Espectrometria de emissão óptica, utilizando plasmas acoplados indutivamente, torna-se uma ferramenta indispensável para análises de elementos químicos. Neste trabalho é descrita a construção detalhada de um oscilador de rádio frequência para obtenção de uma tocha de plasma indutivo. O projeto é estruturado a partir da elaboração da fonte retificadora, da malha de acoplamento, até a construção da tocha, além de análises com amostras líquidas e sólidas. Pelo fato de a tocha de plasma indutivo ser mais estável do que outros métodos de atomização, como laser ou chama, a torna uma escolha atraente para métodos analíticos, em vasta gama de aplicações. Os resultados do desempenho elétrico do oscilador de rádio frequência foram alcançados, embora as perdas sejam eminentes, foi obtida uma tensão na malha de acoplamento de 620 volts, potência na tocha de 1400 watts, e frequência do oscilador, com valor estável de 13,56 mega-hertz. Os resultados das análises também foi outro ponto de destaque, uma vez que, foi possível detectar através de um espectrômetro óptico, todos os elementos contidos numa solução de aço inox, tais como: silício, fósforo, manganês, molibdênio, cromo, níquel e cobre, embora os resultados quantitativos ainda necessitem de alguns ajustes. Com relação à análise de amostras sólidas, onde foram utilizados eletrodos consumíveis de alumínio e cobre, o resultado foi muito promissor, graças ao projeto da tocha que permite modificações em sua estrutura; os eletrodos consumíveis também foram analisados com as técnicas de difração de raio-X e microanálise por feixe de elétrons para confirmação dos resultados. / Optical emission spectrometry using inductively coupled plasma becomes an indispensable tool for analysis of chemical elements. This work describes the detailed construction of a radio frequency oscillator for obtaining an inductive plasma torch. The project is structured from the elaboration of the source rectifier, matching network, until the construction of the torch, and analyzes with liquid and solid samples. Because the inductive plasma torch to be more stable than other atomization methods such as laser or flame, becomes an attractive choice for analytical methods in wide range of applications. The results of the electrical performance of the radio frequency oscillator been achieved, although losses are distinguished was obtained at a voltage matching network 620 volts, the torch power of 1400 watts, and oscillator frequency, with a steady value of 13.56 mega-hertz. The results of analyzes was also another important point, since it was possible to detect through an optical spectrometer, all elements contained in a solution of stainless steel, such as silicon, phosphorus, manganese, molybdenum, chromium, nickel and copper, although the quantitative results still need some tweaking. Regarding the analysis of solid samples, which were consumable electrodes of aluminum and copper, the result was very promising, due to the torch project that allows modifications in its structure; consumable electrodes were also analyzed through the techniques x-ray diffraction and microanalysis by electron beam, to confirm the results.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OtonielMM.pdf: 1444434 bytes, checksum: 9112e638701d47b1e7b961a8482d2da2 (MD5) Previous issue date: 2005-11-25 / In the present work it was developed originals alternatives of enveronmentally safe and economically viable destination of thermoset plastic residue from a button factory, which at presnte stores such residue tempor and in a way that is inconvenient to the atmosphere, a waiting safe solutions. As the residue is not recycleab and its burning leberates strongly aggressive gases, safe alternatives were researched. Inicially, ghe residue in incineration was performed in cement ovens with precise control ofe emission of gases, but it was proved inviable due to its low calorific power, as well as the liberation of free lead in the ashes. An original and feasible option was the residue confinemente in soil-ciment blocks, lohich resulted in blocks highly resistant to simple compression with structural block, and also a significant increase in thermal resistence. Was got up other options of original and important composites as: making of blocks for pr?-moulded flagstone, internal coating of walls with plaster being obtained good texture results, replenish of ceramic blocks and blocks with cement, also implying in increase of thermal resistance. Besides these original and scientific contributions, the it was technologically contribution of defreadation with suggestions of the material using torch of thermal plasm; for this was projected, built, characterized and tested a torch to it shapes it being obtained exciting results for the development of this technology come back for ending destruction from all the types of inconvenient garbage to the atmosphere / No presente trabalho desenvolveram-se alternativas originais de encaminhamento ambientalmente seguro e economicamente vi?vel de res?duo pl?stico termofixo de uma f?brica de bot?es que, no momento, estoca esse res?duo de forma tempor?ria e inconveniente