Diseño de una frita coloreadora por medio de un modelo termodinámico de predicción de pares Redox por Elías Carrillo Bañuelos

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Cerámica Orientada a Vidrio) U.A.N.L.

Análise de performance da família de motores de avião CFM56

Uma das fases que constitui um programa de desenvolvimento de um motor aeronáutico é a concepção de um modelo de simulação da sua performance, com recurso a informação recolhida em ensaios experimentais de grande escala. Estes ensaios são desenvolvidos em instalações de elevado nível tecnológico, criadas exclusivamente para esta finalidade e às quais apenas os grandes fabricantes têm acesso. O mesmo acontece com todos os resultados obtidos, os detalhes das simulações e os parâmetros de projecto, que são mantidos sigilosamente. Por outro lado, o local onde se inseriu o desenvolvimento desta dissertação, designadamente o banco de ensaio da TAP, não está previsto para projectar este tipo de equipamentos, o que impossibilita assim o acesso a informação fundamental ao estudo aprofundado dos reactores. Além disso, devido ao risco de provocar danos irreversíveis aos motores, existe ainda a impossibilidade de os instrumentar com sondas improvisadas pela equipa de engenharia. Neste sentido, e de forma a ir ao encontro dos parâmetros termodinâmicos pretendidos, o objectivo deste trabalho culminou no desenvolvimento de metodologias de cálculo analíticas que permitissem extrapolar diversas variáveis imensuráveis no ensaio do reactor, especificamente do CFM56-3. Com todo o percurso de caracterização do ciclo termodinâmico do referido motor, a TAP pretende que, a longo prazo, seja possível desenvolver uma ferramenta que simule a sua performance para auxiliar a equipa de engenharia do centro de reparação e ensaio de motores de avião. Assim, será igualmente abordado o desenvolvimento do modelo termodinâmico do CFM56-3, recorrendo ao software GasTurb.

Estudo da formação de depósitos e aglomeração de cinzas durante a combustão de biomassa em leito fluidizado e co-combustão com carvão para minimizar a sua ocorrência

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Energia e Bioenergia

Efecto de los campos magnéticos en la solidificación de fluidos orgánicos

La aplicación de los campos magnéticos al acondicionamiento de fluidos, fundamentalmente agua o hidrocarburos, se ha difundido en occidente en los últimos años. Existen en la actualidad diversos dispositivos disponibles comercialmente para eliminar depósitos de sales en aguas de duras, o atenuar la deposición de parafinas en los procesos de extracción y conducción de crudo de petróleo, y de algunos de sus derivados tales como los aceites minerales, el gas-oil, etc. Es reciente la publicación de estudios científicos que reportan los efectos de campos magnéticos intensos sobre las propiedades de precipitación de carbonatos. En los hidrocarburos, por otro lado, se ha informado la prolongación de los períodos de bombeo sin interrupción por taponamiento gracias a la presencia de dispositivos que inducen campos magnéticos en el interior de las tuberías. Sin embargo no se dispone hasta el momento de explicaciones científicas del fenómeno que permitan predecir y cuantificar los efectos descriptos. Por otro lado el diseño racional de dispositivos de tratamiento magnético requiere del cálculo de propiedades de equilibrio relevantes, tales como por ejemplo las temperaturas de formación de sólidos. En este contexto el abordaje termodinámico del problema implica un paso esencial en la conformación de un marco fundamental para su análisis, cuantificación y delimitación. La etapa de investigación que se pretende abarcar en el desarrollo del presente proyecto se focalizará en el análisis termodinámico del equilibrio sólido/líquido de sistemas orgánicos multicomponentes, en presencia de campos magnéticos estacionarios. Objetivo general * Contribuir a la interpretación del origen de los efectos de los campos magnéticos en el equilibrio sólido/líquido de sustancias orgánicas. Objetivos específicos * Elaboración de un modelo termodinámico para descripción del equilibrio sólido/líquido de mezclas multicomponentes parafinas/solventes, en presencia de campos magnéticos estacionarios. * Aplicación del modelo a sistemas hidrocarburo/parafinas.

