Applying discrete element modelling to vertical and horizontal shaft impact crushers

The PFC3D (particle flow code) that models the movement and interaction of particles by the DEM techniques was employed to simulate the particle movement and to calculate the velocity and energy distribution of collision in two types of impact crusher: the Canica vertical shaft crusher and the BJD horizontal shaft swing hammer mill. The distribution of collision energies was then converted into a product size distribution for a particular ore type using JKMRC impact breakage test data. Experimental data of the Canica VSI crusher treating quarry and the BJD hammer mill treating coal were used to verify the DEM simulation results. Upon the DEM procedures being validated, a detailed simulation study was conducted to investigate the effects of the machine design and operational conditions on velocity and energy distributions of collision inside the milling chamber and on the particle breakage behaviour. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A mechanistic model for carbon dioxide corrosion of mild steel in the presence of protective iron carbonate films - Part 3: Film growth model

A model of iron carbonate (FeCO3) film growth is proposed, which is an extension of the recent mechanistic model of carbon dioxide (CO2) corrosion by Nesic, et al. In the present model, the film growth occurs by precipitation of iron carbonate once saturation is exceeded. The kinetics of precipitation is dependent on temperature and local species concentrations that are calculated by solving the coupled species transport equations. Precipitation tends to build up a layer of FeCO3 on the surface of the steel and reduce the corrosion rate. On the other hand, the corrosion process induces voids under the precipitated film, thus increasing the porosity and leading to a higher corrosion rate. Depending on the environmental parameters such as temperature, pH, CO2 partial pressure, velocity, etc., the balance of the two processes can lead to a variety of outcomes. Very protective films and low corrosion rates are predicted at high pH, temperature, CO2 partial pressure, and Fe2+ ion concentration due to formation of dense protective films as expected. The model has been successfully calibrated against limited experimental data. Parametric testing of the model has been done to gain insight into the effect of various environmental parameters on iron carbonate film formation. The trends shown in the predictions agreed well with the general understanding of the CO2 corrosion process in the presence of iron carbonate films. The present model confirms that the concept of scaling tendency is a good tool for predicting the likelihood of protective iron carbonate film formation.

An energy-based model for swing hammer mills

An energy-based swing hammer mill model has been developed for coke oven feed preparation. it comprises a mechanistic power model to determine the dynamic internal recirculation and a perfect mixing mill model with a dual-classification function to mimic the operations of crusher and screen. The model parameters were calibrated using a pilot-scale swing hammer mill at various operating conditions. The effects of the underscreen configurations and the feed sizes on hammer mill operations were demonstrated through the fitted model parameters. Relationships between the model parameters and the machine configurations were established. The model was validated using the independent experimental data of single lithotype coal tests with the same BJD pilot-scale hammer mill and full operation audit data of an industrial hammer mill. The outcome of the energy-based swing hammer mill model is the capability to simulate the impact of changing blends of coal or mill configurations and operating conditions on product size distribution. Alternatively, the model can be used to select the machine settings required to achieve a desired product. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Biaxial failure model for fiber reinforced concrete

Steel fiber reinforced concrete (SFRC) is widely applied in the construction industry. Numerical elastoplastic analysis of the macroscopic behavior is complex. This typically involves a piecewise linear failure curve including corner singularities. This paper presents a single smooth biaxial failure curve for SFRC based on a semianalytical approximation. Convexity of the proposed model is guaranteed so that numerical problems are avoided. The model has sufficient flexibility to closely match experimental results. The failure curve is also suitable for modeling plain concrete under biaxial loading. Since this model is capable of simulating the failure states in all stress regimes with a single envelope, the elastoplastic formulation is very concise and simple. The finite element implementation is developed to demonstrate the conciseness and the effectiveness of the model. The computed results display good agreement with published experimental data.

