Low-Carbon Cement with Waste Oil-Cracking Catalyst Incorporation

The present paper shows preliminary results of an ongoing project which one of the goals is to investigate the viability of using waste FCC catalyst (wFCC), originated from Portuguese oil refinery, to produce low carbon blended cements. For this purpose, four blended cements were produced by substituting cement CEM I 42.5R up to 20% (w/w) by waste FCC catalyst. Initial and final setting times, consistency of standard paste, soundness and compressive strengths after 2, 7 and 28 days were measured. It was observed that the wFCC blended cements developed similar strength, at 28 days, compared to the reference cement, CEM I 42.5R. Moreover, cements with waste FCC catalyst incorporation up to 15% w/w meet European Standard EN 197-1 specifications for CEM II/A type cement, in the 42.5R strength class.

Low-carbon cement with waste oil-craking catalyst incorporation

The present paper shows preliminary results of an ongoing project which one of the goals is to investigate the viability of using waste FCC catalyst (wFCC), originated from Portuguese oil refinery, to produce low carbon blended cements. For this purpose, four blended cements were produced by substituting cement CEM I 42.5R up to 20% (w/w) by waste FCC catalyst. Initial and final setting times, consistency of standard paste, soundness and compressive strengths after 2, 7 and 28 days were measured. It was observed that the wFCC blended cements developed similar strength, at 28 days, compared to the reference cement, CEM I 42.5R. Moreover, cements with waste FCC catalyst incorporation up to 15% w/w meet European Standard EN 197-1 specifications for CEM II/A type cement, in the 42.5R strength class.

Research progress on reuse of fluid catalytic cracking waste from oil refinery in cement-based materials

Present paper present the main results obtained in the scope of an ongoing project which aims to contribute to the valorization of a waste generated by the Portuguese oil company in construction materials. This waste is an aluminosilicate with high pozzolanic reactivity. Several different technological applications had already been tested with success both in terms of properties and compliance with the corresponding standards specifications. Namely, this project results already demonstrated that this waste can be used in traditional concrete, self-compacted concrete, mortars (renders, masonry mortar, concrete repair mortars), cement main constituent as well as alkali activated binders.

An SEM investigation of the pozzolanic activity of a waste catalyst oil refinery

The most active phase of the fluid catalytic cracking (FCC) catalyst, used in oil refinery, is zeolite-Y which is an aluminosilicate with a high internal and external surface area responsible for its high reactivity. Waste FCC catalyst is potentially able to be reused in cement-based materials - as an additive - undergoing a pozzolanic reaction with calcium hydroxide (Ca(OH)2) formed during cement hydration [1-3]. This reaction produces additional strength-providing reaction products i.e., calcium silicate hydrate (C-S-H) and hydrous calcium aluminates (C-A-H) which exact chemical formula and structure are still unknown. Partial replacement of cement by waste FCC catalyst has two key advantages: (1) lowering of cement production with the associated pollution reduction as this industry represents one of the largest sources of man-made CO2 emissions, and (2) improving the mechanical properties and durability of cement-based materials. Despite these advantages, there is a lack of fundamental knowledge on pozzolanic reaction mechanisms as well as spatial distribution of porosity and solid phases interactions at the microstructural level and consequently their relationship with macroscopical engineering properties of catalyst/cement blends. Within this scope, backscattered electron (BSE) images acquired in a scanning electron microscope (SEM) equipped with Energy-Dispersive Spectroscopy (EDS) and by X-ray diffraction were used to investigate chemical composition of hydration products and to analyse spatial information of the microstructure of waste FCC catalyst blended cement mortars. For this purpose mortars with different levels of cement substitution by waste catalyst as well as with different hydration ages, were prepared. The waste FCC catalyst used is produced by the Portuguese refinery company Petrogal S.A.

Pozzolanic activity of oil-refining catalyst: evaluation by electron and atomic microscopy

