A new matched thermochemical diagram for vacuum refining of nickel and cupronickel alloys

Sulfur and oxygen dissolved in nickel and cupronickel melts can be remwed as gaseous oxides of sulfur by a vacuum treatment. Presented in this paper is a new matched thermcxhemical disgran~ that permit.. direct evaluation of the equilibrium partial pressure of SO, as a function of temperature wer an alloy of specified compition. The matched thermochemical diagram consists of a central plot which shows the integral Gibbs' energy of mixing for the binary system SO, at different temperatures. The central plot is flanked on either side by terminal plots of the chemical potentials of oxygen and sulfur, as functions of temperature, for different alloy compositions. By projecting the chemical wtentials of oxygen and sulfur from the terminal lots on to the central diagram, ihe equilibrium partial pressure of S0,can be directly ;cad on the nomograms on the central plot at different temperatures. The matched therrnochemical diagrams are useful in assuring the efficiency of vacuum refining.

A Mechanism for the Occurrence of Ions in Distilled Water

Solar distillation can be used to produce potable water from contaminated water. However, studies show that ions such as F(-) and NO(3)(-) occur in distillates from solar stills. In order to understand the reasons for this behavior, imaging and distillation experiments were conducted. White dots were seen in the vapor space above the interface of hot water poured into containers. The concentrations of various ions such as F(-) and SO(4)(2-) in the distillates from thermal and solar distillation experiments were roughly comparable when the feed consisted of deionized water and also solutions having fluoride concentrations of 100 and 10 000 mg/L. These observations suggest that aerosols enter the distillation setup through leaks and provide nuclei for the condensation of water vapor. The water-soluble component of aerosols dissolves in the drops formed, and some of the drops are transferred to the distillate by buoyancy-driven convection.

Finding India’s place in the Sun –Prospects for harnessing solar thermal energy

In this article, we describe our ongoing efforts in addressing the environment and energy challenges facing the world today. Tapping solar thermal energy seems to be the right choice for a country like India. We look at three solar-thermal technologies in the laboratory — water purification/distillation, Stirling engine, and air-conditioning/refrigeration.

Second-best tax policy in a growing economy with externalities

This paper investigates the exploitation of environmental resources in a growing economy within a second-best scal policy framework. Agents derive utility from two types of consumption goods one which relies on an environmental input and one which does not as well as from leisure and from environmental amenity values. Property rights for the environmental resource are potentially incomplete. We connect second best policy to essential components of utility by considering the elasticity of substitution among each of the four utility arguments. The results illustrate potentially important relationships between environmental amentity values and leisure. When amenity values are complementary with leisure, for instance when environmental amenities are used for recreation, taxes on extractive goods generally increase over time. On the other hand, optimal taxes on extractive goods generally decrease over time when leisure and environmental amenity values are substitutes. Unders some parameterizations, complex dynamics leading to nonmonotonic time paths for the state variables can emerge.

Dependência de trajetória nos incentivos fiscais: fragmentação do empresariado na reforma tributária

Desde a promulgação da Constituição de 1988, todos os governos têm buscado realizar a reforma tributária. Há aparente consenso de que essa reforma precisa ser feita. No entanto, os insucessos nas propostas submetidas ao Congresso Nacional têm sido recorrentes. Essa dissertação busca explicar esse aparente insucesso a partir da análise evolutiva histórica de cinco tipos de incentivo fiscal: 1) regional (Sudam, Sudene e Zona Franca de Manaus); 2) guerra fiscal do ICMS; 3) exportação; 4) tributação simplificada (em especial o Simples); e 5) desenvolvimento econômico. O argumento central da pesquisa é o de que a política tributária desenvolvimentista e extrativa, adotada historicamente pelo Estado brasileiro e pautada pela concessão de incentivos fiscais, envolve interesses difíceis de serem revertidos - com características de dependência de trajetória -, que têm condicionado o comportamento do ator fundamental para o desenlace da reforma tributária - o empresariado -, o qual tem atuado de forma fragmentada e na busca por rendas, em vez de atuar de forma concertada buscando o objetivo coletivo pressuposto em uma reforma tributária. A pesquisa evidenciou ter havido uma dinâmica e relevante evolução do sistema tributário no período recente, vinculada em grande medida ao conjunto de incentivos fiscais que foram objeto de análise, o que afasta a hipótese de eventual paralisia decisória e relativizam as hipóteses de pontos de veto e de impasse entre interesses federativos como variáveis explicativas para o insucesso da reforma tributária.