EXTRAÇÃO DOS ALCALÓIDES: CAFEÍNA E TRIGONELINA DOS GRÃOS DE CAFÉ COM C SUPERCRÍTICO

A descafeinação do café canephora é vantajosa tanto para a obtenção da cafeína quanto para valorização desta espécie. A cafeína, subproduto da descafeinação, atua como estimulante e diurético no organismo e é usado pelas indústrias de bebidas de refrigerante e farmacêutica. Existem patentes industriais aplicando CO2 supercrítico na extração da cafeína do café. Porém pouco é divulgado sobre a extração da trigonelina (alcalóide importante na formação da vitamina‘ niacina’), que atua no sistema nervoso central, na secreção da bile e no intestino. O objetivo deste trabalho foi levantar subsídios experimentais e teóricos para a extração de alcalóides dos grãos de café canephora, variedade robusta, usando CO2 supercrítico. Os dados foram obtidos num aparelho de extração a altas pressões onde as variáveis termodinâmicas são independentemente controladas. Os alcalóides foram analisados por Cromatografia Liquida de Alta Eficiência (CLAE). As solubilidades da cafeína pura e a obtida dos grãos de café no CO2 supercrítico foram determinadas a 313, 323 e 343 K, de 9,5 a 23,5 MPa. Os resultados revelam a existência de um comportamento retrógrado para a solubilidade da cafeína pura e a obtida dos grãos de café; também mostram a seletividade do CO2 supercrítico pela cafeína quando comparada a trigonelina. A modelagem termodinâmica do equilíbrio sólido-fluido usando uma equação de estado de quarta ordem correlacionou satisfatoriamente as solubilidades da cafeína pura no solvente supercrítico.

EXTRAÇÃO DO COLESTEROL COM MISTURAS DE DIÓXIDO DE CARBONO E ETANO SUPERCRÍTICO

Existem fatores nutricionais e dietéticos, como a ligação comprovada entre o excesso do colesterol no sangue e doenças cardíacas e alguns tipos de câncer, que justificam as pesquisas de desenvolvimento de tecnologias que reduzam o teor de colesterol dos alimentos. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade da utilização de CO2 e etano na remoção do colesterol do óleo de manteiga. O colesterol apresenta maior solubilidade no etano que no CO2; porém, o etano é de maior custo. A utilização de misturas CO2/etano, portanto, apresenta-se como uma alternativa atraente, devido à redução dos custos energéticos e econômicos. Utilizando um aparelho experimental de extração a altas pressões, que permite um controle independente de temperatura e pressão, foram determinadas as solubilidades do colesterol em misturas de CO2/etano supercríticos com 8%, 16%, 34%, 76%, 88% e 96,5% de etano, a 328,1 K e pressões de 120 a 190 bar. Os resultados experimentais mostram um aumento da solubilidade com a pressão e a composição de etano na mistura. Para correlacionar os dados experimentais foi usado um modelo termodinâmico que utiliza a equação de Peng-Robinson com as regras de mistura de van der Waals e a regra que considera o parâmetro de interação dependente da densidade, resultando numa equação de quarta ordem. A regra de mistura dependente da densidade se mostrou eficaz na correlação dos dados experimentais.

Introducao ao estudo de fluxos para arco submerso

O maior objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da composição dos fluxos para arco submerso sobre algumas importantes características de um metal de solda ferrítico, como composição química, microestrutura, propriedades mecânicas e geometria do cordão. Para realizar tal pesquisa, vinte oito fluxos aglomerados foram elaborados de compostos de pureza comercial e utilizados em soldagens ao aorco submerso, mantendo constante todas as demais condições de soldagem. Houve uma notável influência da composição química e do índice de basicidade dos fluxos sobre os níveis de oxig~enio, silício e manganês do metal de solda. Um modelo termodinâmico, baseado no conceito de potencial de oxigênio, foi proposto para explicar as reações gás-meta-escória ocorrendo durante a soldagem. Este modelo mostrou-se usável para as reações entre silício, oxigênio e carbono, permitindo um melhor entendimento das mesmas. A composição química do metal de solda pôde ser relacionada a sua microestrutura, através de metalografia quantitativa. Foi observado que oxigênio, silício, manganês e titânio têm grande influência sobre ela. A fase mais tenaz encontrada foi a ferrita acicular. A respeito da geometria do cordão, a sílica mostrou o efeito mais forte, com os outros compostos influenciando somente o acabamento do cordão soldado.

