Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Soil vapor extraction in sandy soils: influence of airflow rate

Airflow rate is one of the most important parameters for the soil vapor extraction of contaminated sites, due to its direct influence on the mass transfer occurring during the remediation process. This work reports the study of airflow rate influence on soil vapor extractions, performed in sandy soils contaminated with benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, trichloroethylene and perchloroethylene. The objectives were: (i) to analyze the influence of airflow rate on the process; (ii) to develop a methodology to predict the remediation time and the remediation efficiency; and (iii) to select the most efficient airflow rate. For dry sandy soils with negligible contents of clay and natural organic matter, containing the contaminants previously cited, it was concluded that: (i) if equilibrium between the pollutants and the different phases present in the soil matrix was reached and if slow diffusion effects did not occur, higher airflow rates exhibited the fastest remediations, (ii) it was possible to predict the remediation time and the efficiency of remediation with errors below 14%; and (iii) the most efficient remediation were reached with airflow rates below 1.2 cm3 s 1 standard temperature and pressure conditions.

Remediation of soils combining soil vapor extraction and bioremediation: benzene

This work reports the study of the combination of soil vapor extraction (SVE) with bioremediation (BR) to remediate soils contaminated with benzene. Soils contaminated with benzene with different water and natural organic matter contents were studied. The main goals were: (i) evaluate the performance of SVE regarding the remediation time and the process efficiency; (ii) study the combination of both technologies in order to identify the best option capable to achieve the legal clean up goals; and (iii) evaluate the influence of soil water content (SWC) and natural organic matter (NOM) on SVE and BR. The remediation experiments performed in soils contaminated with benzene allowed concluding that: (i) SVE presented (a) efficiencies above 92% for sandy soils and above 78% for humic soils; (b) and remediation times from 2 to 45 h, depending on the soil; (ii) BR showed to be an efficient technology to complement SVE; (iii) (a) SWC showed minimum impact on SVE when high airflow rates were used and led to higher remediation times for lower flow rates; (b) NOM as source of microorganisms and nutrients enhanced BR but hindered the SVE due the limitation on the mass transfer of benzene from the soil to the gas phase.

Cooperative effects in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive and na explosive taggant in the vapor phase by calix[4]arene-based carbazole-containing conjugated polymers

Two fluorescent molecular receptor based conjugated polymers were used in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive (nitromethane) and an explosive taggant (2,3-dimethyl-2,3-dinitrobutane) in the vapor phase. Results have shown that thin films of both polymers display remarkably high sensitivity and selectivity toward these analytes. Very fast, reproducible, and reversible responses were found. The unique behavior of these supramolecular host systems is ascribed to cooperativity effects developed between the calix[4] arene hosts and the phenylene ethynylene-carbazolylene main chains. The calix[4]-arene hosts create a plethora of host-guest binding sites along the polymer backbone, either in their bowl-shaped cavities or between the outer walls of the cavity, to direct guests to the area of the transduction centers (main chain) at which favorable photoinduced electron transfer to the guest molecules occurs and leads to the observed fluorescence quenching. The high tridimensional porous nature of the polymers imparted by the bis-calixarene moieties concomitantly allows fast diffusion of guest molecules into the polymer thin films.

Multiple Linear Regression and Artificial Neural Networks to Predict Time and Efficiency of Soil Vapor Extraction

The prediction of the time and the efficiency of the remediation of contaminated soils using soil vapor extraction remain a difficult challenge to the scientific community and consultants. This work reports the development of multiple linear regression and artificial neural network models to predict the remediation time and efficiency of soil vapor extractions performed in soils contaminated separately with benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, trichloroethylene, and perchloroethylene. The results demonstrated that the artificial neural network approach presents better performances when compared with multiple linear regression models. The artificial neural network model allowed an accurate prediction of remediation time and efficiency based on only soil and pollutants characteristics, and consequently allowing a simple and quick previous evaluation of the process viability.

Liquid-vapor interfaces of patchy colloids

We investigate the liquid-vapor interface of a model of patchy colloids. This model consists of hard spheres decorated with short-ranged attractive sites ("patches") of different types on their surfaces. We focus on a one-component fluid with two patches of type A and nine patches of type B (2A9B colloids), which has been found to exhibit reentrant liquid-vapor coexistence curves and very low-density liquid phases. We have used the density-functional theory form of Wertheim's first-order perturbation theory of association, as implemented by Yu and Wu [J. Chem. Phys. 116, 7094 (2002)], to calculate the surface tension, and the density and degree of association profiles, at the liquid-vapor interface of our model. In reentrant systems, where AB bonds dominate, an unusual thickening of the interface is observed at low temperatures. Furthermore, the surface tension versus temperature curve reaches a maximum, in agreement with Bernardino and Telo da Gama's mesoscopic Landau-Safran theory [Phys. Rev. Lett. 109, 116103 (2012)]. If BB attractions are also present, competition between AB and BB bonds gradually restores the monotonic temperature dependence of the surface tension. Lastly, the interface is "hairy," i.e., it contains a region where the average chain length is close to that in the bulk liquid, but where the density is that of the vapor. Sufficiently strong BB attractions remove these features, and the system reverts to the behavior seen in atomic fluids.