Marine protected areas and artisanal fisheries in Brazil

Marine protected areas (MPAs) are being promoted around the world as an effective means of protecting marine and coastal resources and biodiversity. However, concerns have been raised about their impact on the livelihoods, culture and survival of small-scale and traditional fishing and coastal communities. Yet, as this study from Brazil shows, it is possible to use MPAs as a tool for livelihood-sensitive conservation. Based on detailed studies of three sites–the Peixe Lagoon National Park in Rio Grande do Sul, and the marine extractive reserves (MERs) of Mandira, São Paulo, and Corumbau, Bahia – the study shows how communities in Brazil have been able to use protected areas to safeguard their livelihoods against development and industrialization projects, like shrimp farms and tourist resorts. (68 pp.)

Quantum error correction with biased noise

Quantum computing offers powerful new techniques for speeding up the calculation of many classically intractable problems. Quantum algorithms can allow for the efficient simulation of physical systems, with applications to basic research, chemical modeling, and drug discovery; other algorithms have important implications for cryptography and internet security.

At the same time, building a quantum computer is a daunting task, requiring the coherent manipulation of systems with many quantum degrees of freedom while preventing environmental noise from interacting too strongly with the system. Fortunately, we know that, under reasonable assumptions, we can use the techniques of quantum error correction and fault tolerance to achieve an arbitrary reduction in the noise level.

In this thesis, we look at how additional information about the structure of noise, or "noise bias," can improve or alter the performance of techniques in quantum error correction and fault tolerance. In Chapter 2, we explore the possibility of designing certain quantum gates to be extremely robust with respect to errors in their operation. This naturally leads to structured noise where certain gates can be implemented in a protected manner, allowing the user to focus their protection on the noisier unprotected operations.

In Chapter 3, we examine how to tailor error-correcting codes and fault-tolerant quantum circuits in the presence of dephasing biased noise, where dephasing errors are far more common than bit-flip errors. By using an appropriately asymmetric code, we demonstrate the ability to improve the amount of error reduction and decrease the physical resources required for error correction.

In Chapter 4, we analyze a variety of protocols for distilling magic states, which enable universal quantum computation, in the presence of faulty Clifford operations. Here again there is a hierarchy of noise levels, with a fixed error rate for faulty gates, and a second rate for errors in the distilled states which decreases as the states are distilled to better quality. The interplay of of these different rates sets limits on the achievable distillation and how quickly states converge to that limit.

Análise de unidades de pré-purificação de ar por adsorção

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes.

Estudo preliminar da determinação de amônio por cromatografia de íons e sua remoção em lixiviados de resíduos sólidos utilizando argilas

A quantidade de resíduos gerados tem crescido rapidamente, sendo maior que a taxa de crescimento populacional, indicando um aumento na geração per capita. Este fato torna preocupante a maneira como é realizada a disposição final de resíduos e o impacto ambiental gerado com isso. Dentre os impactos está a produção de chorume, um poluente de elevada carga orgânica com altas concentrações de amônio e forte coloração, produzido pela decomposição química e microbiológica dos resíduos sólidos depositados em um aterro. Em locais de destino como aterros sanitários, este chorume é drenado para tratamento a fim de não impactar o local onde foi implantado o aterro. Porém, no Brasil, em grande parte dos casos, este tratamento não acontece, deixando o ambiente mais suscetível à contaminação. Este trabalho teve como finalidade determinar a quantidade de amônio presente em amostras de chorume do aterro de Gramacho no Rio de Janeiro, utilizando a cromatografia de íons para a sua quantificação, além de estudar a remoção de amônio por processos de adsorção em materiais como argilominerais. As amostras de chorume in natura apresentaram valores de pH em torno de 8,0 e concentrações de amônio entre 1665,0 e 2788,8 mg.L-1. Nas amostras analisadas após a destilação do chorume foram encontrados valores de pH entre 8,6 e 9,7 e concentrações de amônio de até 6362,3 mg.L-1, verificando que a maior concentração deste íon é arrastada nos primeiros 50 mL da destilação. Os testes de adsorção obtiveram um potencial de remoção de até 47 % do total de amônio. A metodologia aplicada se mostrou eficiente para determinação de amônio, uma vez que o tratamento prévio minimiza a ação de interferentes. Os baixos valores de remoção de amônio reforçam a necessidade de maior aprofundamento deste estudo, o que seria uma alternativa interessante para minimizar a ação deste poluente no meio ambiente