Influence of hysteresis on tidal capillary fringe dynamics in a well-sorted sand

Nielsen and Perrochet [Adv. Water Resour. 23 (2000) 503] presented experimental data for cyclic water movement in the vadose zone above an oscillating watertable. The response of the watertable to cyclic forcing was characterised by the ratios of the forcing head to watertable amplitudes and their associated phase lag. They found that their non-hysteretic Richards' equation model failed to represent the observed behaviour of these parameters. This paper explores the effect on the simulated capillary fringe dynamics (in terms of these parameters) of including varying degrees of hysteresis in the moisture retention curve used in a numerical model of their experiment. It is clear that hysteresis can indeed account for observed discrepancies between simulation and experiment and that the effect of hysteresis varies with the frequency of oscillation. The use of a single-valued mean retention curve, as advocated by some authors, fails to provide a match between the simulated and observed behaviour of the Nielsen and Perrochet parameters, but is shown to be adequate for predicting time-averaged soil moisture profiles. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Model-based analysis of anaerobic acetate uptake by a mixed culture of polyphosphate-accumulating and glycogen-accumulating organisms

An increasing number of studies shows that the glycogen-accumulating organisms (GAOs) can survive and may indeed proliferate under the alternating anaerobic/aerobic conditions found in EBPR systems, thus forming a strong competitor of the polyphosphate-accumulating organisms (PAOs). Understanding their behaviors in a mixed PAO and GAO culture under various operational conditions is essential for developing operating strategies that disadvantage the growth of this group of unwanted organisms. A model-based data analysis method is developed in this paper for the study of the anaerobic PAO and GAO activities in a mixed PAO and GAO culture. The method primarily makes use of the hydrogen ion production rate and the carbon dioxide transfer rate resulting from the acetate uptake processes by PAOs and GAOs, measured with a recently developed titration and off-gas analysis (TOGA) sensor. The method is demonstrated using the data from a laboratory-scale sequencing batch reactor (SBR) operated under alternating anaerobic and aerobic conditions. The data analysis using the proposed method strongly indicates a coexistence of PAOs and GAOs in the system, which was independently confirmed by fluorescent in situ hybridization (FISH) measurement. The model-based analysis also allowed the identification of the respective acetate uptake rates by PAOs and GAOs, along with a number of kinetic and stoichiometric parameters involved in the PAO and GAO models. The excellent fit between the model predictions and the experimental data not involved in parameter identification shows that the parameter values found are reliable and accurate. It also demonstrates that the current anaerobic PAO and GAO models are able to accurately characterize the PAO/GAO mixed culture obtained in this study. This is of major importance as no pure culture of either PAOs or GAOs has been reported to date, and hence the current PAO and GAO models were developed for the interpretation of experimental results of mixed cultures. The proposed method is readily applicable for detailed investigations of the competition between PAOs and GAOs in enriched cultures. However, the fermentation of organic substrates carried out by ordinary heterotrophs needs to be accounted for when the method is applied to the study of PAO and GAO competition in full-scale sludges. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc.

Resolution enhancement by subtraction of confocal signals taken at different pinhole sizes

Subtractive imaging in confocal fluorescence light microscopy is based on the subtraction of a suitably weighted widefield image from a confocal image. An approximation to a widefield image can be obtained by detection with an opened confocal pinhole. The subtraction of images enhances the resolution in-plane as well as along the optic axis. Due to the linearity of the approach, the effect of subtractive imaging in Fourier-space corresponds to a reduction of low spatial frequency contributions leading to a relative enhancement of the high frequencies. Along the direction of the optic axis this also results in an improved sectioning. Image processing can achieve a similar effect. However, a 3D volume dataset must be acquired and processed, yielding a result essentially identical to subtractive imaging but superior in signal-to-noise ratio. The latter can be increased further with the technique of weighted averaging in Fourier-space. A comparison of 2D and 3D experimental data analysed with subtractive imaging, the equivalent Fourier-space processing of the confocal data only, and Fourier-space weighted averaging is presented. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Solubility of selected esters in supercritical carbon dioxide