ao ambiente, aguardando solu??es mais seguras. Como o res?duo n?o ? recicl?vel e sua queima libera gases fortemente agressivos ? vida, pesquisaram-se alternativas seguras e vi?veis, tanto do ponto de vista t?cnico como econ?mico. Inicialmente considerou-se a incinera??o do res?duo em fornos de cimento com controle de emiss?o de gases; mas, concluiu-se que a op??o era invi?vel pelo fato do res?duo apresentar baixo poder calor?fico e de sua incinera??o resultar na libera??o de chumbo em cinzas. Pesquisou-se, depois, a possibilidade de decomposi??o do material por meio do uso de tocha de plasma t?rmico. Para isto projetou-se, construiu-se e testou-se uma tocha de plasma para termodecomposi??o, adaptada para utilizar ar ? press?o ambiente como g?s indutor, em substitui??o ao arg?nio, comumente utilizado em tochas de baixa pot?ncia. Os resultados demonstraram a viabilidade t?cnica da proposta; contudo, do ponto de vista econ?mico, os resultados n?o foram positivos. Em seguida, considerou-se o confinamento em blocos de solo-cimento. Foram produzidos blocos que apresentaram resist?ncia ? compress?o simples equivalente a de blocos portantes tipo C e aumento da resist?ncia t?rmica em rela??o ao bloco do mesmo tipo sem adi??o de res?duo. Levantaram-se outras op??es de comp?sitos originais e importantes como: blocos para laje pr?-moldada; revestimento interno de alvenaria com gesso; enchimento de blocos cer?micos e blocos com argamassa de cimento. Al?m do aumento da resist?ncia t?rmica, os comp?sitos desenvolvidos utilizaram menos cimento em sua composi??o, implicando em redu??o de custos sem comprometimento da resist?ncia mec?nica

Espectrometria de emissão óptica, utilizando plasmas acoplados indutivamente, torna-se uma ferramenta indispensável para análises de elementos químicos. Neste trabalho é descrita a construção detalhada de um oscilador de rádio frequência para obtenção de uma tocha de plasma indutivo. O projeto é estruturado a partir da elaboração da fonte retificadora, da malha de acoplamento, até a construção da tocha, além de análises com amostras líquidas e sólidas. Pelo fato de a tocha de plasma indutivo ser mais estável do que outros métodos de atomização, como laser ou chama, a torna uma escolha atraente para métodos analíticos, em vasta gama de aplicações. Os resultados do desempenho elétrico do oscilador de rádio frequência foram alcançados, embora as perdas sejam eminentes, foi obtida uma tensão na malha de acoplamento de 620 volts, potência na tocha de 1400 watts, e frequência do oscilador, com valor estável de 13,56 mega-hertz. Os resultados das análises também foi outro ponto de destaque, uma vez que, foi possível detectar através de um espectrômetro óptico, todos os elementos contidos numa solução de aço inox, tais como: silício, fósforo, manganês, molibdênio, cromo, níquel e cobre, embora os resultados quantitativos ainda necessitem de alguns ajustes. Com relação à análise de amostras sólidas, onde foram utilizados eletrodos consumíveis de alumínio e cobre, o resultado foi muito promissor, graças ao projeto da tocha que permite modificações em sua estrutura; os eletrodos consumíveis também foram analisados com as técnicas de difração de raio-X e microanálise por feixe de elétrons para confirmação dos resultados. / Optical emission spectrometry using inductively coupled plasma becomes an indispensable tool for analysis of chemical elements. This work describes the detailed construction of a radio frequency oscillator for obtaining an inductive plasma torch. The project is structured from the elaboration of the source rectifier, matching network, until the construction of the torch, and analyzes with liquid and solid samples. Because the inductive plasma torch to be more stable than other atomization methods such as laser or flame, becomes an attractive choice for analytical methods in wide range of applications. The results of the electrical performance of the radio frequency oscillator been achieved, although losses are distinguished was obtained at a voltage matching network 620 volts, the torch power of 1400 watts, and oscillator frequency, with a steady value of 13.56 mega-hertz. The results of analyzes was also another important point, since it was possible to detect through an optical spectrometer, all elements contained in a solution of stainless steel, such as silicon, phosphorus, manganese, molybdenum, chromium, nickel and copper, although the quantitative results still need some tweaking. Regarding the analysis of solid samples, which were consumable electrodes of aluminum and copper, the result was very promising, due to the torch project that allows modifications in its structure; consumable electrodes were also analyzed through the techniques x-ray diffraction and microanalysis by electron beam, to confirm the results.