The reuse of waste fluid catalytic cracking (FCC) catalyst as partial surrogate for cement can reduce the environmental impact of both the oil-refinery and cement production industries [1,2]. FCC catalysts can be considered as pozzolanic materials since in the presence of water they tend to chemically react with calcium hydroxide to produce compounds possessing cementitious properties [3,4]. In addition, partial replacement of cement with FCC catalysts can enhance the performance of pastes and mortars, namely by improving their compressive strength [5,6]. In the present work the reaction of waste FCC catalyst with Ca(OH)2 has been investigated after a curing time of 28 days by scanning electron microscopy (SEM) with electron backscattered signal (BSE) combined with X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) carried out with a JEOL JSM 7001F instrument operated at 15 kV coupled to an INCA pentaFetx3 Oxford spectrometer. The polished cross-sections of FCC particles embedded in resin have also been evaluated by atomic force microscopy (AFM) in contact mode (CM) using a NanoSurf EasyScan 2 instrument. The SEM/EDS results revealed that an inward migration of Ca occurred during the reaction. A weaker outward migration of Si and Al was also apparent (Fig. 1). The migration of Ca was not homogeneous and tended to follow high-diffusivity paths within the porous waste FCC catalyst particles. The present study suggests that the porosity of waste FCC catalysts is key for the migration/reaction of Ca from the surrounding matrix, playing an important role in the pozzolanic activity of the system. The topography images and surface roughness parameters obtained by atomic force microscopy can be used to infer the local porosity in waste FCC catalyst particles (Fig. 2).