The solubility of ethyl propionate, ethyl butyrate, and ethyl isovalerate in supercritical carbon dioxide was measured at temperature ranging from 308.15 to 333.15 K and pressure ranging from 85 to 195 bar. At the same temperature, the solubility of these compounds increases with pressure. The crossover pressure region was also observed in this study. The experimental data were correlated by the semi-empirical Chrastil equation and Peng-Robinson equation of state (EOS) using several mixing rules. The Peng-Robinson EOS gives better solubility prediction than the empirical Chrastil equation. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Effect of pore-network connectivity on multicomponent adsorption of large molecules

The effect of pore-network connectivity on binary liquid-phase adsorption equilibria using the ideal adsorbed solution theory (LAST) was studied. The liquid-phase binary adsorption experiments used ethyl propionate, ethyl butyrate, and ethyl isovalerate as the adsorbates and commercial activated carbons Filtrasorb-400 and Norit ROW 0.8 as adsorbents. As the single-component isotherm, a modified Dubinin-Radushkevich equation was used. A comparison with experimental data shows that incorporating the connectivity of the pore network and considering percolation processes associated with different molecular sizes of the adsorptives in the mixture, as well as their different corresponding accessibility, can improve the prediction of binary adsorption equilibria using the LAST Selectivity of adsorption for the larger molecule in binary systems increases with an increase in the pore-network coordination number, as well with an increase in the mean pore width and in the spread of the pore-size distribution.

Prediction of multilayer adsorption and capillary condensation phenomena in cylindrical mesopores

MCM-41 periodic mesoporous silicates with a high degree of structural ordering are synthesized and used as model adsorbents to study the isotherm prediction of nitrogen adsorption. The nitrogen adsorption isotherm at 77 K for a macroporous silica is measured and used in high-resolution alpha(s)-plot comparative analysis to determine the external surface area, total surface area and primary mesopore volume of the MCM-41 materials. Adsorption equilibrium data of nitrogen on the different pore size MCM-41 samples (pore diameters from 2.40 to 4.92 nm) are also obtained. Based on the Broekhoff and de Boer' thermodynamic analysis, the nitrogen adsorption isotherms for the different pore size MCM-41 samples are interpreted using a novel strategy, in which the parameters of an empirical expression, used to represent the potential of interaction between the adsorbate and adsorbent, are obtained by fitting only the multilayer region prior to capillary condensation for C-16 MCM-41. Subsequently the entire isotherm, including the phase transition, is predicted for all the different pore size MCM-41 samples without any fitting. The results show that the prediction of multilayer adsorption and total adsorbed amount are in good agreement with the experimental isotherms. The predictions of the relative pressure corresponding to capillary equilibrium (coexistence) transition agree remarkably with experimental data on the adsorption branch even for hysteretic isotherms, confirming that this is the branch appropriate for pore size distribution analysis. The impact of pore radius on the adsorption film thickness and capillary coexistence pressure is also investigated, and found to agree with the experimental data. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Efeito da restrição hídrica sobre o crescimento de clones de eucalipto