Uso Sustentável de Vapor

Em 2006, a IEA (Agência Internacional de Energia), publicou alguns estudos de consumos mundiais de energia. Naquela altura, apontava na fabricação de produtos, um consumo mundial de energia elétrica, de origem fóssil de cerca 86,16 EJ/ano (86,16×018 J) e um consumo de energia nos sistemas de vapor de 32,75 EJ/ano. Evidenciou também nesses estudos que o potencial de poupança de energia nos sistemas de vapor era de 3,27 EJ/ano. Ou seja, quase tanto como a energia consumida nos sistemas de vapor da U.E. Não se encontraram números relativamente a Portugal, mas comparativamente com outros Países publicitados com alguma similaridade, o consumo de energia em vapor rondará 0,2 EJ/ano e por conseguinte um potencial de poupança de cerca 0,02 EJ/ano, ou 5,6 × 106 MWh/ano ou uma potência de 646 MW, mais do que a potência de cinco barragens Crestuma/Lever! Trata-se efetivamente de muita energia; interessa por isso perceber o onde e o porquê deste desperdício. De um modo muito modesto, pretende-se com este trabalho dar algum contributo neste sentido. Procurou-se evidenciar as possibilidades reais de os utilizadores de vapor de água na indústria reduzirem os consumos de energia associados à sua produção. Não estão em causa as diferentes formas de energia para a geração de vapor, sejam de origem fóssil ou renovável; interessou neste trabalho estudar o modo de como é manuseado o vapor na sua função de transporte de energia térmica, e de como este poderá ser melhorado na sua eficiência de cedência de calor, idealmente com menor consumo de energia. Com efeito, de que servirá se se optou por substituir o tipo de queima para uma mais sustentável se a jusante se continuarem a verificarem desperdícios, descarga exagerada nas purgas das caldeiras com perda de calor associada, emissões permanentes de vapor para a atmosfera em tanques de condensado, perdas por válvulas nos vedantes, purgadores avariados abertos, pressão de vapor exageradamente alta atendendo às temperaturas necessárias, “layouts” do sistema de distribuição mal desenhados, inexistência de registos de produção e consumos de vapor, etc. A base de organização deste estudo foi o ciclo de vapor: produção, distribuição, consumo e recuperação de condensado. Pareceu importante incluir também o tratamento de água, atendendo às implicações na transferência de calor das superfícies com incrustações. Na produção de vapor, verifica-se que os maiores problemas de perda de energia têm a ver com a falta de controlo, no excesso de ar e purgas das caldeiras em exagero. Na distribuição de vapor aborda-se o dimensionamento das tubagens, necessidade de purgas a v montante das válvulas de controlo, a redução de pressão com válvulas redutoras tradicionais; será de destacar a experiência americana no uso de micro turbinas para a redução de pressão com produção simultânea de eletricidade. Em Portugal não se conhecem instalações com esta opção. Fabricantes da República Checa e Áustria, têm tido sucesso em algumas dezenas de instalações de redução de pressão em diversos países europeus (UK, Alemanha, R. Checa, França, etc.). Para determinação de consumos de vapor, para projeto ou mesmo para estimativa em máquinas existentes, disponibiliza-se uma série de equações para os casos mais comuns. Dá-se especial relevo ao problema que se verifica numa grande percentagem de permutadores de calor, que é a estagnação de condensado - “stalled conditions”. Tenta-se também evidenciar as vantagens da recuperação de vapor de flash (infelizmente de pouca tradição em Portugal), e a aplicação de termocompressores. Finalmente aborda-se o benchmarking e monitorização, quer dos custos de vapor quer dos consumos específicos dos produtos. Esta abordagem é algo ligeira, por manifesta falta de estudos publicados. Como trabalhos práticos, foram efetuados levantamentos a instalações de vapor em diversos sectores de atividades; 1. ISEP - Laboratório de Química. Porto, 2. Prio Energy - Fábrica de Biocombustíveis. Porto de Aveiro. 3. Inapal Plásticos. Componentes de Automóvel. Leça do Balio, 4. Malhas Sonix. Tinturaria Têxtil. Barcelos, 5. Uma instalação de cartão canelado e uma instalação de alimentos derivados de soja. Também se inclui um estudo comparativo de custos de vapor usado nos hospitais: quando produzido por geradores de vapor com queima de combustível e quando é produzido por pequenos geradores elétricos. Os resultados estão resumidos em tabelas e conclui-se que se o potencial de poupança se aproxima do referido no início deste trabalho.