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlexandreMFG_TESE.pdf: 5334818 bytes, checksum: 7c848d27061280b40eb07e9232cb9807 (MD5) Previous issue date: 2009-08-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The traditional processes for treatment of hazardous waste are questionable for it generates other wastes that adversely affect people s health. As an attempt to minimize these problems, it was developed a system for treatment of hazardous waste by thermal plasma, a more appropriate technology since it produces high temperatures, preventing the formation of toxic pollutants to human beings. The present work brings out a solution of automation for this plant. The system has local and remote monitoring resources to ensure the operators security as well as the process itself. A special attention was given to the control of the main reactor temperature of the plant as it is the place where the main processing occurs and because it presents a complex mathematical model. To this, it was employed cascaded controls based on Fuzzy logic. A process computer, with a particular man-machine interface (MMI), provides information and controls of the plant to the operator, including by Internet. A compact PLC module is in charge of the central element of management automation and plant control which receives information from sensors, and sends it to the MMI / Os processos tradicionais de tratamento de lixos perigosos s?o question?veis por gerar outros res?duos que afetam negativamente ? sa?de das pessoas. Como tentativa de minimiza??o desses problemas foi desenvolvido um sistema de tratamento de res?duos perigosos por plasma t?rmico, uma tecnologia adequada por produzir altas temperaturas, impedindo a forma??o de poluentes bastantes t?xicos ao homem. O trabalho aqui exposto traz uma solu??o de automa??o para essa planta. O sistema disp?e de recursos de monitoramento e prote??es locais e remotos, que garantem a seguran?a do processo e dos operadores. Para controle de temperatura do reator principal da planta foi dada uma aten??o especial por ser o recinto onde ocorre o principal processamento e por apresentar um complexo modelo matem?tico. Para esse fim, foram empregados controles em cascata baseados em l?gica Fuzzy. Um computador de processo, com uma interface homem-m?quina (IHM) espec?fica, disponibiliza ao operador informa??es e controles da planta, inclusive via Internet. O elemento central de gerenciamento da automa??o e controle da planta fica a cargo de um m?dulo CLP compacto, que recebe as informa??es dos sensores, e as envia ? IHM

Esta tese apresenta um modelo matemático para simulação numérica do escoamento com turbilhonamento (swirl) em tochas de plasma térmico de arco não transferido que operam em corrente contínua, assim como os resultados obtidos com as simulações para estudo de casos. O modelo magneto-hidrodinâmico (modelo MHD) bidimensional permitiu simular a interação entre o escoamento e o arco elétrico usando uma configuração axissimétrica, que abrange as seguintes regiões: entrada do gás; interior da tocha; jato de plasma livre no ambiente. O modelo foi implementado num código numérico baseado no Método dos Volumes Finitos para a solução numérica das equações governantes. Para os estudos foram simulados casos com diferentes condições operacionais (vazão de gás; intensidade de corrente elétrica; gases plasmogênicos: ar e argônio; intensidade de turbilhonamento). A fim de verificar a qualidade do modelo, alguns resultados foram comparados com a literatura e apresentaram boa concordância: a maior diferença obtida entre valores de temperatura experimentais e valores calculados foi -10%, e a média das diferenças obtidas nas comparações foi de aproximadamente ±3,2%. Os perfis de temperatura e de velocidade obtidos para a região do arco e para o jato de plasma resultante permitiram o estudo do comportamento do escoamento na tocha de plasma em diferentes condições. Conclui-se que o modelo desenvolvido é apto à realização de investigações numéricas do escoamento em tochas de plasma e dos efeitos do turbilhonamento na interação arco/escoamento. / This thesis presents a mathematical model for numerical simulation of swirling flow in DC non-transferred arc thermal plasma torches, as well as the results obtained from simulations to case studies. The two-dimensional magnetohydrodynamic model (MHD model) allowed simulate the interaction between the flow and the electric arc using an axisymmetric configuration, covering the following areas: gas inlet; inside the torch; free jet of plasma in the environment. The model was implemented in a computer code based on the Finite Volume Method (FVM) to enable the numerical solution of the governing equations. For the study, cases were simulated with different operating conditions (gas flow rate; electric current intensity; plasmogenic gases: air and argon; swirl intensity). In order to verify the quality of the model, some results were compared with the literature and showed good agreement: the biggest difference between experimental temperature values and calculated values was 10%, and the average of the differences obtained in the comparisons was approximately ±3.2%. The resulting profiles of temperature and velocity obtained for the region of the arc and the plasma jet allowed the study of the flow behavior in the plasma torch in different conditions. It is concluded that the model developed is able to carry out numerical investigations of the flow in plasma torches and the effects of swirl in the interaction arc/flow.