Desenvolvimento de um sistema computacional integrado para monitoramento de parâmetros físico-químicos da água e análise óptica de gotejadores

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo hidrodinâmico quali-quantitativo de uma unidade de flotação por ar dissolvido (FAD): o efeito do dispositivo de coleta de água flotada

The main article aim was to investigate the collecting system of a dissolved air flotation (DAF) unit in pilot scale. Referring to the collecting system position, two options were analyzed: (i) top manifold and (ii) bottom manifold, pipes or plates. Qualitative and quantitative essays were performed, as image and stimulusresponse tests, respectively. The results of the essays standardized were adjusted by N-continuous stirred tank reactors in series and theoretical models of dispersion (low and high). The bottom manifold (plates with orifices) was more appropriate. The results pointed out that the N-continuous stirred tank reactors in series model was more adequate to describe the hydrodynamic behavior of the DAF unit.

Estudo fenomenológico e numérico do escoamento estratificado óleo-água ondulado e com mistura na interface

Escoamentos bifásicos estão presentes em diversos processos naturais e industriais, como na indústria de petróleo. Podem apresentar-se em diferentes configurações topológicas, ou, padrões de escoamento, entre eles o escoamento estratificado ondulado e o estratificado com mistura na interface. Os escoamentos bifásicos estratificados óleo-água têm sido utilizados como uma forma conveniente de evitar a formação de emulsões de água em óleo em oleodutos e possuem uma ocorrência comum em poços de petróleo direcionais. Quando a onda interfacial ultrapassa determinado limite geométrico e cinemático, surge o fenômeno do entranhamento de gotas, representado por misturas entre as fases junto à interface que promovem um aumento na queda de pressão. Modelos têm sido apresentados pela literatura na tentativa de descrever o fenômeno do entranhamento de gotas. Neste trabalho é apresentada uma nova proposta de modelagem matemática unidimensional para o entranhamento de gotas com o objetivo de melhorar a previsão dos parâmetros envolvidos, em especial, da fração volumétrica de óleo e da queda de pressão bifásica. Também foi utilizada simulação numérica computacional, CFD (Computational Fluid Dynamics), com o uso de software comercial para obtenção dos valores dos parâmetros do escoamento estratificado ondulado óleo-água (fração volumétrica de óleo, queda de pressão, amplitude e comprimento da onda interfacial). Os resultados da modelagem fenomenológica para entranhamento e os de CFD foram comparados com bancos de dados experimentais. Os resultados em CFD mostram concordância com os resultados experimentais, tanto na análise qualitativa das propriedades geométricas das ondas interfaciais, quanto na comparação direta com os dados para fração volumétrica e queda de pressão. Os resultados numéricos da modelagem fenomenológica para fatores de entranhamento apresentam boa concordância com dados da literatura.

Estudo experimental sobre o comportamento do escoamento bifásico água - ar para a medição de vazão em placa de orifício

The measurement of flow through the prediction of differential pressure is widely used in industrial day-to-day, this happens mainly due to the fact that it is used for various types of fluids, such as gas flow and liquid with viscosity distinct even flow of fluids with particles in suspension. The suitability of this equipment for measuring mass flow in two-phase flow is of paramount importance for technological development and reliability of results. When it comes to two-phase flow the relationship between the fluids and their interactions are of paramount importance in predicting the flow. In this paper, we propose the use of concentric orifice plate used in small diameter pipes of 25.4 mm order where a two-phase flow flows between water-air. The measurement of single-phase flow was made with the use of data in NBR 5167-1 which was used to Stolz equation for measuring discharge coefficient. In the two-phase flow was used two correlations widely used in the prognosis of mass flow, the pattern of Zhang (1992) and the model of Chisholm (1967), to the homogeneous flow model. It was observed that the behavior found in Zhang model are consistent more realistic way the mass flow of two-phase flow, since the model Chisholm extrapolate the parameters for the downstream pressure P2, the orifice plate, and the rated discharge coefficient. The use of the change in pressure drop P1-P2 and discharge coefficient, led to a better convergence of the values obtained for the two-phase air-water stream.

