Transferência de oxigênio em reatores de leito fluidizado com circulação em tubos concêntricos em meios bifásico e trifásico com variação da relação entre diâmetros

A eficiência do reator de leito fluidizado com circulação em tubos concêntricos depende das condições hidrodinâmicas que influem na transferência de oxigênio ao biofilme. Este trabalho investigou a influência da relação entre diâmetros dos tubos e da concentração de meio suporte (areia), sobre o coeficiente global de transferência de oxigênio (K La). Os ensaios - em reatores de 2,6 m de altura, com diâmetro externo de 250 mm e internos de 100, 125, 150 e 200 mm - empregaram vazões de ar até 2.500 L.h-1 e concentrações de até 150 g.L-1 de areia. O K La aumentou ligeiramente com 30 g.L-1 e diminuiu para concentrações maiores, confirmando relatos da literatura em condições semelhantes. Um modelo para K La em meio bifásico foi ajustado para as diversas relações ensaiadas entre a área externa e a interna, postulando-se uma redução na razão entre a transferência na fase líquida e o diâmetro da bolha com o aumento da vazão de ar.

Modelagem matemática e simulação numérica do resfriamento rápido de morango com ar forçado

Este trabalho abordou o resfriamento rápido com ar forçado de morango via simulação numérica. Para tanto, foi empregado o modelo matemático que descreve o processo de transferência de calor, com base na lei de Fourier, escrito em coordenadas esféricas e simplificado para descrever o processo unidimensional. A resolução da equação expressa pelo modelo matemático deu-se por meio da implementação de um algoritmo, fundamentado no esquema explícito do método numérico das diferenças finitas, executado no ambiente de computação científica MATLAB 6.1. A validação do modelo matemático foi realizada a partir da comparação de dados teóricos com dados obtidos num experimento, no qual morangos foram resfriados com ar forçado. Os resultados mostraram que esse tipo de investigação para a determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção é promissora como ferramenta no suporte à decisão do uso ou desenvolvimento de equipamentos na área de resfriamento rápido de frutos esféricos com ar forçado.

Continuous pasteurization of egg yolk: Thermophysical properties and process simulation

This article presents empirical correlations to predict the density, specific heat, thermal conductivity and rheological power-law parameters of liquid egg yolk over a temperature range compatible with its industrial thermal processing (0-61 C). Moreover, a mathematical model for a pasteurizer that takes into account the spatial variation of the overall heat transfer coefficient throughout the plate heat exchanger is presented, as are two of its simplified forms. The obtained correlations of thermophysical properties are applied for the simulation of the egg yolk pasteurization, and the obtained temperature profiles are used for evaluating the extent of thermal inactivation. A detailed simulation example shows that there is a considerable deviation between the designed level of heat treatment and that this is predicted through process simulation. It is shown that a reliable mathematical model, combined with specialized thermophysical property correlations, provide a more accurate design of the pasteurization equipment that ensures effective inactivation, while preserving nutritional and sensorial characteristics.

Long-term accumulation of uranium in bones of Wistar rats as a function of intake dosages

Groups of Wistar rats were fed with ration doped with uranyl nitrate at concentration A ranging from 0.5 to 100 ppm, starting after the weaning period and lasting until the postpuberty period when the animals were sacrificed. Uranium in the ashes of bones was determined by neutron activation analysis. It was found that the uranium concentration in the bones. as a function of A, exhibits a change in its slope at similar to20 ppm-a probable consequence of the malfunctioning of kidneys. The uranium transfer coefficient was obtained and an analytical expression was fitted into the data. thus allowing extrapolation down to low doses. Internal and localized doses were calculated. Absorbed doses exceeded the critical dose. even for the lowest uranium dosage.

Solid mass falling into the reservoirs shallow water equations validity from the engineering point of view

Water waves generated by a solid mass is a complex phenomenon discussed in this paper by numerical and experimental approaches. A model based on shallow water equations with shocks (Saint Venant) has developed. It can reproduce the amplitude and the energy of the wave quite well, but because it consistently generates a hydraulic jump, it is able to reproduce the profile, in the case of high relative thickness of slide, but in the case of small relative thickness it is unable to reproduce the amplitude of the wave. As the momentum conservation is not verified during the phase of wave creation, a second technique based on discharge transfer coefficient α, is introduced at the zone of impact. Numerical tests have been performed and validated this technique from the experimental results of the wave's height obtained in a flume.

Carbon dioxide evaporation in a single microchannel

Despite its importance for designing evaporators and condensers, a review of the literature shows that heat transfer data during phase change of carbon dioxide is very limited, mainly for microchannel flows. In order to give a contribution on this subject, an experimental study of CO 2 evaporation inside a 0.8 mm-hydraulic diameter microchannel was performed in this work. The average heat transfer coefficient along the microchannel was measured and visualization of the flow patterns was conducted. A total of 67 tests were performed at saturation temperature of 23.3°C for a heat flux of 1800 W/(m2°C). Vapor qualities ranged from 0.005 to 0.88 and mass flux ranged from 58 to 235 kg/(m2s). An average heat transfer coefficient of 9700 W/(m2°C) with a standard deviation of 35% was obtained. Nucleate boiling was found to characterize the flow regime for the test conditions. The dryout of the flow, characterized by the sudden reduction in the heat transfer coefficient, was identified at vapor qualities around 0.85. Flow visualization results showed three flow patterns. For low vapor qualities (up to about 0.25), plug flow was predominant, while slug flow occurred at moderated vapor qualities (from about 0.25 to 0.50). Annular flow was the flow pattern for higher vapor qualities. Copyright © 2006 by ABCM.