Co-pirólise de polipropileno pós-consumo com gasóleo

O presente trabalho buscou avaliar o processo de co-pirólise de resíduos de polipropileno com gasóleo, variando a temperatura e a quantidade de polipropileno no meio reacional. A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria-prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. As amostras de polipropileno e gasóleo foram submetidas à co-pirólise térmica em atmosfera inerte, em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando a temperatura de 400C a 500C e a quantidade de PP no meio reacional de 0,1 a 1,0 g. A influência do gasóleo no meio foi avaliada pelos testes na ausência de PP. Os líquidos pirolíticos obtidos foram caracterizados por cromatografia gasosa modificada, com o objetivo de avaliar a geração de frações na faixa da destilação do diesel. De uma maneira geral, pôde-se observar que o aumento da quantidade de PP no meio reacional favorece a redução do rendimento de líquido pirolítico e o aumento da quantidade de sólido gerado, efeito inverso ao do aumento da temperatura. Com relação ao rendimento geral de produtos na faixa de destilação do diesel na co-pirólise, a adição de PP ao meio não interfere muito no resultado. Já o aumento de temperatura favorece o aumento do rendimento de produtos nessa faixa de destilação. Os resultados obtidos comprovam o potencial da co-pirólise como método de reciclagem química de artefatos de polipropileno pós-consumo

Modelagem, simulação e otimização operacional de unidades de síntese de metanol

A indústria de processos químicos tem sofrido consideráveis transformações devido ao acirramento da competitividade. Importantes progressos tecnológicos têm sido atingidos através de técnicas de modelagem, simulação e otimização visando o aumento da lucratividade e melhoria contínua nos processos industriais. Neste contexto, as plantas de metanol, um dos mais importantes produtos petroquímicos, podem ser destacadas. Atualmente, a principal matéria-prima para obtenção de metanol é o gás natural. A produção do metanol é caracterizada por três etapas: geração de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol (unidade de síntese ou loop de síntese) e purificação do produto na especificação requerida. Os custos fixos e variáveis da unidade de síntese são fortemente dependentes das variáveis operacionais, como temperatura, pressão, razão de reciclo e composição da carga. Desta forma, foi desenvolvido um conjunto de modelos e algoritmos computacionais para representar matematicamente unidades de síntese de metanol. O modelo apresenta operações unitárias associadas aos seguintes equipamentos: divisores de correntes, misturadores de correntes, compressores, trocadores de calor, vasos de flash e reatores. Inicialmente, foi proposto um simulador estacionário, que serviu como base para um pseudo-estacionário, o qual contempla a desativação do catalisador por sinterização térmica. Os simuladores foram criados segundo uma arquitetura seqüencial modular e empregou-se o método de substituição sucessiva para a convergência dos reciclos. O estudo envolveu dois fluxogramas típicos, um constituído por reatores adiabáticos em série, enquanto o outro constituído por um reator tipo quench. Uma análise do efeito das principais variáveis operacionais foi realizada para o reator e para o loop de síntese. Estudou-se também o efeito da desativação do catalisador ao longo do tempo. Uma ferramenta de otimização operacional foi empregada para alcançar a máxima produção manipulando as injeções de carga fria na entrada dos leitos catalíticos. Formulou-se também um problema de maximização do lucro em função da otimização de paradas da unidade para troca do catalisador. Os resultados obtidos apontam que a ferramenta desenvolvida é promissora para a compreensão e otimização da unidade objeto deste estudo

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Avaliação do potencial gerador da formação Tremembé, bacia de Taubaté, área de Pindamonhangaba e Moreira César-SP