Projeto de conceção e desenvolvimento de um esterilizador a vapor de equipamento médico-hospitalar

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Towards cryogenic liquid –vapor energy storage units for space applications

Dissertation to obtain the Doctoral degree in Physics Engineering

Vapor - liquid equilibrium of systems containing perfluoromethyl-cyclohexane and hydrocarbons

Vapor - liquid equilibrium data for the binary systems: Perfluoromethylcyclohexane + n-Hexane and Perfluoromethylcyclohexane + 1-Hexene were determined at 93.3 KPa and 328.15 K. The vapor pressure for the pure components were also measured to calculate the Antoine constants. The data were correlated by using the Van-Laar, Margules, Wilson, NRTL and UNIQUAC equations. UNIFAC group-contribution parameters between CH, and CF,, and CH,=CH and CF, were also calculated.

Growth of semi-polar GaN on high index silicon (11h) substrates by metal organic vapor phase epitaxy

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2014

Estudi de la reformació amb vapor de biocombustibles per a l'obtenció d'hidrogen utilitzant suports estructurats ceràmics funcionalitzats

Donada una aplicació racional en una varietat complexa, Bellon i Viallet van definit l’entropia algebraica d’aquesta aplicació i van provar que aquest valor és un invariant biracional. Un invariant biracional equivalent és el grau asimptòtic, grau dinàmic o complexitat, definit per Boukraa i Maillard. Aquesta noció és propera a la complexitat definida per Arnold. Conjecturalment, el grau asimptòtic satisfà una recurrència lineal amb coeficients enters. Aquesta conjectura ha estat provada en el cas polinòmic en el pla afí complex per Favre i Jonsson i resta oberta en per al cas projectiu global i per al cas local. L’estudi de l’arbre valoratiu de Favre i Jonsson ha resultat clau per resoldre la conjectura en el cas polinòmic en el pla afí complex. El beneficiari ha estudiat l’arbre valoratiu global de Favre i Jonsson i ha reinterpretat algunes nocions i resultats des d’un punt de vista més geomètric. Així mateix, ha estudiat la demostració de la conjectura de Bellon – Viallet en el cas polinòmic en el pla afí complex com a primer pas per trobar una demostració en el cas local i projectiu global en estudis futurs. El projecte inclou un estudi detallat de l'arbre valoratiu global des d'un punt de vista geomètric i els primers passos de la demostració de la conjectura de Bellon - Viallet en el cas polinòmic en el pla afí complex que van efectuar Favre i Jonsson.

Projecte d'una central d'energia elèctrica de 400 kW mitjançant concentradors solars i una turbina de vapor

L’objecte del projecte és dissenyar una central productora d’energia elèctrica a través d’una turbina de vapor i un generador acoblat a aquesta, mitjançant concentradors d’energia solar cilindro-parabòlics. Aquests concentradors captaran la radiació directa del sol per concentrar-la al focus de la paràbola, on s’hi col·locarà un receptor per l’interior del qual hi passarà un fluid que s’escalfarà gràcies a aquests raigs concentrats. En el projecte s’ha dissenyat la instal·lació i estudiat la radiació disponible a la zona, s’ha realitzat un estudi de la viabilitat de la instal·lació necessària i del cost econòmic d’una central d’energia termoelèctrica fictícia a la zona de Tarragona

Projecte d'instal·lació de caldera de vapor de 5.000 kg/h i serveis auxiliars per [a] una empresa situada a Vic

L’empresa RUSCALLEDA, S.L., ubicada a la localitat de Vic, es dedica a l’elaboració deproductes alimentaris. La instal·lació actual de generació de calor utilitza una caldera antiga de combustible líquid i té una capacitat de producció de vapor de 1.500 kg/h. A causa de la demanda creixent de productes semielaborats, l'empresa vol instal·lar tres unitats noves de la línia final de productes semielaborats. Aquestes noves unitats tindrien un considerable consum d’energia calorífica en forma de vapor i requeririen actualitzar la instal·lació actual de producció i distribució de calor. L’objecte del projecte és la instal·lació d’un segon generador de vapor que sigui capaç d’alimentar la instal·lació actual més l’ampliació, quedant el generador actual en paral·lel per ser utilitzat en cas d’emergència

Gas collisions and pressure quenching of the photoluminescence of silicon nanopowder grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition

The quenching of the photoluminescence of Si nanopowder grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition due to pressure was measured for various gases ( H2, O2, N2, He, Ne, Ar, and Kr) and at different temperatures. The characteristic pressure, P0, of the general dependence I(P) = I0¿exp(¿P/P0) is gas and temperature dependent. However, when the number of gas collisions is taken as the variable instead of pressure, then the quenching is the same within a gas family (mono- or diatomic) and it is temperature independent. So it is concluded that the effect depends on the number of gas collisions irrespective of the nature of the gas or its temperature.