Analysis of Temperature and Pressure Changes in Liquefied Natural Gas (LNG) Cryogenic Tanks

Liquefied natural gas (LNG) is being developed as a transportation fuel for heavy vehicles such as trucks and transit buses, to lessen the dependency on oil and to reduce greenhouse gas emissions. The LNG stations are properly designed to prevent the venting of natural gas (NG) from LNG tanks, which can cause evaporative greenhouse gas emissions and result in fluctuations of fuel flow and changes of fuel composition. Boil-off is caused by the heat added into the LNG fuel during the storage and fueling. Heat can leak into the LNG fuel through the shell of tank during the storage and through hoses and dispensers during the fueling. Gas from tanks onboard vehicles, when returned to LNG tanks, can add additional heat into the LNG fuel. A thermodynamic and heat transfer model has been developed to analyze different mechanisms of heat leak into the LNG fuel. The evolving of properties and compositions of LNG fuel inside LNG tanks is simulated. The effect of a number of buses fueled each day on the possible total fuel loss rate has been analyzed. It is found that by increasing the number of buses, fueled each day, the total fuel loss rate can be reduced significantly. It is proposed that an electric generator be used to consume the boil-off gas or a liquefier be used to re-liquefy the boiloff gas to reduce the tank pressure and eliminate fuel losses. These approaches can prevent boil-off of natural gas emissions, and reduce the costs of LNG as transportation fuel.

Laser-Induced Particle Jet And Its Ignition Application In Premixed Combustible Gases

A hot particle jet is induced as a laser pulse from a free oscillated Nd:YAG laser focused on a coal target. The particle jet successfully initiates combustion in a premixed combustible gas consisting of hydrogen, oxygen, and air. The experiment reveals that the ionization of the particle jet is enhanced during the laser pulse. This characteristic is attributed to the electron cascade process and the ionization of the particles or molecules of the target. The initial free electrons, which are ablated from the coal target, are accelerated by the laser pulse through the inverse Bremsstrahlung process and then collide with the neutrals in the jet, causing the latter to be ionized.

Study on the Capacity Degradation of Bucket Foundation in Liquefied Sand Layer under Cyclic Loads

The capacity degradation of bucket foundation in liquefied sand layer under cyclic loads such as equivalent dynamic ice-induced loads is studied. A simplified numerical model of liquefied sand layer has been presented based on the dynamic centrifuge experiment results. The ice-induced dynamic loads are modeled as equivalent sine cyclic loads, the liquefaction degree in different position of sand layer and effects of main factors are investigated. Subsequently, the sand resistance is represented by uncoupled, non-linear sand springs which describe the sub-failure behavior of the local sand resistance as well as the peak capacity of bucket foundation under some failure criterion. The capacity of bucket foundation is determined in liquefied sand layer and the rule of capacity degradation is analyzed. The capacity degradation in liquefied sand layer is analyzed comparing with that in non-liquefied sand layer. The results show that the liquefaction degree is 0.9 at the top and is only 0.06 at the bottom of liquefied sand layer. The numerical results are agreement well with the centrifugal experimental results. The value of the degradation of bucket capacity is 12% in numerical simulating whereas it is 17% in centrifugal experiments.

I. Spectroscopic observation of discrete sites in simple liquids. II. Infrared intensity perturbations of hydrogen halide fundamentals in liquid xenon. III. Rotation of HCl in solid rare gases.

Part I

The spectrum of dissolved mercury atoms in simple liquids has been shown to be capable of revealing information concerning local structures in these liquids.

Part II

Infrared intensity perturbations in simple solutions have been shown to involve more detailed interaction than just dielectric polarization. No correlation has been found between frequency shifts and intensity enhancements.

Part III

Evidence for perturbed rotation of HCl in rare gas matrices has been found. The magnitude of the barrier to rotation is concluded to be of order of 30 cm^(-1).

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Stopping power of gases for heavy ions

Pulse-height and time-of-flight methods have been used to measure the electronic stopping cross sections for projectiles of ¹²C, ¹⁶O, ¹⁹F, ²³Na, ²⁴Mg, and ²⁷Al, slowing in helium, neon, argon, krypton, and xenon. The ion energies were in the range 185 keV ≤ E ≤ 2560 keV.