Modelagem da cinética de polimerização em lama de eteno

A modelagem matemática é uma ferramenta que apresenta diversas vantagens no estudo de processos industriais como, por exemplo, entender e desenvolver tecnologias, avaliar o impacto de variáveis nas propriedades do produto, estudos de redução de custos de produção e de impacto ambiental. O objetivo deste trabalho é desenvolver e validar um modelo matemático para um reator de bancada de polimerização em lama de eteno, enfatizando o desenvolvimento do modelo cinético. O modelo do reator contemplou: 1) modelo de troca térmica; 2) modelo termodinâmico; 3) modelo de transferência de massa gás-líquido e 4)modelo cinético. Para uma melhor predição do modelo foi realizada a estimação de alguns dos seus parâmetros conforme uma metodologia que compreendeu a análise de sensibilidade paramétrica e das variáveis de entrada do modelo e os efeitos de um planejamento de experimentos para a geração dos dados experimentais. A metodologia utilizada mostrou-se eficiente na avaliação do modelo quanto as suas características de predição, ajudando na identificação de possíveis falhas e evidenciando as vantagens de uma adequada metodologia experimental. Uma etapa determinante para o processo de estimação dos parâmetros é a escolha dos dados de saída a utilizar para a estimativa de determinado parâmetro. A modelagem do reator experimental mostrou-se satisfatória em todos os aspectos do processo (troca térmica, cinética, termodinâmica e transferência de massa), pois o modelo prediz com precisão as características encontradas nos experimentos. Assim, este pode ser utilizado para avaliar o mecanismo reacional envolvido de forma a aproximar-se das reais características do processo.

Simulação de reatores de polimerização de estireno : modelagem cinética e termodinâmica

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Análise numérica do efeito de fatores influentes da reação álcali-agregado no desempenho de estruturas de concreto

The aim of this work is the numerical simulation of the mechanical performance of concrete affected by Alkali-Aggregate Reaction or RAA, reported by Stanton in 1940. The RAA has aroused attention in the context of Civil Engineering from the early 80, when they were reported consequences of his swelling effect in concrete structures, including cracking, failure and loss of serviceability. Despite the availability of experimental results the problem formulation still lacks refinement so that your solution remains doubtful. The numerical simulation is important resource for the assessment of damages in structures caused by the reaction, and their recoveries The tasks of support of this work were performed by means of the finite element approach, about orthotropic non-linear formulation, and, thermodynamic model of deformation by RAA. The results obtained revealed that the swelling effect of RAA induced decline of the mechanical performance of concrete by decreasing the margin of safety prior to the material failure. They showed that the temperature influences, exclusively, the kinetics of the reaction, so that the failure was the more precocious the higher the temperature of the solid mass of concrete

Determinação de dados de equilíbrio líquido-vapor a altas pressões para sistemas de hidrocarbonetos assimétricos

Crude oil is a complex liquid mixture of organic and inorganic compounds that are dominated by hydrocarbons. It is a mixture of alkanes from the simplest to more complex aromatic compounds that are present derivatives such as gasoline, diesel, alcohol, kerosene, naphtha, etc.. These derivatives are extracted from any oil, however, only with a very high quality, in other words, when the content of hydrocarbons of low molecular weight is high means that production of these compounds is feasible. The American Petroleum Institute (API) developed a classification system for the various types of oil. In Brazil, the quality of most of the oil taken from wells is very low, so it is necessary to generate new technology to develop best practices for refining in order to produce petroleum products of higher commercial value. Therefore, it is necessary to study the thermodynamic equilibrium properties of its derivative compounds of interest. This dissertation aims to determine vapor-liquid equilibrium (VLE) data for the systems Phenilcyclohexane - CO2, and Cyclohexane - Phenilcyclohexane - CO2 at high pressure and temperatures between 30 to 70oC. Furthermore, comparisons between measured VLE experimental data from this work and from the literature in relation to the Peng- Robinson molecular thermodynamic model, using a simulation program SPECS IVCSEP v5.60 and two adjustable interaction parameters, have been performed for modeling and simulation purposes. Finally, the developed apparatus for determination of phase equilibrium data at high pressures is presented

Inferência do ponto de orvalho em amostras de gás natural processado

This dissertation aims to assess the representativeness of the manual chilled mirror analyzer (model II Chanscope 13-1200-CN-2) used for the determination of condensed hydrocarbons of natural gas compared to the indirect methods, based on thermodynamic models equation of state. Additionally, it has been implemented in this study a model for calculating the dew point of natural gas. The proposed model is a modification of the equation of state of Peng-Robinson admits that the groups contribution as a strategy to calculate the binary interaction parameters kij (T) temperature dependence. Experimental data of the work of Brown et al. (2007) were used to compare the responses of the dew point of natural gas with thermodynamic models contained in the UniSim process simulator and the methodology implemented in this study. Then two natural gas compositions were studied, the first being a standard gas mixture gravimetrically synthesized and, second, a mixture of processed natural gas. These experimental data were also compared with the results presented by UniSim process simulator and the thermodynamic model implemented. However, data from the manual analysis results indicated significant differences in temperature, these differences were attributed to the formation of dew point of water, as we observed the appearance of moisture on the mirror surface cooling equipment