EFFECT OF PLUME DYNAMICS FOR HEAT TRANSFER ENHANCEMENT AT SOLID-LIQUID INTERFACE

The present paper analyzes the effects of plumes for heat transfer enhancement at solid-liquid interface taking both smooth and grooved surfaces. The experimental setup consists of a tank of dimensions 265 x 265 x 300 (height) containing water. The bottom surface was heated and free surface of the water was left open to the ambient. In the experiments, the bottom plate had either a smooth surface or a grooved surface. We used 90 V-grooved rough surfaces with two groove heights, 10mm and 3mm. The experiment was done with water layer depths of 90mm and 140mm, corresponding to values of aspect ratio(AR) equal to 2.9 and 1.8 respectively. Thymol blue, a pH sensitive dye, was used to visualize the flow near the heated plate. The measured heat transfer coefficients over the grooved surfaces were higher compared that over the smooth surface. The enhanced heat transport in the rough cavities cannot be ascribed to the increase in the contact area, rather it must be the local dynamics of the thermal boundary layer that changes the heat transport over the rough surface.

Aplicação da técnica simulated annealing na investigação da ciclagem de nitrogênio na inteface água-sedimento

Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras.

Estudo do equilíbrio líquido-líquido e da estabilidade de sistemas envolvendo biodiesel, álcoois e água

O estudo da estabilidade de emulsões de biocombustíveis destaca-se, dentre outros aspectos, pela necessidade de identificação das características destas. Esta necessidade reforça-se pela dificuldade de detecção de biodiesel e suas misturas quando estão fora de especificação, além de se aplicar aos processos de separação e purificação do biodiesel após a transesterificação. O entendimento deste problema poderá ser alcançado a partir de estudos de estabilidade associados aos modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido-líquido (modelo NRTL) em sistemas ternários, que serão a base da modelagem proposta neste trabalho. O levantamento de dados envolve técnicas de observação direta em titulação, e ensaios de estabilidade e tensiometria, com algumas alterações das técnicas clássicas. Desta forma, o objetivo principal do trabalho é propor uma maneira de identificar e caracterizar as interfaces das emulsões formadas e estudar a estabilidade das fases envolvidas. Além disso, estuda-se a introdução de alcoóis como agentes tensoativos para viabilizar a utilização de misturas de combustíveis, mesmo na região de mais de uma fase. Para o desenvolvimento do trabalho, emulsões envolvendo os constituintes básicos serão combinadas entre si em diferentes proporções. A etapa inicial constitui-se de um mapeamento das misturas e proporções que formam as emulsões, baseadas nas curvas de equilíbrio. Em seguida, faz-se o estudo de caracterização e estabilidade destes sistemas. Com estas informações é possível mapear o sentido de incremento de tensão na interface e instabilidade da separação de fases das emulsões em relação aos diagramas ternários correspondentes. Por fim, propõe-se uma estratégia para estimar os parâmetros termodinâmicos do NRTL para as espécies presentes nos sistemas estudados e prever o comportamento dos mesmos e de sistemas similares. Este modelo matemático proposto tem como objetivo complementar a técnica experimental adotada para construção das curvas de equilíbrio, sendo bem sucedido

Análise tribológica na interface aço carbono SAE 1020 e poliamida 11 em sistemas de deslizamento automotivos