A semiempirical calculation of the electronic stopping cross section for projectiles with atomic numbers between 6 and 13 passing through the inert gases has been performed using a modification of the Firsov model. Using Hartree-Slater-Fock orbitals, and summing over the losses for the individual charge states of the projectiles, good agreement has been obtained with the experimental data. The main features of the stopping cross section seen in the data, such as the Z₁ oscillation and the variation of the velocity dependence on Z₁ and Z₂, are present in the calculation. The inclusion of a modified form of the Bethe-Bloch formula as an additional term allows the increase of the velocity dependence for projectile velocities above v_o to be reproduced in the calculation.

O Protocolo de Kyoto e o mercado de crédito de carbono: estudo de caso das emissões de gases de efeito estufa da fábrica de combustível nuclear pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil no ano de 2008

A presente dissertação discute as questões relacionadas à intensificação das mudanças climáticas por causas antrópicas conforme a evolução no uso dos recursos naturais, inovações nos processos produtivos, transformações econômicas, sociais, culturais, políticas e, especialmente ambientais. Aborda a comercialização dos créditos de carbono através de projetos de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), um dos mecanismos de flexibilização criados pelo Protocolo de Kyoto. No contexto de mudanças climáticas, uma matriz energética que utilize fontes de energia que não emitam gases causadores do efeito estufa (GEE) se mostra uma importante estratégia de desenvolvimento sustentável. Sob essa perspectiva, a energia nucleoelétrica é apresentada como uma alternativa viável aos combustíveis fósseis, considerando que esta é uma energia limpa e compatível com a perspectiva de desenvolvimento sustentável. A Fábrica de Combustível Nuclear (FCN), localizada em Resende (Rio de Janeiro), pertencente às Indústrias Nucleares do Brasil (INB), é um conjunto de sofisticadas fábricas nas quais se processam etapas importantes do ciclo do combustível nuclear. Na FCN, o Centro Zoobotânico realiza a gestão das atividades voltadas para a conservação da natureza tais como o Programa de Recuperação de Mata Ciliar, Reflorestamento e Fauna. O Relatório de inventário das emissões diretas e indiretas de GEE da FCN, elaborado pela INB para o ano de 2008, permite a auto-avaliação da empresa, retratando a preocupação corporativa com as questões relativas às mudanças climáticas. Segundo este Relatório, o total de emissões de GEE quantificado corresponde a 12,14% da capacidade total de sequestro de dióxido de carbono, no período de Janeiro a Dezembro de 2008. A proteção de florestas e a plantação de árvores são componentes essenciais de qualquer estratégia global para mitigação da mudança climática, e a participação da INB no mercado de crédito de carbono pode proporcionar externalidades positivas, tais como ganhos de imagem, adequação a padrões ambientais e melhoria do relacionamento com a sociedade.

The separation of atomic and molecular gases from helium by cataphoresis

The cataphoretic purification of helium was investigated for binary mixtures of He with Ar, Ne, N₂, O₂, CO, and CO₂ in DC glow discharge. An experimental technique was developed to continuously measure the composition in the anode end-bulb without sample withdrawal. Discharge currents ranged from 10 ma to 100 ma. Total gas pressure ranged from 2 torr to 9 torr. Initial compositions of the minority component in He ranged from 1.2 mole percent to 7.5 mole percent.

The cataphoretic separation of Ar and Ne from He was found to be in agreement with previous investigators. The cataphoretic separation of N₂, O₂, and CO from He was found to be similar to noble gas systems in that the steady-state separation improved with (1) increasing discharge current, (2) increasing gas pressure, and (3) decreasing initial composition of the minority component. In the He-CO₂ mixture, the CO₂ dissociated to CO plus O₂. The fraction of CO₂ dissociated was directly proportional to the current and pressure and independent of initial composition.