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcioWDM_TESE.pdf: 5811012 bytes, checksum: feda974076398f5c8fbcb84ae56af460 (MD5) Previous issue date: 2010-09-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Metal substrates were coated by thermal spraying plasma torch, they were positioned at a distance of 4 and 5 cm from the nozzle exit of the plasma jet. The starting materials were used for deposition of tantalum oxide powder and aluminium. These two materials were mixed and ground into high-energy mill, then immersed in the torch for the production of alumina coating infused with particles of tantalum with nano and micrometric size. The spraying equipment used is a plasma torch arc not transferred, which operating in the range of 250 A and 80 V, was able to produce enough heat to ignite aluminothermic between Ta2O5 and aluminum. Upon reaching the plasma jet, the mixing powders react with the heat of the blaze, which provides sufficient energy for melting aluminum particles. This energy is transferred through mechanisms of self-propagating to the oxide, beginning a reduction reaction, which then hits on the surface of the substrate and forms a coating on which a composite is formed by a junction metal - ceramic (Ta +Al2O3). The phases and quantification of each were obtained respectively by X-ray diffraction and the Rietveld method. Morphology by scanning electron microscopy and chemical analysis by energy dispersive spectroscopy EDS. It was also performed measurements of the substrate roughness, Vickers microhardness measurements in sprays and determination of the electron temperature of the plasma jet by optical emission spectroscopy EEO. The results confirmed the expectation generated around the end product of spraying the mixture Ta2O5 + Al, both in the formation of nano-sized particles and in their final form. The electron excitation temperature was consistent with the purpose of work, in addition, the thermodynamic temperature was efficient for the reduction process of Ta2O5. The electron excitation temperature showed values of 3000, 4500 and 8000 K for flows10, 20 and 30 l / min respectively, these values were taken at the nozzle exit of the plasma jet. The thermodynamic temperature around 1200 ? C, was effective in the reduction process of Ta2O5 / Substratos met?licos de a?o inox 416 foram revestidos por aspers?o t?rmica em tocha de plasma. Eles foram posicionados a uma dist?ncia de 4 e 5 cm em rela??o ao bocal de sa?da do jato de plasma. Os materiais de partida utilizados para as deposi??es foram p?s de ?xido de t?ntalo e alum?nio. Esses dois p?s foram misturados e mo?dos em moinho de alta energia, em seguida, imersos na tocha para produ??o de revestimento de alumina impregnada com part?culas de t?ntalo com tamanho nano e microm?tricos. O equipamento de aspers?o utilizado foi uma tocha de plasma de arco n?o transferido que opera na faixa de 250 A e 30 V. Ao atingirem o jato de plasma, os p?s da mistura aquecem at? a temperatura de igni??o da rea??o aluminot?rmica. O calor gerado fornece energia suficiente para a fus?o do produto da rea??o. Esse produto fundido ao chocar-se na superf?cie do substrato forma um revestimento composto por uma jun??o metal cer?mica (Ta + Al2O3). A identifica??o das fases e sua quantifica??o foram obtidas respectivamente por difra??o de raios X e pelo m?todo de Rietveld. Para determina??o da morfologia e composi??o das part?culas foram utilizados microscopia eletr?nica de varredura e an?lise qu?mica por espectroscopia de energia dispersiva EDS, respectivamente. Tamb?m foram executadas medidas de rugosidades no substrato, medi??es de microdureza Vickers nas aspers?es e determina??o da temperatura eletr?nica do jato de plasma por espectroscopia de emiss?o ?tica EEO. Os resultados obtidos confirmaram a expectativa gerada em torno do produto final da aspers?o da mistura Ta2O5 + Al, tanto na forma??o de part?culas nanom?tricas de t?ntalo quanto no formato final delas. A temperatura de excita??o dos el?trons apresentou valores de 3000, 4500 e 8000 K para fluxos de 10, 20 e 30 l/min respectivamente, esses valores foram tomados na sa?da do bocal do jato de plasma. A temperatura termodin?mica, em torno de 1200 ?C mostrou-se eficiente para o processo de redu??o do Ta2O5

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioCPS.pdf: 2085220 bytes, checksum: 8e64ae2c2f5ffe8a64dd3420c9c87327 (MD5) Previous issue date: 2007-03-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / In this work was used a plasma torch of non transferred arc with argon as work gas, using a power supply with maximum DC current of 250 A and voltage of 30 V to activate the plasma and keep it switched on. The flame temperature was characterized by optical emission spectroscopy, through Boltzmann-plot-method. The torch has been used like igniter in the aluminothermic reduction of the mixture tantalum oxide and aluminum, seeking to obtain metallic tantalum. In heating of the reagents only one particle will be considered to study interactions between plasma-particle, seeking to determinate its