Sistemas deslizantes com interface formada com aços baixa liga e polímeros variados são vastamente utilizados na indústria automotiva em sistemas de transmissão de torque submetidas à carregamento axial. Geralmente esses sistemas são acoplados aos sistemas de direção e interagem quase diretamente com o usuário final do veículo. Para conhecer as condições de desgaste mais severas as quais esses sistemas são submetidos e tentar minimiza-las, foi proposta a análise tribológica, em tribômetro do tipo pino-no-disco, da interface aço SAE 1020 com poliamida 11 em água destilada, solução aquosa com 5% em massa de cloreto de sódio e solução aquosa com 184,21 g/l. de areia natural, de acordo com as normas técnicas automotivas VW PV1210:2010-02 e VW PV2982:2013-07. Os ensaios foram realizados em frequências de 3,0 Hz e 1,5 Hz com quantidade fixada em 10.000 ciclos de rotação. O potencial de corrosão em circuito aberto foi monitorado ao longo dos ensaios e a taxa de desgaste foi calculada. Foram evidenciados maiores coeficientes de atrito, maiores taxas de desgaste e maiores amplitudes de potencial de corrosão nas amostras ensaiadas em solução de areia; com valores mais brandos para as amostras ensaiadas em água destilada e valores intermediários para as amostras ensaiadas em solução de cloreto de sódio.

Atomic layer deposition of interface control layers for the fabrication of III/V MOS devices

The continued advancement of metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) technology has shifted the focus from Si/SiO2 transistors towards high-κ/III-V transistors for high performance, faster devices. This has been necessary due to the limitations associated with the scaling of the SiO2 thickness below ~1 nm and the associated increased leakage current due to direct electron tunnelling through the gate oxide. The use of these materials exhibiting lower effective charge carrier mass in conjunction with the use of a high-κ gate oxide allows for the continuation of device scaling and increases in the associated MOSFET device performance. The high-κ/III-V interface is a critical challenge to the integration of high-κ dielectrics on III-V channels. The interfacial chemistry of the high-κ/III-V system is more complex than Si, due to the nature of the multitude of potential native oxide chemistries at the surface with the resultant interfacial layer showing poor electrical insulating properties when high-κ dielectrics are deposited directly on these oxides. It is necessary to ensure that a good quality interface is formed in order to reduce leakage and interface state defect density to maximise channel mobility and reduce variability and power dissipation. In this work, the ALD growth of aluminium oxide (Al2O3) and hafnium oxide (HfO2) after various surface pre-treatments was carried out, with the aim of improving the high-κ/III-V interface by reducing the Dit – the density of interface defects caused by imperfections such as dangling bonds, dimers and other unsatisfied bonds at the interfaces of materials. A brief investigation was performed into the structural and electrical properties of Al2O3 films deposited on In0.53Ga0.47As at 200 and 300oC via a novel amidinate precursor. Samples were determined to experience a severe nucleation delay when deposited directly on native oxides, leading to diminished functionality as a gate insulator due to largely reduced growth per cycle. Aluminium oxide MOS capacitors were prepared by ALD and the electrical characteristics of GaAs, In0.53Ga0.47As and InP capacitors which had been exposed to pre-pulse treatments from triethyl gallium and trimethyl indium were examined, to determine if self-cleaning reactions similar to those of trimethyl aluminium occur for other alkyl precursors. An improved C-V characteristic was observed for GaAs devices indicating an improved interface possibly indicating an improvement of the surface upon pre-pulsing with TEG, conversely degraded electrical characteristics observed for In0.53Ga0.47As and InP MOS devices after pre-treatment with triethyl gallium and trimethyl indium respectively. The electrical characteristics of Al2O3/In0.53Ga0.47As MOS capacitors after in-situ H2/Ar plasma treatment or in-situ ammonium sulphide passivation were investigated and estimates of interface Dit calculated. The use of plasma reduced the amount of interface defects as evidenced in the improved C-V characteristics. Samples treated with ammonium sulphide in the ALD chamber were found to display no significant improvement of the high-κ/III-V interface. HfO2 MOS capacitors were fabricated using two different precursors comparing the industry standard hafnium chloride process with deposition from amide precursors incorporating a ~1nm interface control layer of aluminium oxide and the structural and electrical properties investigated. Capacitors furnished from the chloride process exhibited lower hysteresis and improved C-V characteristics as compared to that of hafnium dioxide grown from an amide precursor, an indication that no etching of the film takes place using the chloride precursor in conjunction with a 1nm interlayer. Optimisation of the amide process was carried out and scaled samples electrically characterised in order to determine if reduced bilayer structures display improved electrical characteristics. Samples were determined to exhibit good electrical characteristics with a low midgap Dit indicative of an unpinned Fermi level