O estabelecimento e o crescimento inicial de espécies florestais no campo são fortemente afetados pela disponibilidade de água no solo e pela época de plantio, por isso, o presente trabalho estuda o impacto do déficit hídrico no crescimento de mudas de dois clones do híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, ambos submetidos a 4 níveis de déficit hídrico, em duas épocas de plantio. O estudo foi realizado na área experimental do Núcleo de Estudos e Difusão de Tecnologia em Florestas, Recursos Hídricos e Agricultura Sustentável (NEDTEC), do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-UFES), localizado no município de Jerônimo Monteiro. O trabalho foi realizado em duas épocas distintas, sendo a primeira no período de 09 de fevereiro a 09 de junho de 2009 e a segunda no período de 11 de julho a 07 de novembro de 2009, visando à realização das observações em diferentes condições de regime de radiação, déficit de pressão do vapor do ar, temperatura, umidade relativa do ar e velocidade do vento. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente ao acaso em parcelas subdivididas 2 x 4, alocando-se os 4 níveis de déficits hídricos na parcela principal e as 2 épocas nas subparcelas, com três repetições. Os manejos hídricos aplicados foram: Déficit 0 (D0) sem déficit, Déficit 1(D1) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, permanecendo até o final do experimento, Déficit 2 (D2) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, suspensão da irrigação por 60 dias e posterior retomada da irrigação por mais 30 dias; Déficit 3 (D3) corte da irrigação aos 60 dias de experimentação, prolongando até o final do experimento. Os dados experimentais foram submetidos à análise de variância, e quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de média Tukey a 5% de probabilidade, para cada clone estudado. Com este trabalho, foi possível avaliar o impacto de diferentes déficits hídricos, no crescimento inicial das plantas, em duas épocas do ano e avaliar o incremento no desenvolvimento das plantas durante a aplicação dos tratamentos, com retiradas de amostras médias de cada tratamento a cada 30 dias. As variáveis medidas nos dois experimentos foram altura total da planta, diâmetro ao nível do coleto, número de folhas, área foliar, matéria seca de folhas, matéria seca de haste e ramos, matéria seca de raízes e matéria seca total. Foram avaliadas as variáveis climáticas durante todo o período experimental, nas duas épocas, a fim de determinar a condição do clima em cada época. Para os dois clones estudados, em geral, os déficits hídricos promoveram a redução das variáveis morfológicas estudadas e a época experimental foi o fator que mais influenciou a redução do crescimento das plantas. Sendo que a Época 1 foi a que proporcionou resultados superiores, e a Época 2 foi a que prejudicou mais o desenvolvimento das plantas, reduzindo significativamente todas as variáveis morfológicas em todos os déficits hídricos, inclusive o D0.

Efeito da restrição hídrica sobre o crescimento de clones de eucalipto

O estabelecimento e o crescimento inicial de espécies florestais no campo são fortemente afetados pela disponibilidade de água no solo e pela época de plantio, por isso, o presente trabalho estuda o impacto do déficit hídrico no crescimento de mudas de dois clones do híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, ambos submetidos a 4 níveis de déficit hídrico, em duas épocas de plantio. O estudo foi realizado na área experimental do Núcleo de Estudos e Difusão de Tecnologia em Florestas, Recursos Hídricos e Agricultura Sustentável (NEDTEC), do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-UFES), localizado no município de Jerônimo Monteiro. O trabalho foi realizado em duas épocas distintas, sendo a primeira no período de 09 de fevereiro a 09 de junho de 2009 e a segunda no período de 11 de julho a 07 de novembro de 2009, visando à realização das observações em diferentes condições de regime de radiação, déficit de pressão do vapor do ar, temperatura, umidade relativa do ar e velocidade do vento. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente ao acaso em parcelas subdivididas 2 x 4, alocando-se os 4 níveis de déficits hídricos na parcela principal e as 2 épocas nas subparcelas, com três repetições. Os manejos hídricos aplicados foram: Déficit 0 (D0) sem déficit, Déficit 1(D1) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, permanecendo até o final do experimento, Déficit 2 (D2) corte da irrigação aos 30 dias de experimentação, suspensão da irrigação por 60 dias e posterior retomada da irrigação por mais 30 dias; Déficit 3 (D3) corte da irrigação aos 60 dias de experimentação, prolongando até o final do experimento. Os dados experimentais foram submetidos à análise de variância, e quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de média Tukey a 5% de probabilidade, para cada clone estudado. Com este trabalho, foi possível avaliar o impacto de diferentes déficits hídricos, no crescimento inicial das plantas, em duas épocas do ano e avaliar o incremento no desenvolvimento das plantas durante a aplicação dos tratamentos, com retiradas de amostras médias de cada tratamento a cada 30 dias. As variáveis medidas nos dois experimentos foram altura total da planta, diâmetro ao nível do coleto, número de folhas, área foliar, matéria seca de folhas, matéria seca de haste e ramos, matéria seca de raízes e matéria seca total. Foram avaliadas as variáveis climáticas durante todo o período experimental, nas duas épocas, a fim de determinar a condição do clima em cada época. Para os dois clones estudados, em geral, os déficits hídricos promoveram a redução das variáveis morfológicas estudadas e a época experimental foi o fator que mais influenciou a redução do crescimento das plantas. Sendo que a Época 1 foi a que proporcionou resultados superiores, e a Época 2 foi a que prejudicou mais o desenvolvimento das plantas, reduzindo significativamente todas as variáveis morfológicas em todos os déficits hídricos, inclusive o D0.

