Comparison between empirical formulae of intake vortices

The hydrodynamic properties of free surface vortices at hydraulic intakes were investigated. Based on the axisymmetric Navier-Stokes equations and empirical assumptions, two sets of formulations for the velocity distributions and the free surface profiles are proposed and validated against measurements available in the literature. Compared with previous formulae, the modifications based on Mih's formula are found to greatly improve the agreement with the experimental data. Physical model tests were also conducted to study the intake vortex of the Xiluodu hydroelectric project in China. The proposed velocity distribution formula was applied to the solid boundary as considered by the method of images. A good agreement was again observed between the prediction and the measurements. © 2011 International Association for Hydro-Environment Engineering and Research.

Thermoelectric MHD in dendritic solidification

The effects of a constant uniform magnetic field on dendritic solidification were investigated using an enthalpy based numerical model. The interaction between thermoelectric currents on a growing crystal and the magnetic field generates a Lorentz force that creates flow. The need for very high resolution at the liquid-solid boundary where the thermoelectric source originates plus the need to accommodate multiple grains for a realistic simulation, make this a very demanding computational problem. For practical simulations, a quasi 3-dimensional approximation is proposed which nevertheless retains essential elements of transport in the third dimension. A magnetic field normal to the plane of growth leads to general flow circulation around an equiaxed dendrite, with secondary recirculations between the arms. The heat/solute advection by the flow is shown to cause a change in the morphology of the dendrite; secondary growth is promoted preferentially on one side of the dendrite arm and the tip velocity of the primary arm is increased. The degree of approximation introduced is quantified by extending the model into 3-dimensions, where the full Navier-Stokes equation is solved, and compared against the 2-dimensional solution.

Acompanhamento da III fase do aterro sanitário da Meia Serra

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

A combined BIE-FE method for the Stokes equations

A numerical algorithm for the biharmonic equation in domains with piecewise smooth boundaries is presented. It is intended for problems describing the Stokes flow in the situations where one has corners or cusps formed by parts of the domain boundary and, due to the nature of the boundary conditions on these parts of the boundary, these regions have a global effect on the shape of the whole domain and hence have to be resolved with sufficient accuracy. The algorithm combines the boundary integral equation method for the main part of the flow domain and the finite-element method which is used to resolve the corner/cusp regions. Two parts of the solution are matched along a numerical ‘internal interface’ or, as a variant, two interfaces, and they are determined simultaneously by inverting a combined matrix in the course of iterations. The algorithm is illustrated by considering the flow configuration of ‘curtain coating’, a flow where a sheet of liquid impinges onto a moving solid substrate, which is particularly sensitive to what happens in the corner region formed, physically, by the free surface and the solid boundary. The ‘moving contact line problem’ is addressed in the framework of an earlier developed interface formation model which treats the dynamic contact angle as part of the solution, as opposed to it being a prescribed function of the contact line speed, as in the so-called ‘slip models’. Keywords: Dynamic contact angle; finite elements; free surface flows; hybrid numerical technique; Stokes equations.