Guía de las aves silvestres de las Facultades de Agronomía y de Ciencias Veterinarias de la Universidad de Buenos Aires

p.191-216

Guía para autores de manuscritos de libros a publicar en la editorial Facultad de Agronomía (EFA)

p.71-82

Desempenho da flotação por ar dissolvido na remoção de cianobactérias de diferentes morfologias

A presença de cianobactérias em reservatórios utilizados para produção de água para consumo humano representa um elevado risco para a saúde pública. Estes organismos contribuem para a redução da qualidade da água e têm a capacidade de produzir cianotoxinas que podem afectar a saúde humana e animal. Existem casos em todo o mundo de intoxicação letal de diversos animais por consumo de água de lagos contaminados com cianobactérias, e mesmo casos de morte de humanos, atribuídas à exposição de cianotoxinas. De modo a fazer face a este crescente problema é necessário desenvolver e implementar tecnologias de tratamento de água nas ETA que permitam fazer face a uma florescência de cianobactérias num reservatório de água destinado ao abastecimento humano. Neste trabalho avaliou-se a capacidade do processo C/F/DAF na remoção cianobactérias de diferentes morfologias, células e colónias de M. aeruginosa e filamentos de P. rubescens, em águas sintéticas hidrofóbicas e hidrofílicas, com concentração de DOC moderada e moderada/elevada. Assim como da sequência C/F/DAF→NF na remoção de células e de toxinas de cianobactérias. A remoção de NOM e o seu efeito na remoção de cianobactérias foram também avaliados. Concluiu-se que o processo C/F/DAF é eficiente na remoção de cianobactérias de diferentes morfologias, com remoções entre 78 e 100% de MC intra. No entanto, a morfologia que apresentou remoções mais elevadas foram os filamentos, enquanto as colónias apresentaram valores mais baixos. Globalmente, verificou-se que o aumento da concentração de NOM facilita a remoção de cianobactérias, sendo que as águas hidrofóbicas apresentaram-se mais fáceis de tratar por C/F/DAF. Por sua vez, o tratamento C/F/DAF→NF, é uma opção eficiente para fazer face a um eventual bloom de cianobactérias em ETA, uma vez que a remoção de cianobactérias (em MC intra e chl_a) foi de 100% e a remoção de microcistina extracelular de 95%, aproximadamente.

