tube. The temperature was a significant parameter, as the better retention was obtained at 25ºC, independently of pressure and mean velocity. There is good synergism between Xanthan and Guar gums without structure modifications or surface phenomena that would impede the microfiltration process. The transmembrane flux of proportional mixtures has been limited between maximum values of pure Xanthan and minimum values of pure Guar mixtures. All mixtures have pseudoplastic behaviour, without changes in rheology, intensifying the good synergism.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation sought to understand the mechanisms of mass transfer along the inner surface of cylindrical microfiltration membranes, which are associated with phenomena of diffusion and convection of one or more chemical species in a suspension. The chemical species present in the suspension are separated based on differences between the sizes of particles in relation to the average diameter of pore membrane. The driving force used in the separation process is the transmembrane pressure at which the membrane is submitted. Mathematical models capable of representing the concentration profile of solute along the membrane were used and solved using the lines method with finite differences in order to describe, in general, the behavior of chemicals, especially enzymes, along with cylindrical membranes (hollow fibers or capillary membranes or tubular membranes). Tangential filtration process was studied in the transient and permanent flow. The data obtained with the solutions of the model were compared with experimental data obtained from literature for the á and â amylases enzymes from corn malt (Zea mays) and found that the numerical method of finite differences used to solve the numerical model produced consistent results with experimental data and they are representative of the phenomenon. / Nesta dissertação buscou-se entender os mecanismos de transferência de massa junto à superfície interna de membranas cilíndricas de microfiltração, onde estão associados fenômenos de difusão e convecção de uma ou mais espécies químicas presentes em uma suspensão. As espécies químicas presentes na suspensão são separadas com base nas diferenças entre os tamanhos das partículas em relação ao diâmetro médio de poros da membrana. A força motriz utilizada no processo de separação é a pressão transmembranar a que a membrana é submetida. Modelos matemáticos capazes de representar o perfil de concentração do soluto ao longo da membrana foram utilizados e resolvidos utilizando o método das linhas associado com o método das linhas associado ao método das diferenças finitas com o objetivo de descrever, de uma forma geral, o comportamento de substâncias químicas, especialmente de enzimas, ao longo de membranas cilíndricas (hollow fibers ou membranas capilares ou membranas tubulares). O processo de filtração tangencial foi estudado operando em regime transiente e estacionário. Os dados obtidos com as soluções do modelo foram comparados com os dados experimentais obtidos da literatura para as enzimas á e â amilase a partir do malte de milho (Zea mays) e verificou-se que o método numérico das diferenças finitas, utilizado para resolver o modelo numérico, produziu resultados compatíveis com os dados experimentais e são representativos do fenômeno estudado. bioproduto.