Reactores aeróbios de lecho fluidizado trifásico con circulación interna: Caracterización hidrodinámica y del soporte

Aerobic internal-loop reactors use active biomass attached in a supporting media (biofilm) with the advantage of retaining a big biomass concentration in a small physical space, removing carbonaceous matter and nitrogen in only one reactor. Liquid circulation occurs due to hydrostatic pressure difference produced by air injection in the riser. In biphasic conditions liquid circulation velocities, gas holdup and oxygen transfer coefficient in four different reactor configurations were studied. For the three-phase conditions, the same parameters in just one of those configurations were evaluated. Also, there were three granular supporting media characterized. On the other hand, the relationship between internal and external tube areas and supporting media concentrations influence the liquid velocity, gas holdup and oxygen mass transfer values and some important supporting media characteristics were observed and compared.

Análise experimental e numérica de convecção forçada em arranjo de obstáculos dentro de canal

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Análise térmica de sistema de refrigeração direta em fermentadores cilindrocônicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização da liga 6101 refinada com a adição de diferentes teores de cobre e solidificadas em molde unidirecional horizontal e em molde "U"

A liga 6101 (série 6xxx) foi modificada através da adição de cobre nos percentuais de 0,05%Cu e 0,3%Cu, e também de refinadores de grão à base de uma pré-liga Al-Ti-B. As ligas foram caracterizadas termicamente (coeficiente de transferência de calor metal/molde, Velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento), mecanicamente (limite de resistência à tração e módulo de tenacidade) e eletricamente (resistência, resistividade e condutividade elétrica) utilizando duas formas de vazamentos: uma sendo através de solidificação em molde unidirecional horizontal e a outra através do molde em “U”. Para a solidificação em molde unidirecional horizontal as caracterizações mostraram-se bastante influenciadas pelos refinadores de grão e pela viscosidade que o cobre exerce na eficiência do contato metal/molde das ligas, alterando significativamente suas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas. Por outro lado, na solidificação em molde “U” as ligas foram avaliadas apenas através de caracterização mecânica e elétrica, tendo em vista a preocupação sobre as variáveis do processo de conformação da liga metálica, tais como, a avaliação da taxa de deformação, do limite de resistência a tração, da tenacidade e da resistência, resistividade e condutividade elétrica, do perfil metálico produzido, para corpos de prova de diferentes diâmetros. Para o molde em “U” houve ainda a adição e avaliação de mais duas ligas sendo a Al-0,6Mg-0,4Si-0,1Cu e Al-0,6Mg-0,4Si-0,2Cu. As propriedades mecânicas e elétricas sofreram forte influência do encruamento, do teor de cobre e das microcavidades existentes nas estruturas das ligas.

Determinação do calor específico de ligas AlCu produzidas em um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente

O conhecimento das propriedades termofísicas é de fundamental importância para o estudo de ligas metálicas obtidas por solidificação,uma vez que esta se relaciona de forma direta com o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde. Assim, o Grupo de Pesquisa em Metalurgia e de Meio Ambiente – GAPEMM da Universidade Federal do Pará desenvolve uma linha de pesquisa que propõe um conjunto de técnicas e procedimentos que visa determiná-las. Por outro lado, sabe-se que existe uma correlação significativa entre processo, estrutura e propriedades de um material obtido por solidificação, visto que a distribuição de soluto em uma liga metálica ocorre de maneira não uniforme. A maneira como ocorre solidificação e a quantificação das variáveis envolvidas no processo têm influência fundamental nas propriedades do material. O presente trabalho utilizou ligas Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtidas por solidificação unidirecional vertical ascendente, realizado através de um dispositivo projetado, construído e aferido pelo GAPEMM. Através destas, pretende-se fazer um estudo do calor específico à medida que a frente de solidificação se afasta da chapa molde bem como com o aumento do teor de soluto. Para isso, foi utilizada uma técnica conhecida na literatura como Lei de Resfriamento de Newton, a qual possibilita através das curvas de temperatura x tempo determinar as temperaturas necessárias para o cálculo do calor específico.

Projeto, construção e aferição de um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água

O estudo das estruturas de solidificação em função dos parâmetros térmicos é de fundamental importância para o comportamento mecânico dos materiais metálicos. Assim, tais estruturas são bastante influenciadas pelas condições de extração de calor do sistema metal/molde durante o processo de solidificação. Considerando o exposto, o principal objetivo deste trabalho é projetar, construir e aferir um dispositivo capaz de representar o processo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água onde o efeito da convecção solutal é considerado. A aferição do dispositivo de solidificação em questão foi realizada através da avaliação da unidirecionalidade dos grãos colunares por meio da caracterização das macroestruturas das ligas Al-4%Cu, Sn-5%Pb, Sn-15%Pb e Sn-20%Pb. Os resultados experimentais obtidos da posição da isoterma liquidus em função do tempo são comparados com aqueles fornecidos por um modelo numérico proposto na literatura. Finalmente, é realizada uma comparação entre os valores dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde levantados no dispositivo construído, com aqueles obtidos por outros trabalhos desenvolvidos recentemente para o caso da solidificação unidirecional vertical ascendente e descendente.

Espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal

Este trabalho desenvolve um estudo teórico-experimental sobre a correlação entre parâmetros térmicos e os espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal sob condições transientes de extração de calor. Os perfis de temperatura foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados obtidos foram armazenados automaticamente. São apresentados resultados para o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde o qual foi calculado a partir de uma análise comparativa entre os perfis térmicos experimentais e valores teóricos fornecidos por um modelo numérico. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e as taxas de resfriamento. Os resultados teóricos e experimentais levantados apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo é realizado entre os dados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários da liga investigada quando solidificada direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições assumidas neste trabalho. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pelos parâmetros térmicos de solidificação.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Convecção mista em cavidades com fontes de calor aletadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)