The experimental results for the separation of Ar, Ne, N₂, O₂, and CO from He were interpreted in the framework of a recently proposed theoretical model involving an electrostatic Peclet number. In the model the electric field was assumed to be constant. This assumption was checked experimentally and the maximum variation in electric field was 35% in time and 30% in position. Consequently, the assumption of constant electric field introduced no more than 55% variation in the electrostatic Peclet number during a separation.

To aid in the design of new cataphoretic systems, the following design criteria were developed and tested in detail: (1) electric field independent of discharge current, (2) electric field directly proportional to total pressure, (3) ion fraction of impurity directly proportional to discharge current, and (4) ion fraction of impurity independent of total pressure. Although these assumptions are approximate, they enabled the steady-state concentration profile to be predicted to within 25% for 75% of the data. The theoretical model was also tested with respect to the characteristic time associated with transient cataphoresis. Over 80% of the data was within a factor of two of the calculated characteristic times.

The electrostatic Peclet number ranged in value from 0.13 to 4.33. Back-calculated ion fractions of the impurity component ranged in value from 4.8x10^-6 to 178x10^-6.

Desenvolvimento de membranas de poli(éter imida) sultonada para a permeacão de gases

A busca por membranas com propriedades adequadas a separação de gases em escala industrial tem levado a modificação e sIntese de polImeros de engenharia, com objetivo de obter membranas com propriedades adequadas. Uma das modificaçoes que tem se apresentado promissora é a inserção de grupos sulfônicos em polImeros comerciais. Espera-se que o polImero sulfonado apresente um aumento na permeação de gases polares, em relação a gases apolares, devido a sua estrutura mais polar e flexIvel. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é a sIntese e caracterização de membranas de poli(éter imida) sulfonada para a permeação de gases. Um planejamento experimental foi desenvolvido, em diferentes condiçoes reacionais de temperatura, tempo e excesso de um dos reagentes (ácido acético), para a sIntese de poli(éter imida) sulfonada (SPEI). Através deste planejamento, constatou-se que as variáveis que mais influenciam o grau de sulfonação são a temperatura e o tempo. O polImero com o maior grau de sulfonação, determinado por capacidade de troca iônica (IEC= 92 mEq H+/g), foi utilizado para o preparo da membrana de SPEI, obtida pela técnica de inversão de fase por evaporação do solvente, utilizando-se clorofórmio como solvente. Este filme foi caracterizado a partir das seguintes análises: espectroscopia de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), a fim de avaliar a influência da inserção do grupo sulfônico na matriz polimérica. O espectro de infravermelho de SPEI apresentou bandas relacionadas as vibraçoes assimétricas em 1240 cm-1 (ligação O=S=O), ligação simétrica em 1171 cm-1 (O=S=O) e ligação S-O entre 1010-1024 cm-1. Isto indica a presença de grupos sulfônicos. A análise de DSC foi realizada entre 150-250C. Nesta faixa, não foram observadas alteraçoes na temperatura de transição vItrea (Tg) do polImero modificado (217C). Acredita-se que a decomposição do grupo sulfona aconteça antes da temperatura atingir o Tg do polImero. Esta suposição é confirmada na análise de TGA. As imagens de MEV mostraram que foram obtidos filmes livres de poros e defeitos. A membrana da SPEI foi utilizada no ensaio de permeaçao dos gases 02, N2 e C02, a fim de determinar a permeabilidade e seletividade da membrana. As permeabilidades encontradas para o gas oxigênio foram de 0,76 barrer para a PEI e 0,46 barrer para a SPEI. A seletividade do dióxido de carbono em relaçao ao oxigênio aumentou de 3,5, na membrana de PEI, para 4,83, na membrana de SPEI. Em relaçao ao nitrogênio, as permeabilidades medidas foram 0,064 barrer e 0,043 barrer, para a PEI e para a SPEI, respectivamente, enquanto a seletividade em relaçao ao C02 aumentou de 41,1 para 55,5. Estes resultados indicam que o efeito de sorçao predominou devido ao aumento das interaçöes moleculares, reduzindo assim o volume livre, o que tornou a membrana sulfonada mais compacta, com permeabilidade menor e maior seletividade. Estes resultados corroboram com a premissa de que a sulfonaçao é um processo promissor para o desenvolvimento de membranas mais eficientes.