Modelagem e simulação de um secador intermitente de fluxos contracorrentes para frutos do cafeeiro

Este trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um modelo computacional para simular a secagem de frutos café em um secador intermitente de fluxos contracorrente, empregando a linguagem de simulação EXTEND™ e o Modelo de Thompson (THOMPSON; PEART; FOSTER, 1968). Para validação do modelo desenvolvido foram utilizados dados experimentais obtidos por Silva (1991), em que foram empregados três níveis de temperatura do ar de secagem de 60, 80 e 100 °C. O modelo desenvolvido foi validado, sendo constatados desvios absolutos de 1,8% b.u e 1,1 kg e erros relativos de 11% e 1,6% na previsão dos parâmetros teor de água final e consumo de lenha, respectivamente. O modelo validado foi empregado na condução de experimentos tipo comparação de cenários. O primeiro experimento refere a alterações do ciclo operacional em que foram alterados os tempos de movimentação e de parada do fluxo da massa de grãos. E o segundo refere à alteração da configuração do secador quanto às alturas das câmaras de secagem e descanso. O ciclo operacional com os tempos de movimentação de um minuto e de parada de dezesseis minutos, para a temperatura do ar de secagem de 100 °C, proporcionou o melhor desempenho, sendo constatado tempo secagem de 12,3 h, consumo de lenha de 109,5 kg, consumo específico de energia de 7660 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 87,86 kg.h-1. Quanto à configuração do secador, o melhor desempenho ocorreu para altura da câmara de secagem de 2,3 m usando a temperatura do ar de secagem de 100 °C, em que foram simulados tempo de secagem de 12,0 h, consumo de lenha de 106,5 kg, consumo específico de energia, de 7433 kJ.kg-1 de água evaporada, e capacidade de secagem de 90 kg.h-1. Desse modo, na condução da secagem de frutos de café em um secador intermitente de fluxos contracorrentes é recomendado o ciclo operacional com tempos de movimentação de um minuto e o de parada de dezesseis minutos, e não empregar a câmara de descanso. Essa conclusão está fundamentada em índices de desempenho do secador. Ressalta-se que não foram simulados os impactos nos parâmetros de qualidade.

Estudo do transporte atmosférico de Mp10 e SO2 com os Modelos WRF/CMAQ em regiões costeiras urbanas