O presente estudo aborda a caracterização faciológica e quimioestratigráfica do intervalo de folhelhos betuminosos da Formação Tremembé (Oligoceno da Bacia de Taubaté), bem como a avaliação econômica desses depósitos na região de Pindamonhangaba e Moreira César, SP. A partir da coleta sistemática de amostras de testemunhos do poço MOR-SP, foram determinados os teores de COT, S e RI, assim como dados de Pirólise Rock-Eval. Com base nesses dados seis unidades quimioestratigráficas(designadas de I a VI a partir da base) foram definidas no intervalo de cerca de 40 metros de espessura. Dados previamente estudados dos poços TMB-SP e PND-SP foram utilizados para correlação dessasunidades.Com base nos dados de Pirólise RockEval foi possível quantificar o volume de óleo potencialmente recuperável através do aproveitamento industrial dos folhelhos betuminosos. No intervalo mais promissor (unidades VI e V), compreendendo uma seção de cerca de 17 metros de espessura, o rendimento de óleo é de cerca de 25,7 milhões de barris por km2, na área do poço MOR-SP.Os dados obtidos apontam para uma importante jazida não convencional de folhelho betuminoso (oilshale), cujo aproveitamentoeconômico, se executado,requerirá, além de novas soluções tecnológicas, a implementação de ações de forma a minimizar os impactos sociais e ambientais de uma possível operação extrativa desse recurso.

Uma abordagem matricial para modelagem e simulação de redes de trocadores de calor com aplicações para o gerenciamento da deposição

Uma rede de trocadores de calor pode ser definida como um grupo de trocadores de calor interligados com o objetivo de reduzir a necessidade de energia de um sistema, sendo largamente usada nas indústrias de processos. Entretanto, uma rede está sujeita à deposição, a qual causa um decréscimo na efetividade térmica dos trocadores. Este fenômeno é provocado pelo acúmulo de materiais indesejáveis sobre a superfície de troca térmica. Para compensar a redução de efetividade térmica causada pela deposição, torna-se necessário um aumento no consumo de utilidades. Isto eleva os custos de operação, assim como os custos de manutenção. Estima-se que os custos associados à deposição atinjam bilhões de dólares anualmente. Em face a este problema, vários trabalhos de pesquisa têm investigado métodos para prevenir a deposição e/ou gerenciar as operações em uma rede. Estudos envolvem desde a otimização de trocadores de calor individuais, simulação e monitoramento de redes, até a otimização da programação das paradas para limpeza de trocadores de calor em uma rede. O presente trabalho apresenta a proposição de um modelo para simulação de redes de trocadores de calor com aplicações no gerenciamento da deposição. Como conseqüência, foi desenvolvido um conjunto de códigos computacionais integrados, envolvendo a simulação estacionária de redes, a simulação pseudo-estacionária do comportamento de redes em relação à evolução da deposição, a estimação de parâmetros para diagnóstico do problema da deposição e a otimização operacional deste tipo de sistema. Com relação ao simulador estacionário, o modelo da rede foi formulado matricialmente e os balanços de massa e energia são resolvidos como sistemas de equações lineares. Do ponto de vista da otimização, o procedimento proposto redistribui as vazões, visando um melhor aproveitamento térmico dos trocadores da rede, como, por exemplo, buscando as vazões da rede que maximizem a temperatura da corrente de entrada no forno em unidades de destilação atmosférica de óleo cru. Os algoritmos foram implementados em alguns exemplos da literatura e em um problema de uma refinaria real. Os resultados foram promissores, o que sugere que a proposta deste trabalho pode vir a ser uma abordagem interessante para operações envolvendo redes de trocadores de calor

Compostagem de Resíduos Agroextrativistas no Município de Laranjal do Jari - Amapá.

Esta dissertação tem como objetivo, a apresentação de uma proposta para os resíduos agroextrativistas a fim de encontrar um composto orgânico ideal para ser utilizado na agricultura do Município de Laranjal do Jari, no Estado do Amapá. A técnica em questão será a compostagem, gerando uma alternativa de utilização para os resíduos de natureza local, onde atualmente não vêm sendo aproveitados. Para se chegar ao composto ideal serão utilizados basicamente: caroços de açaí e cascas de castanha. Esses resíduos vêm sendo relegados através dos Serviços de Limpeza Pública, constituindo não só um problema estético ou ambiental, mas de desperdício de energia e materiais que poderiam ser utilizados na recuperação de áreas degradadas ou como composto orgânico, na fixação de nutrientes e água no solo a fim de melhorar as práticas agrícolas, reduzir custos e a importação de fertilizantes químicos. A metodologia envolve estudo bibliográfico sobre a técnica de compostagem, consistindo em desenvolver todas as etapas que se darão mais claras, no desenvolver dos trabalhos de campo, para uma futura implantação de uma Unidade de Compostagem, a ser aplicável para a agricultura do referido município.