Avaliação do processo de compostagem de resíduos sólidos urbanos

A crescente produção de resíduos sólidos urbanos e a escassez de áreas para uma destinação final tecnicamente adequada, via implantação de aterros sanitários, faz com que tome importância a técnica de tratamento de resíduos sólidos orgânicos através das compostagem/vermicompostagem. Nesta pesquisa, foi realizada a avaliação destes processos, tendo sido observadas principalmente a influência da aeração e da umidade no desempenho destas técnicas de tratamento, em leiras de pequenos e grandes volumes. Nos experimentos, com leiras de pequenos volumes, realizados no IPH (Instituto de Pesquisas Hidráulicas) da UFRGS, utilizou-se resíduos sólidos de poda (resíduos verdes, com alta concentração de carbono) codispostos (misturados em peso) com resíduos vegetais da CEASA (Companhia Estadual de Abastecimento Sociedade Anônima) e lodos provenientes de estações de tratamento de esgotos sanitários. Nos experimentos, com leiras de grandes volumes, realizados na UTC – Unidade de Triagem e Compostagem de Porto Alegre, utilizou-se resíduos orgânicos domiciliares codispostos com os mesmos resíduos utilizados nos primeiros experimentos. Paralelamente aos experimentos de compostagem, avaliou-se os lixiviados produzidos nos sistemas. Na compostagem de grandes volumes, também foi observado o desempenho de banhados construídos de fluxo subsuperficial para o tratamento desses efluentes líquidos. com teores de resíduos verdes menores que 35 %, o que se justifica pela maior concentração de resíduos de característica facilmente biodegradável e de maior palatabilidade para os vermes. Em todos os experimentos de compostagem, verificou-se que o controle efetivo do processo pode ser realizado através da avaliação sistemática das temperatura e umidade das leiras. Evidenciou-se também que para regiões de clima similar ao de Porto Alegre, com elevadas precipitações principalmente no inverno, é necessário adotar dimensões adequadas ao sistema de compostagem “windrow” para áreas descobertas. Comprovou-se também a necessidade de manutenção da umidade na faixa entre 50% e 70 %, inclusive com reposição desta, mesmo na situação de inverno. A avaliação dos lixiviados da compostagem demonstrou que, com os substratos utilizados nos experimentos, as concentrações de DBO5, DQO e de outras variáveis são elevadas ao início do processo de decomposição, devido à solubilização dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes na matéria orgânica. Os lixiviados da compostagem possuem baixas concentrações de condutividade, DBO5, NH4 +, entre outros, quando comparados aos lixiviados de aterros sanitários. tratamento destes efluentes. Os resultados obtidos nos banhados construídos para baixas cargas hidráulicas (1cm/d) e concentrações de DBO5 do afluente abaixo de 150 mg/L apontaram uma eficiência média de remoção de 52,02%. No que se refere a nitrogênio (todas as formas), fósforo, metais, potencial redox e sólidos totais, as eficiências foram variáveis, com melhores resultados para nitrogênio amoniacal e fósforo. A compostagem pode ser considerada uma alternativa viável de tratamento de resíduos orgânicos, utilizando-se o processo “windrow” com revolvimento mecânico, mesmo em pátios descobertos em climas subtropicais. Neste caso, sugere-se que os lixiviados gerados nos primeiros dias de compostagem (30 dias aproximandamente) sejam recirculados e o excedente tratado em ETE. Pode-se, também, utilizar o sistema de banhados construídos como complementação, principalmente para a remoção de nitrogênio e fósforo.

O transplante de células-tronco hematopoéticas como opção no tratamento de doenças não hematológicas

Nesta revisão são abordadas as doenças em que existem dados e perspectivas do uso de transplante de células-tronco hematopoéticas em suas diversas modalidades. São apresentados também os aspectos referentes aos regimes de condicionamento empregados, e sua relação com toxicidade e taxa de mortalidade ligadas ao transplante. São apresentadas as doenças autoimunes e particularizados dados específicos do lúpus eritematoso sistêmico, esclerose sistêmica e esclerose múltipla e diabetes mellitus tipo 1. A base do procedimento nas doenças autoimunes é a reprogramação imunológica. Aparentemente o procedimento tem sua indicação nas doenças em que os tratamentos convencionais de imunossupressão tenham falhado, e o dano orgânico não tenha sido definitivo, mas tenha chance de ocorrer caso não seja realizado o transplante. A modalidade aparentemente indicada no momento deve ser o transplante de células-tronco autogênico com regimes de condicionamento não mieloablativo para se obter sobrevivência estimada em mais de 50% em todas as doenças, com baixa toxicidade e com mortalidade nula ligada ao transplante. São apresentados também os resultados nos tumores sólidos, que são discutíveis, e particularidades no câncer de mama. A aparente indicação para os tumores sólidos é transplante de células-tronco alogênico e se baseia no tratamento intensivo com doses mieloablativas com a finalidade de se induzir o efeito enxerto contra o tumor. Os regimes não mieloablativos são preconizados com a finalidade de redução da toxicidade e indução de imunossupressão, sendo os dados insuficientes e discutíveis, o que obriga a introdução de novas estratégias terapêuticas baseadas na terapia imune e celular.

Feasibility study for thermal treatment of solid tire wastes in Bangladesh by using pyrolysis technology

In this study on the basis of lab data and available resources in Bangladesh, feasibility study has been carried out for pyrolysis process converting solid tire wastes into pyrolysis oils, solid char and gases. The process considered for detailed analysis was fixed-bed fire-tube heating pyrolysis reactor system. The comparative techno-economic assessment was carried out in US$ for three different sizes plants: medium commercial scale (144 tons/day), small commercial scale (36 tons/day), pilot scale (3.6 tons/day). The assessment showed that medium commercial scale plant was economically feasible, with the lowest unit production cost than small commercial and pilot scale plants for the production of crude pyrolysis oil that could be used as boiler fuel oil and for the production of upgraded liquid-products.