Wells turbine: fiberglass flanges

A introdução desta tese começa por realizar um enquadramento do projecto em mão, apresentando a central de energia das ondas em que se encontram os componentes em fibra de vidro a projectar. Esta central usa o princípio de variação de coluna de água, e encontra-se localizada na ilha do Pico, Açores. São de seguida apresentados os objectivos deste trabalho, que consistem na selecção de materiais de fabrico dos componentes, desenvolvimento de uma metodologia para projectar juntas aparafusadas em materiais compósitos, dimensionamento e comparação de duas juntas concorrentes em materiais compósitos: junta solicitada à tracção e junta solicitada ao corte, validação da análise e estudo das causas dos vários tipos de falha destas juntas. A parte I deste trabalho é o resultado da pesquisa bibliográfica efectuada para levar a cabo os objectivos definidos. Assim, começa por se fazer uma descrição dos materiais e processos de fabrico que mais se adequam ao presente projecto, nomeadamente fibra de vidro, resinas, tecidos, impregnação manual, RTM e infusão por vácuo. Daqui resultou que os materiais mais adequados para esta aplicação são fibra de vidro do tipo E e resina polyester devido ao seu baixo custo e larga utilização em aplicações estruturais marinhas. O processo de fabrico mais eficiente é a infusão por vácuo devido á sua vocação para pequenas séries de produção, a poupança que permite em termos de mão-de-obra, a complacência com normas de emissão de voláteis e as boas propriedades das partes produzidas. No capítulo II da parte I são discutidos os tópicos relacionados com juntas em materiais compósitos. Da pesquisa levada a cabo conclui-se que as grandes vantagens das juntas aparafusadas são a sua facilidade de montagem e desmontagem, facilidade de inspecção e capacidade de ligar quaisquer tipos de materiais. Quanto à furação de compósitos é importante referir a necessidade de utilizar ferramentas resistentes e parâmetros de maquinação que minimizem o dano infligido aos laminados. Isto é possível através da selecção de ferramentas com passos baixos que reduzam igualmente a dimensão do seu centro estático responsável pela força axial exercida sobre o laminado - principal factor causador de dano. Devem-se igualmente utilizar baixas velocidades de avanço e elevadas velocidades de rotação. É importante salientar a importância da realização de pré-furação, de utilização de um prato de suporte na superfície de saída do laminado e a existência de ferramentas especialmente concebidas para a furação de compósitos. Para detectar e quantificar o dano existente num furo destacam-se os métodos de inspecção ultrasónica e a radiografia. Quanto aos parâmetros que influenciaram o comportamento de juntas aparafusadas destacam-se os rácios largura/diâmetro, distância ao bordo/diâmetro, espessura/diâmetro, pré-tensão, fricção, sequência de empilhamento e respectivas proporções, dimensão das anilhas e folga entre o parafuso e o furo. A pesquisa efectuada visando metodologias de projecto fiáveis ditou a necessidade de utilizar métodos que permitiram determinar o parafuso mais carregado de uma junta, efectuar o cálculo de tensões no mesmo, e ainda métodos que permitam determinar a primeira falha que ocorre no laminado bem como a falha final no mesmo. O capítulo III da primeira parte descreve os métodos de análise de tensões necessários para as metodologias de projecto utilizadas. Aqui é apresentada a teoria clássica da laminação, um método para determinação do parafuso mais carregado, um método analítico baseado na teoria da elasticidade anisotrópica de um corpo e o método dos elementos finitos. O método para determinar o parafuso mais carregado - análise global - consiste num modelo bidimensional de elementos finitos em que 2 laminados coincidentes são modelados com elementos lineares de casca com 4 nós, sendo a extremidade de um laminado restringida em todos os graus de liberdade e a extremidade oposta do segundo laminado carregada com a carga pretendida. Os laminados são ligados através de elementos mola que simulam os parafusos, sendo a sua constante de rigidez previamente calculada para este fim. O método analítico modela o contacto assumindo uma distribuição de pressão cosinoidal ao longo de metade do furo, e é válido para laminados simétricos e quasi-isotrópicos. O método dos elementos finitos é o que mais factores permite ter em conta, sendo os modelos tridimensionais com um elemento por camada os que melhor modelam o estado de tensões experienciado por uma junta aparafusada em materiais compósitos. O tópico de análise de falha é abordado no capítulo 4 da primeira parte. Aqui são apresentados os resultados do world wide failure exercice que compara vários critérios de falha existentes até 2004, fazendo-se referência a desenvolvimentos recentes que têm ocorrido nesta área. O critério de Puck surge como aquele que permite previsões de falha mais exactas. O critério de falha de Hashin 3D foi o escolhido para o presente trabalho, devido à sua facilidade de implementação num modelo de elementos finitos, à sua capacidade para detectar modos de falha subcríticos e à sua utilização em trabalhos anteriores que apresentaram previsões de falha muito próximas dos dados experimentais. Também neste capítulo se apresentaram os vários tipos de falha de uma junta aparafusada em materiais compósitos, apresentando as causas de cada uma. Por fim, na última secção, apresenta-se o método de dano progressivo que se desenvolveu para prever a primeira falha final do laminado. Este é muito interessante tendo permitido previsões de falha muito próximas dos resultados experimentais em trabalhos anteriores. Este método é iterativo e encontra-se dividido em 3 passos: Análise de tensões, análise de falha utilizando o critério de Hashin 3D e degradação de propriedades, de acordo com o tipo de falha detectada. Para além dos passos referidos, existe ainda um quarto responsável pelo fim da análise que consiste na aferição da existência ou não de falha final e respectivo tipo de falha (por pressão de contacto, por tensão ou por esforços de corte). No capítulo V da primeira parte é apresentado o resultado de uma pesquisa das normas de teste necessárias para obter as propriedades dos materiais requeridas para a aplicação dos métodos descritos neste trabalho. A parte II deste trabalho consiste na aplicação dos métodos apresentados na parte I ao caso concreto em estudo. Os softwares Microsoft Excel, Matlab e ANSYS foram utilizados para este fim. A junta começa por ser dimensionada estimando a espessura necessária do componente e o número e características dos parafusos. De seguida foi feita uma análise global à flange em estudo determinando a força suportada pelo parafuso mais carregado. Após esta análise desenvolveu-se um modelo tridimensional de elementos finitos da zona em que se encontra o parafuso mais carregado, utilizando elementos sólidos lineares e isoparamétricos de 8 nós e uma malha gerada pelo método directo. Aplicou-se a este modelo o algoritmo de dano progressivo descrito na primeira parte. Começou por se incluir explicitamente o parafuso, anilhas, pré-tensão e a modelação dos vários contactos com fricção posteriormente simplificado o modelo restringindo radialmente os nós da porção carregada do furo, excluindo os factores mencionados inicialmente. Procurou-se validar o modelo utilizando o método de cálculo de tensões descrito na primeira parte, desenvolvendo um programa em Matlab para o efeito. Tal não foi possível tendo-se incluído a tentativa realizada em anexo. Para efeitos de dimensionamento, desenvolveu-se um modelo de elementos finitos de duas dimensões da junta em causa, utilizando elementos de casca lineares de quatro nós isoparamétricos com uma espessura unitária. Através da análise de tensões efectuada com este modelo, e utilizando um método combinado programado em linguagem paramétrica, foi possível dimensionar as duas juntas concorrentes pretendidas. Este método combinado consistiu no cálculo de tensões em pontos localizados sobre uma curva característica e utilização de um critério de falha quadrático para cálculo da espessura necessária para a junta. O dimensionamento ditou que a junta solicitada à tensão necessita de pelo menos 127% das camadas e do custo de uma junta solicitada ao corte equivalente.