Avaliação do desempenho energético e da qualidade do ar de uma piscina coberta

Este trabalho teve como propósito fazer uma avaliação do desempenho energético e da qualidade do ar no interior das instalações de uma Piscina Municipal Coberta, localizada na zona norte de Portugal, sendo estabelecidos os seguintes objetivos: caracterização geral da piscina, no que respeita aos seus diferentes espaços e equipamentos, cálculo dos consumos térmicos e elétricos bem como o registo das concentrações de elementos poluentes para controlo da qualidade do ar no interior da piscina, tendo como base a legislação atualmente em vigor. A caracterização geral da piscina permitiu verificar algumas inconformidades como a temperatura da água nos tanques de natação que tem valores superiores aos recomendados e a sala de primeiros socorros que não possui acesso direto ao exterior. Acrescente-se que o pavimento nos chuveiros da casa de banho feminina e os valores de pH para água do tanque grande e pequeno não estão sempre dentro da gama de recomendação. O caudal da renovação de ar está a ser operado manualmente e quando está a funcionar a 50% da sua capacidade máxima, que acontece numa parte do dia, apenas consegue renovar 77,5% do caudal recomendado pelo RSECE. Para se obter o valor recomendado é necessário ter pelo menos 7 horas com o caudal a 100% da capacidade máxima. A avaria na UTA2 originou que 40% dos registos diários da humidade relativa interior estivessem fora da gama de valores recomendados e que esta é fortemente dependente da humidade no exterior e pode ser agravada quando as portas dos envidraçados da nave são abertas. Analisando ainda a quantidade de água removida na desumidificação do ar com a água evaporada em condições de Outono-Inverno ou Primavera-Verão, este estudo permitiu concluir que todas as combinações demonstraram a necessidade de desumidificação salvo a combinação Outono-Inverno e UTA2 a funcionar a 100% da sua capacidade máxima. Os isolamentos das tubagens na sala das caldeiras foram observados e comparados com as soluções recomendadas pelas empresas especialistas e verificou-se que alguns estão mal colocados com parcial ou total degradação, promovendo perdas térmicas. No caso das perdas calorificas por evaporação, estas representaram cerca de 67,78% das perdas totais. Como tal, estudou-se a aplicação de uma cobertura sobre o plano de água durante o período de inatividade da piscina (8 horas) e verificou-se que o resultado seria uma poupança de 654,8 kWh/dia, na ausência de evaporação da água, mais 88,00 kWh/dia do período da UTA2 a funcionar a 50% da sua capacidade, perfazendo um total de 742,8 kWh/dia. A aplicação da cobertura permite obter um VAL de valor positivo, uma TIR de 22,77% e sendo este valor superior ao WACC (Weight Average Cost of Capital), o projeto torna-se viável com um Pay-Back de 3,17 anos. Caracterizou-se também o consumo total diário em eletricidade, e verificou-se que as unidades de climatização, as bombas de circulação de água, a iluminação, e outros equipamentos representam, respetivamente, cerca de 67,81, 25,26, 2,68 e 3,91% da energia elétrica total consumida. Por fim, a análise à qualidade do ar no interior da nave em Maio e Setembro identificou que as concentrações de ozono apresentavam valores no limite do aceitável em Maio e superiores ao valor de emissão em Setembro. Os compostos orgânicos voláteis também apresentavam valores em Maio 4,98 vezes superior e em Setembro 6,87 vezes superior aos valores máximos exigidos pelo D.L. nº 79/2006. Houve ainda altas concentrações de radão registadas na casa dos filtros, em Maio com um valor 11,49 vezes superior, no entanto esse valor desceu em Setembro para 1,08 vezes, mesmo assim superior ao exigido pelo D.L. nº 79/2006.

Modelagem e simulação da dinâmica do arrastamento por ar

Os compostos orgânicos voláteis constituem uma fonte vulgar de contaminação da água subterrânea, a qual pode ser eliminada pela tecnologia do arrastamento por ar (air stripping) em colunas com enchimento desordenado e utilizando fluxos das fases em contra-corrente. Propõe-se neste trabalho uma nova metodologia de dimensionamento destas colunas, para qualquer tipo de enchimento e de contaminante, onde não há necessidade de se arbitrar nenhum diâmetro, onde se evita o recurso a ábacos experimentais e onde o regime hidráulico conveniente é seleccionado à partida. O procedimento proposto foi algoritmizado e convertido num programa em linguagem C++. Para verificar e testar não só o dimensionamento mas também o comportamento teórico estacionário e dinâmico construiu-se de raiz uma coluna experimental. Seleccionou-se como contaminante uma solução de clorofórmio em água destilada. A experimentação permite, ainda, corrigir o coeficiente de transferência de massa global teórico estimado pelas correlações de Onda e que depende de inúmeros parâmetros nem sempre controláveis experimentalmente. Apresenta-se, em seguida, um modelo original de simulação dinâmica do comportamento da coluna e que é constituído por um sistema de equações diferenciais não lineares (parâmetros distribuidos). No entanto, se os débitos forem arbitrados como constantes, o sistema passa a ser linear apesar de não possuir solução analítica evidente (p.e. por transformações integrais). A discretização por diferenças finitas permitiu superar estas dificuldades. Existe uma notável concordância entre os valores experimentais e os previstos no modelo.