O objetivo principal deste trabalho foi o estudo do transporte atmosférico de PM10 e SO2 em regiões costeiras urbanas usando modelos WRF/CMAQ. Duas regiões foram contempladas neste estudo. Uma é a Região da Grande Vitória (RGV), no estado do Espírito Santo, Brasil; a outra é a Região da Grande Dunkerque (RGD), no Departamento Nord Pas-de-Calais, França. A RGV é cercada por uma cadeia de montanhas paralela à costa, resultando num topografia complexa e acidentada. Já a RGD possui uma topografia muito mais suave. As entradas de dados para os modelos WRF/CMAQ englobaram o inventário de emissões de poluentes atmosféricos do IEMA-ES para a RGV, e o inventário de emissões no nível do solo de Nord Pas-de-Calais denominado ―Cadastre_totaux_3km_A2008 _M2010_V2_SNAPN2‖ para a RGD. Ambos os inventários apresentaram restrições, todavia. O inventário da RGV apresentou valores de ressuspensão em vias de tráfego elevados, em comparação com diversos estudos, e teve esses dados modificados. Os dados no nível do solo e a grande área de das células da grade (9 km2) do inventário da RGD não permitiram resultados satisfatórios de modelagem. A validação dos modelos foi realizada por comparação com resultados obtidos em duas campanhas experimentais: uma na cidade de Dunkerque, no norte da França, em setembro de 2009; a outra na cidade de Vitória, no sudeste do Brasil, em julho de 2012. Esses dados foram obtidos pelo uso de sistemas de Light Detection and Ranging (LIDAR) e Sonic Detection and Ranging (SODAR), bem como de Estações Meteorológicas de Superfície (EMS) e de monitoramento atmosférico. Os resultados deste trabalho mostraram que: a) existe uma necessidade de melhorias contínuas nos inventários regionais de emissões, adaptando-os para condições locais específicas e focando na obtenção de parâmetros necessários para modelagem fotoquímica; b) os valores de módulo e direção das velocidades obtidas na modelagem meteorológica influenciam fortemente os resultados da modelagem de concentração de poluentes; c) a qualidade do ar tanto na RGV quanto na RGD merece atenção, sobretudo no que diz respeito às concentrações de MP10. De acordo com os dados das estações de monitoramento, a situação parece mais crítica na RGD; d) a modelagem da RGV apresentou resultados mais satisfatórios do que a da RGD, de acordo com os resultados das validações; e) a entrada da brisa do mar provocou alterações significativas na concentração dos poluentes, o que pôde ser observado na análise da dinâmica da dispersão de MP10 e SO2. Esse fenômeno foi mais marcante na RGV, onde a entrada da brisa marítima provocou um movimento oscilatório na pluma de poluição, levando-a para os bairros mais densamente povoados do conglomerado urbano. Na RGD, a entrada da brisa não foi cotidiana e, no dia em que ela aconteceu, houve uma alteração de quase 180º na direção do movimento da pluma de poluição. Além do aumento da turbulência vertical, o qual já foi estudado por diversos autores, este estudo focou também na influência brisa do mar na dinâmica da pluma de dispersão de poluentes atmosféricos em regiões costeiras.

Lime and fertilizer recommendation system for coconut trees

Fertilizer recommendation to most agricultural crops is based on response curves. Such curves are constructed from field experimental data, obtained for a particular condition and may not be reliable to be applied to other regions. The aim of this study was to develop a Lime and Fertilizer Recommendation System for Coconut Crop based on the nutritional balance. The System considers the expected productivity and plant nutrient use efficiency to estimate nutrient demand, and effective rooting layer, soil nutrient availability, as well as any other nutrient input to estimate the nutrient supply. Comparing the nutrient demand with the nutrient supply the System defines the nutrient balance. If the balance for a given nutrient is negative, lime and, or, fertilization is recommended. On the other hand, if the balance is positive, no lime or fertilizer is needed. For coconut trees, the fertilization regime is divided in three stages: fertilization at the planting spot, band fertilization and fertilization at the production phase. The data set for the development of the System for coconut trees was obtained from the literature. The recommendations generated by the System were compared to those derived from recommendation tables used for coconut crop in Brazil. The main differences between the two procedures were for the P rate applied in the planting hole, which was higher in the proposed System because the tables do not pay heed to the pit volume, whereas the N and K rates were lower. The crop demand for K is very high, and the rates recommended by the System are superior to the table recommendations for the formation and initial production stage. The fertilizer recommendations by the System are higher for the phase of coconut tree growth as compared to the production phase, because greater amount of biomass is produced in the first phase.