fusion and residence time. The early powders were characterized by laser granulometry, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis. The final product of this reaction was characterized by SEM and X-ray diffraction. Crystallite size was calculated by the Scherrer equation and microdeformation was determined using Willamsom-Hall graph. With Rietveld method was possible to quantify the percentile in weight of the products obtained in the aluminothermic reaction. Semi-quantitative chemical analysis (EDS) confirmed the presence of metallic tantalum and Al2O3 as products of the reduction. As was waited the particle size of the metallic tantalum produced, presents values in nanometric scale due the short cooling time of those particles during the process / Neste trabalho foi utilizada uma tocha de plasma de arco n?o transferido com arg?nio como g?s de trabalho, utilizando uma fonte de pot?ncia com corrente m?xima de 250 A e tens?o m?xima de sa?da de 30 V fornecida pelo fabricante. A temperatura da tocha foi caracterizada atrav?s da espectroscopia de emiss?o ?ptica, utilizando a curva de Boltzmann. A tocha foi usada como ignitor para a rea??o de redu??o aluminot?rmica do ?xido de t?ntalo mais alum?nio para a produ??o de t?ntalo met?lico. No aquecimento dos reagentes apenas uma part?cula ser? considerada para o estudo da intera??o tocha-part?cula, com o objetivo de determinar seu tempo de fus?o e resid?ncia. Os p?s de partida foram caracterizados atrav?s da granulometria a laser, microscopa eletr?nica de varredura (MEV) e difra??o de raios X. O produto final desta rea??o foi caracterizado por MEV e difra??o de raios X. O tamanho de cristalito foi calculado atrav?s da equa??o de Scherrer e a microdeforma??o foi determinada utilizando o gr?fico de Willamsom-Hall. Com o m?todo de Rietveld foi poss?vel quantificar o percentual em peso do produto da rea??o aluminot?rmica. An?lise qu?mica semiquantitativa (EDS) confirmou a presen?a do Ta met?lico e Al2O3 como produtos da redu??o. Como era de se esperar, o tamanho das part?culas do t?ntalo met?lico produzida apresenta valores na faixa de nan?metro devido pequeno tempo de resfriamento durante o processo

Esta tese apresenta um modelo matemático para simulação numérica do escoamento com turbilhonamento (swirl) em tochas de plasma térmico de arco não transferido que operam em corrente contínua, assim como os resultados obtidos com as simulações para estudo de casos. O modelo magneto-hidrodinâmico (modelo MHD) bidimensional permitiu simular a interação entre o escoamento e o arco elétrico usando uma configuração axissimétrica, que abrange as seguintes regiões: entrada do gás; interior da tocha; jato de plasma livre no ambiente. O modelo foi implementado num código numérico baseado no Método dos Volumes Finitos para a solução numérica das equações governantes. Para os estudos foram simulados casos com diferentes condições operacionais (vazão de gás; intensidade de corrente elétrica; gases plasmogênicos: ar e argônio; intensidade de turbilhonamento). A fim de verificar a qualidade do modelo, alguns resultados foram comparados com a literatura e apresentaram boa concordância: a maior diferença obtida entre valores de temperatura experimentais e valores calculados foi -10%, e a média das diferenças obtidas nas comparações foi de aproximadamente ±3,2%. Os perfis de temperatura e de velocidade obtidos para a região do arco e para o jato de plasma resultante permitiram o estudo do comportamento do escoamento na tocha de plasma em diferentes condições. Conclui-se que o modelo desenvolvido é apto à realização de investigações numéricas do escoamento em tochas de plasma e dos efeitos do turbilhonamento na interação arco/escoamento. / This thesis presents a mathematical model for numerical simulation of swirling flow in DC non-transferred arc thermal plasma torches, as well as the results obtained from simulations to case studies. The two-dimensional magnetohydrodynamic model (MHD model) allowed simulate the interaction between the flow and the electric arc using an axisymmetric configuration, covering the following areas: gas inlet; inside the torch; free jet of plasma in the environment. The model was implemented in a computer code based on the Finite Volume Method (FVM) to enable the numerical solution of the governing equations. For the study, cases were simulated with different operating conditions (gas flow rate; electric current intensity; plasmogenic gases: air and argon; swirl intensity). In order to verify the quality of the model, some results were compared with the literature and showed good agreement: the biggest difference between experimental temperature values and calculated values was 10%, and the average of the differences obtained in the comparisons was approximately ±3.2%. The resulting profiles of temperature and velocity obtained for the region of the arc and the plasma jet allowed the study of the flow behavior in the plasma torch in different conditions. It is concluded that the model developed is able to carry out numerical investigations of the flow in plasma torches and the effects of swirl in the interaction arc/flow.