Mathematical modelling of supercritical CO2 extraction of volatile oils from aromatic plants

The modelling of the experimental data of the extraction of the volatile oil from six aromatic plants (coriander, fennel, savoury, winter savoury, cotton lavender and thyme) was performed using five mathematical models, based on differential mass balances. In all cases the extraction was internal diffusion controlled and the internal mass transfer coefficienty (k(s)) have been found to change with pressure, temperature and particle size. For fennel, savoury and cotton lavender, the external mass transfer and the equilibrium phase also influenced the second extraction period, since k(s) changed with the tested flow rates. In general, the axial dispersion coefficient could be neglected for the conditions studied, since Peclet numbers were high. On the other hand, the solute-matrix interaction had to be considered in order to ensure a satisfactory description of the experimental data.

Projecto de entreposto frigorífico a R-744/R-717 para produtos congelados

Pretende-se com este trabalho de Projecto de Mestrado conceber uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados e estudar um sistema frigorífico com dois fluidos frigorigénios que serão o CO2 (R-744) e o NH3 (R-717) O trabalho inicia-se com a definição dos objectivos principais para o projecto de um sistema frigorífico deste tipo. Após a definição dos objectivos, o projecto propõe um estudo termodinâmico do CO2 (R-744) como fluido frigorigénio, definindo se o seu historial de utilização, características principais, diagrama pressão-entalpia com a distinção das diversas fases do fluído, comparação em diversos parâmetros com outros fluidos, o porquê da utilização deste fluído, problemas comuns em sistemas com a presença deste fluído, entre outros parâmetros de estudo. De seguida será feito o dimensionamento de uma câmara frigorífica de 20000 m3 para armazenar produtos congelados paletizados através de um balanço térmico manual e um balanço térmico informático através do programa da Centauro comparando no final o resultado dos dois métodos. Será feito uma descrição das características básicas da câmara frigorífica com um esquema simples do edifício. Será abordado de seguida o sistema frigorífico a CO2 (R-744) e a NH3 (R-717) nas suas diversas características, nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção de equipamento. Procede-se assim também ao estudo um sistema apenas a NH3 (R-717) com as suas diversas características nomeadamente no cálculo de caudais, diagrama pressão-entalpia, dimensionamento de tubagens e finalmente selecção dos equipamentos mais importantes, para que desta forma se proceda à comparação dos dois sistemas a nível energético, consumo eléctrico e manutenção de equipamentos. Finalmente proceder-se-á interpretação de resultados com o objectivo final de escolher a melhor solução nos vários parâmetros de comparação, para o esquema em questão.

Cr2O3 thin films grown at room temperature by low pressure laser chemical vapour deposition

Chromia (Cr2O3) has been extensively explored for the purpose of developing widespread industrial applications, owing to the convergence of a variety of mechanical, physical and chemical properties in one single oxide material. Various methods have been used for large area synthesis of Cr2O3 films. However, for selective area growth and growth on thermally sensitive materials, laser-assisted chemical vapour deposition (LCVD) can be applied advantageously. Here we report on the growth of single layers of pure Cr2O3 onto sapphire substrates at room temperature by low pressure photolytic LCVD, using UV laser radiation and Cr(CO)(6) as chromium precursor. The feasibility of the LCVD technique to access selective area deposition of chromia thin films is demonstrated. Best results were obtained for a laser fluence of 120 mJ cm(-2) and a partial pressure ratio of O-2 to Cr(CO)(6) of 1.0. Samples grown with these experimental parameters are polycrystalline and their microstructure is characterised by a high density of particles whose size follows a lognormal distribution. Deposition rates of 0.1 nm s(-1) and mean particle sizes of 1.85 mu m were measured for these films. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of the number of shells on the pressure and energy of two-dimensional free bubble clusters