Valorization of solid tire wastes available in Bangladesh by thermal treatment

In this study available solid tire wastes in Bangladesh were characterized through proximate and ultimate analyses, gross calorific values and thermogravimetric analysis to investigate their suitability as feedstock for thermal recycling by pyrolysis technology. A new approach in heating system, fixedbed fire-tube heating pyrolysis reactor has been designed and fabricated for the recovery of liquid hydrocarbons from solid tire wastes. The tire wastes were pyrolysed in the internally heated fixed-bed fire-tube heating reactor and maximum liquid yield of 46-55 wt% of solid tire waste was obtained at a temperature of 475 oC, feed size 4 cm3, with a residence time of 5 s under N2 atmosphere. The liquid products were characterized by physical properties, elemental analysis, FT-IR, 1H-NMR, GC MS techniques and distillation. The results show that the liquid products are comparable to petroleum fuels whereas fractional distillations and desulphurization are essential to be used as alternative for diesel engine fuels.

Boundary-layer effects on internal flow choking in dual-thrust solid rocket motors

Theoretical studies have been carried out to examine internal flow choking in the inert simulators of a dual-thrust motor. Using a two-dimensional k-omega turbulence model, detailed parametric studies have been carried out to examine aerodynamic choking and the existence of a fluid throat at the transition region during the startup transient of dual-thrust motors. This code solves standard k-omega turbulence equations with shear flow corrections using a coupled second-order-implicit unsteady formulation. In the numerical study, a fully implicit finite volume scheme of the compressible, Reynolds-averaged, Navier-Stokes equations is employed. It was observed that, at the subsonic inflow conditions, there is a possibility of the occurrence of internal flow choking in dual-thrust motors due to the formation of a fluid throat at the beginning of the transition region induced by area blockage caused by boundary-layer-displacement thickness. It has been observed that a 55% increase in the upstream port area of the dual-thrust motor contributes to a 25% reduction in blockage factor at the transition region, which could negate the internal How choking and supplement with an early choking of the dual-thrust motor nozzle. If the height of the upstream port relative to the motor length is too small, the developing boundary layers from either side of the port can interact, leading to a choked,flow. On the other hand, if the developing boundary layers are far enough apart, then choking does not occur. The blockage factor is greater in magnitude for the choked case than for the unchoked case. More tangible explanations are presented in this paper for the boundary-layer blockage and the internal flow choking in dual-thrust motors, which hitherto has been unexplored.

Temperature dependent structural and dielectric investigations of PbZr0.5Ti0.5O3 solid solution at the morphotropic phase boundary

PbZr1-xTixO3 ceramics synthesised by low temperature calcination followed by sintering at 1280 degrees C show a Morphotropic Phase Boundary (MPB) for compositions of x=0.44-0.51. The morphotropic phase boundary is wider for samples with smaller grain sizes due to the synthesis route. A Rietveld analysis is performed on a composition of x=0.5 composition to quantify the phase fractions of the tetragonal and monoclinic phases present in the PZT system. Temperature dependent X-ray diffraction and dielectric studies of PbZr0.5Ti0.5O3 composition demonstrated a phase transformation from monoclinic to tetragonal at 270 degrees C followed by a ferroelectric tetragonal to a paraelectric cubic transition at 370 degrees C. Thus, the poling of these ceramics should be performed below 270 degrees C to benefit from the presence of a monoclinic phase. (C) 2012 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

An extension of the Quasicontinuum Treatment of Multiscale Solid Systems to Nonzero Temperature

Covering the solid lattice with a finite-element mesh produces a coarse-grained system of mesh nodes as pseudoatoms interacting through an effective potential energy that depends implicitly on the thermodynamic state. Use of the pseudoatomic Hamiltonian in a Monte Carlo simulation of the two-dimensional Lennard-Jones crystal yields equilibrium thermomechanical properties (e.g., isotropic stress) in excellent agreement with ``exact'' fully atomistic results.

Localized Solid-State Amorphization at Grain Boundaries in a Nanocrystalline Al Solid Solution Subjected to Surface Mechanical Attrition

Using high-resolution electron microscopy, localized solid-state amorphization (SSA) was observed in a nanocrystalline (NC) Al solid solution (weight per cent 4.2 Cu, 0.3 Mn, the rest being Al) subjected to a surface mechanical attrition treatment. It was found that the deformation-induced SSA may occur at the grain boundary (GB) where either the high density dislocations or dislocation complexes are present. It is suggested that lattice instability due to elastic distortion within the dislocation core region plays a significant role in the initiation of the localized SSA at defective sites. Meanwhile, the GB of severely deformed NC grains exhibits a continuously varying atomic structure in such a way that while most of the GB is ordered but reveals corrugated configurations, localized amorphization may occur along the same GB.

Dextran and protamine-based solid lipid nanoparticles as potential vectors for the treatment of X-linked juvenile retinoschisis

This is a copy of an article published in the Human gene therapy © 2012 copyright Mary Ann Liebert, Inc.; Human gene therapy is available online at: http://online.liebertpub.com.