Efeito da incorporação de resíduos da indústria petrolífera na durabilidade de argamassas de reparação de estruturas de betão

Na presente dissertação, o trabalho desenvolvido teve como objetivo, a avaliação de alguns parâmetros de durabilidade de argamassas com incorporação de catalisador exausto de FCC (do inglês “Fluid Catalytic Cracking”) para serem utilizadas na reparação de estruturas de betão. O catalisador exausto de FCC é um resíduo da indústria petrolífera e o utilizado neste estudo é proveniente da refinaria da Petrogal, S.A. em Sines. A presente investigação baseou-se na preparação, e avaliação de propriedades, de duas séries distintas de argamassas: a série que se denominou “RAS” e a série que se denominou “Durabilidade”, nas quais se substituiu, parcialmente entre 5, 10 e 15%, em massa de cimento por resíduo exausto de FCC. As argamassas de ambas as séries diferenciam-se entre si, sobretudo, pela utilização de areia reativa nas argamassas da série RAS e de areia inerte no caso das argamassas da série durabilidade. Nas argamassas estudadas foram realizados ensaios no estado fresco e ensaios no estado endurecido. Os ensaios no estado fresco incluíram a determinação da consistência por espalhamento, da massa volúmica e do teor de ar. Nos ensaios no estado endurecido foram avaliadas, no caso das argamassas da série RAS a extensão da reação àlcalis-sílica e no caso das argamassas da série Durabilidade as resistências mecânicas - à flexão e à compressão, a resistência à carbonatação acelerada, o módulo de elasticidade à compressão, a absorção capilar, a permeabilidade ao oxigénio, a difusão de cloretos em regime não estacionário. O trabalho desenvolvido nesta dissertação demonstrou que a incorporação de catalisador exausto de FCC, em argamassas à base de cimento, minimiza o efeito de expansão das reações álcalis-sílica, bem como contribui para reduzir a absorção capilar e coeficiente de difusão de cloretos. No entanto, este resíduo quando incorporados em argamassas contribui para a diminuição da resistência à carbonatação acelerada e para o aumento da permeabilidade ao oxigénio.

Lean thinking: Glass Wall Management

Sendo os desperdícios “Waste” associados à atividade industrial em Portugal e nos mercados globais e os seus custos inerentes, uma das maiores preocupações a todos os níveis de gestão empresarial, a filosofia “Lean” nasce como ajuda e encaminhamento na solução desta problemática. O conceito “Lean”, no que se refere à indústria, desde sempre e até aos dias de hoje, tem uma enorme ênfase, com a adoção deste conceito.Verificam-se bons resultados ao nível da redução de custos, melhoria da qualidade geral dos artigos produzidos, no controlo da produção em geral e é uma poderosa ferramenta no estreitamento da relação entre os diferentes intervenientes da cadeia de valor de determinado produto, sobretudo com fornecedores e com clientes. Com “Lean Management” e “Glass Wall Management”, em ambientes onde as empresas mais avançadas estão a procurar melhorar a sua competitividade através de uma gestão transparente (“Glass Wall Management”), a partir da qual, “toda informação relevante é compartilhada de maneira a que todos entendam a situação”(Suzaki, K, 1993), ganha cada vez mais importância a existência de uma estrutura organizacional que permita esta transparência e a consequente maturidade das empresas. Neste trabalho foram descritos alguns processos de gestão transparente desenvolvidos nos últimos dois anos numa PME portuguesa, aprofundando o processo de gestão transparente vigente e as ferramentas que ajudam a empresa e que na sua globalidade poderão ser extrapoladas a outras PME Portuguesas de modo que a informação importante e relevante seja partilhada por todos os intervenientes na estrutura empresarial, sendo entendida e desenvolvida por todos através de Edições e Revisões aos documentos mais importantes da empresa. Neste estudo foram contactadas vinte e uma PME’S portuguesas de tipologia de produção MTO (Make to Order) do sector dos estofos/mobiliário, e solicitado o preenchimento de um Questionário, tendo como fim em vista, a verificação do uso desta metodologia “Glass Wall Management” à escala empresarial portuguesa e a interpretação do Conceito Geral “Lean” como filosofia de redução de materiais, tempos e custos.

Waste Marble Dust Blended Cement

Marble processing activities generates a.significant amount of waste in dust form. This waste, which is nowadays one of the environmental problems worldwide, presents great potential of being used as mineral addition in blended cements production. This paper shows preliminary results of an ongoing project which ultimate goal is to investigate the viability of using waste marble dust (WMD), produced by marble Portuguese industry, as cement replacement material. In order to evaluate the effects of the WMD on mechanical behaviour, different mortar blended cement mixtures were tested. These mixtures were prepared with different partial substitution level of cement with WMD. Strength results of WMD blended cements were compared to control cements with same level of incorporation of natural limestone used to produce commercial Portland-limestone cements. The results obtained show that WMD blended cements perform better than limestone blended cements for same replacement level up to 20% w/w. Therefore, WMD reveals promising attributes for blended cements production.

NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Chemical composition and antioxidante activity of Tunisian Origanum glandulosum Desf. essential oil and volatile oil obtain by supercritical CO2 extraction

Dried flowers and leaves of Origanum glandulosum Desf. were submitted to hydrodistillation (HD) and supercritical fluid extraction with CO2 (SFE). The essential oils isolated by HD and volatile oils obtained by SFE were analysed by GC and GC/MS. Total phenolics content and antioxidant effectiveness were performed. The main components of the essential oils from Bargou and Nefza were: p-cymene (40.4% and 39%), thymol (38.7% and 34.4%) and γ- terpinene (12.3% and 19.2%), respectively. The major components obtain by SFE in the volatile oil, from Bargou and Nefza, were: p-cymene (32.3% and 36.2%), thymol (41% and 40%) and γ-terpinene (20.3% and 13.3%). Total phenolic content, expressed in gallic acid equivalent (GAE) g kg-1 dry weight, varied from 12 to 27 g kg-1 dw, and the ability to scavenge the DPPH radicals, expressed by IC50 ranged from 44 to143 mg L-1.

Extraction of volatile oil from aromatic plants with supercritical carbon dioxide: experiments and modeling

An overview of the studies carried out in our laboratories on supercritical fluid extraction (SFE) of volatile oils from seven aromatic plants: pennyroyal (Mentha pulegium L.), fennel seeds (Foeniculum vulgare Mill.), coriander (Coriandrum sativum L.), savory (Satureja fruticosa Beguinot), winter savory (Satureja montana L.), cotton lavender (Santolina chamaecyparisus) and thyme (Thymus vulgaris), is presented. A flow apparatus with a 1 L extractor and two 0.27 L separators was built to perform studies at temperatures ranging from 298 to 353 K and pressures up to 30.0 MPa. The best compromise between yield and composition compared with hydrodistillation (HD) was achieved selecting the optimum experimental conditions of extraction and fractionation. The major differences between HD and SFE oils is the presence of a small percentage of cuticular waxes and the relative amount of thymoquinone, an oxygenated monoterpene with important biological properties, which is present in the oils from thyme and winter savory. On the other hand, the modeling of our data on supercritical extraction of volatile oil from pennyroyal is discussed using Sovova's models. These models have been applied successfully to the other volatile oil extractions. Furthermore, other experimental studies involving supercritical CO2 carried out in our laboratories are also mentioned.

Electrorheological characterization of dispersions in silicone oil of encapsulated liquid crystal 4-n-penthyl-4 '-cyanobiphenyl in polyvinyl alcohol and in silica

The electrorheological (ER) effect is known as the change in the apparent viscosity upon the application of an external electric field perpendicular to the flow direction. In this work we present the electrorheological behaviour of suspensions in silicone oil of two different dispersed phases: foams of liquid crystal 4-n-penthyl-4'-cyanobiphenyl (5CB) encapsulated in polyvinyl alcohol (PVA) and nano/microspheres of 5CB encapsulated in silica. We will present the viscosity curves under the application of an electric field ranging between 0 and 3 kV mm(-1). The ER effect was observed for the suspensions of 5CB/PVA but not in the case of 5CB/silica. For the case of the suspensions of 5CB/PVA, the effect of the viscosity of the continuum phase and the concentration of the dispersed phase was analysed, showing that the enhancement of the viscosity of the suspension increases with the concentration, as expected, however the continuum phase viscosity has no significant effect, at least in the investigated viscosity range.

Biological activities and oil properties of Origanum glandulosum Desf: a review

Origanum glandulosum Desf. (Species endemic of North Africa: Tunisia and Algeria) is important medicinally as it has antimicrobial, antifungal, antioxidant, antibacterial, antithrombin, antimutagenic, angiogenic, antiparasetic and antihyperglycaemic activities. Phytochemical investigations of the species of this genus have resulted in the extraction of a number of important bioactive compounds. This emphasizes on the need of extensive study for reporting the additional information on the medicinal importance, the biological activities and properties of oil of other unattended species of Origanum glandulosum. © 2015 Springer-Verlag France.