Conversão catalítica de clorometano em hidrocarbonetos

Amorphous silica-alumina and modified by incipient impregnation of iron, nickel, zinc and chromium were synthetized in oxide and metal state and evaluated as catalysts for the chloromethane conversion reaction. With known techniques their textural properties were determined and dynamics techniques in programmed temperature were used to find the acid properties of the materials. A thermodynamic model was used to determine the adsorption and desorption capacity of chloromethane. Two types of reactions were studied. Firstly the chloromethane was catalytically converted to hydrocarbons (T = 300 450 oC e m = 300 mg) in a fixed bed reactor with controlled pressure and flow. Secondly the deactivation of the unmodified support was studied (at 300 °C and m=250 g) in a micro-adsorver provided of gravimetric monitoring. The metal content (2,5%) and the chloromethane percent of the reagent mixture (10% chloromethane in nitrogen) were fixed for all the tests. From the results the chloromethane conversion and selectivity of the gaseous products (H2, CH4, C3 and C4) were determined as well as the energy of desorption (75,2 KJ/mol for Ni/Al2O3-SiO2 to 684 KJ/mol for the Zn/Al2O3-SiO2 catalyst) considering the desorption rate as a temperature function. The presence of a metal on the support showed to have an important significance in the chloromethane condensation. The oxide class catalyst presented a better performance toward the production of hydrocarbons. Especial mention to the ZnO/Al2O3-SiO2 that, in a gas phase basis, produced C3 83 % max. and C4 63% max., respectively, in the temperature of 450 oC and 20 hours on stream. Hydrogen was produced exclusively in the FeO/Al2O3-SiO2 catalysts (15 % max., T = 550 oC and 5,6 h on stream) and Ni/SiO2-Al2O3 (75 % max., T = 400 oC and 21,6 h on stream). All the catalysts produced methane (10 à 92 %), except for Ni/Al2O3-SiO2 and CrO/Al2O3-SiO2. In the deactivation study two models were proposed: The parallel model, where the product production competes with coke formation; and the sequential model, where the coke formation competes with the product desorption dessorption step. With the mass balance equations and the mechanism proposed six parameters were determined. Two kinetic parameters: the hydrocarbon formation constant, 8,46 10-4 min-1, the coke formation, 1,46 10-1 min-1; three thermodynamic constants (the global, 0,003, the chloromethane adsorption 0,417 bar-1, the hydrocarbon adsorption 2,266 bar-1), and the activity exponent of the coke formation (1,516). The model was reasonable well fitted and presented a satisfactory behavior in relation with the proposed mechanism

Ciclo combinado com gaseificação integrada de biomassa – análise de penalidade exergética de emissão de CO2

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Diseño y análisis de viabilidad de un sistema de desalación mediante compresión mecánica de vapor accionado por energía eólica

El presente estudio se enmarca en el proyecto GreenMVC en el que colabora el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas). Este proyecto tiene como objetivo el análisis y optimización de la tecnología de desalación de compresión mecánica de vapor (MVC), para ser alimentado mediante fuentes de energía renovables. El empleo de fuentes de energía renovables para la alimentación de procesos de desalación es una opción prometedora especialmente en áreas remotas y regiones áridas donde las fuentes de energía convencionales son excesivamente caras o no están disponibles. En este proyecto se analiza la viabilidad tanto técnica como económica de un sistema de desalación de agua mediante compresión mecánica de vapor (MVC) activado por energía eólica, como una alternativa para el abastecimiento de agua limpia respetuosa con el medioambiente. Una de las principales dificultades del accionamiento de la desaladora MVC mediante energía eólica, y en lo que principalmente se centra este proyecto, es la caracterización de su funcionamiento ante las variaciones de potencia subministrada debido a la naturaleza variable del recurso eólico. Generalmente, estos sistemas de desalación están conectados a la red, trabajando constantemente en su punto de funcionamiento nominal. Para poder obtener la relación entre la potencia suministrada y el caudal obtenido para una desaladora, previamente, se ha realizado un modelo termodinámico de la desaladora y, a partir de éste, se han analizado los principios de funcionamiento de este proceso de desalación. Modelando también la energía eólica, finalmente se crea un modelo único del conjunto conformado por la desaladora MVC y el aerogenerador capaz de caracterizar el funcionamiento a régimen variable y predecir la producción, de modo que se pueda determinar la viabilidad técnica del proyecto. Otro de los objetivos principales, era analizar la viabilidad económica. Para ello, también empleando el modelo realizado, se ha estudiado el coste de la desalación MVC yde la generación de energía eléctrica mediante energía eólica. Consiguiendo, finalmente,estimar el coste de desalación en función de el diseño de la desaladora empleada, el tamaño del aerogenerador, y del recurso eólico del emplazamiento.