We have performed Surface Evolver simulations of two-dimensional hexagonal bubble clusters consisting of a central bubble of area lambda surrounded by s shells or layers of bubbles of unit area. Clusters of up to twenty layers have been simulated, with lambda varying between 0.01 and 100. In monodisperse clusters (i.e., for lambda = 1) [M.A. Fortes, F Morgan, M. Fatima Vaz, Philos. Mag. Lett. 87 (2007) 561] both the average pressure of the entire Cluster and the pressure in the central bubble are decreasing functions of s and approach 0.9306 for very large s, which is the pressure in a bubble of an infinite monodisperse honeycomb foam. Here we address the effect of changing the central bubble area lambda. For small lambda the pressure in the central bubble and the average pressure were both found to decrease with s, as in monodisperse clusters. However, for large,, the pressure in the central bubble and the average pressure increase with s. The average pressure of large clusters was found to be independent of lambda and to approach 0.9306 asymptotically. We have also determined the cluster surface energies given by the equation of equilibrium for the total energy in terms of the area and the pressure in each bubble. When the pressures in the bubbles are not available, an approximate equation derived by Vaz et al. [M. Fatima Vaz, M.A. Fortes, F. Graner, Philos. Mag. Lett. 82 (2002) 575] was shown to provide good estimations for the cluster energy provided the bubble area distribution is narrow. This approach does not take cluster topology into account. Using this approximate equation, we find a good correlation between Surface Evolver Simulations and the estimated Values of energies and pressures. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bioconversion of D-glucose into D-glucosone by Glucose 2-oxidase from Coriolus versicolor at Moderate Pressures

Glucose 2-oxidase (pyranose oxidase, pyranose: oxygen-2-oxidoreductase, EC 1.1.3.10) from Coriolus versicolor catalyses the oxidation of D-glucose at carbon 2 in the presence of molecular O(2) producing D-glucosone (2-keto-glucose and D-arabino-2-hexosulose) and H(2)O(2). It was used to convert D-glucose into D-glucosone at moderate pressures (i.e. up to 150 bar) with compressed air in a modified commercial batch reactor. Several parameters affecting biocatalysis at moderate pressures were investigated as follows: pressure, [enzyme], [glucose], pH, temperature, nature of fluid and the presence of catalase. Glucose 2-oxidase was purified by immobilized metal affinity chromatography on epoxy-activated Sepharose 6B-IDA-Cu(II) column at pH 6.0. The rate of bioconversion of D-glucose increased with the pressure since an increase in the pressure with compressed air resulted in higher rates of conversion. On the other hand, the presence of catalase increased the rate of reaction which strongly suggests that H(2)O(2) acted as inhibitor for this reaction. The rate of bioconversion of D-glucose by glucose 2-oxidase in the presence of either nitrogen or supercritical CO(2) at 110 bar was very low compared with the use of compressed air at the same pressure. The optimum temperature (55 degrees C) and pH (5.0) of D-glucose bioconversion as well as kinetic parameters for this enzyme were determined under moderate pressure. The activation energy (E(a)) was 32.08 kJmol(-1) and kinetic parameters (V(max), K(m), K(cat) and K(cat)/K(m)) for this bioconversion were 8.8 Umg(-1) protein, 2.95 mM, 30.81 s(-1) and 10,444.06 s(-1)M(-1), respectively. The biomass of C. versicolor as well as the cell-free extract containing glucose 2-oxidase activity were also useful for bioconversion of D-glucose at moderate pressures. The enzyme was apparently stable at moderate pressures since such pressures did not affect significantly the enzyme activity.

Force and pressure analysis during occasional loaded gait

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The immediate effects of atlanto-occipital joint manipulation and suboccipital muscle inhibition technique on active mouth opening and pressure pain sensitivity over latent myofascial trigger points in the masticatory muscles

DESIGN: A randomized controlled trial.OB JECTIVE: To investigate the immediate effects on pressure pain thresholds over latent trigger points (TrPs) in the masseter and temporalis muscles and active mouth opening following atlanto-occipital joint thrust manipulation or a soft tissue manual intervention targeted to the suboccipital muscles. BACKGROUND : Previous studies have described hypoalgesic effects of neck manipulative interventions over TrPs in the cervical musculature. There is a lack of studies analyzing these mechanisms over TrPs of muscles innervated by the trigeminal nerve. METHODS: One hundred twenty-two volunteers, 31 men and 91 women, between the ages of 18 and 30 years, with latent TrPs in the masseter muscle, were randomly divided into 3 groups: a manipulative group who received an atlanto-occipital joint thrust, a soft tissue group who received an inhibition technique over the suboccipital muscles, and a control group who did not receive an intervention. Pressure pain thresholds over latent TrPs in the masseter and temporalis muscles, and active mouth opening were assessed pretreatment and 2 minutes posttreatment by a blinded assessor. Mixed-model analyses of variance (ANOVA) were used to examine the effects of interventions on each outcome, with group as the between-subjects variable and time as the within-subjects variable. The primary analysis was the group-by-time interaction. RESULTS: The 2-by-3 mixed-model ANOVA revealed a significant group-by-time interaction for changes in pressure pain thresholds over masseter (P<.01) and temporalis (P =.003) muscle latent TrPs and also for active mouth opening (P<.001) in favor of the manipulative and soft tissue groups. Between-group effect sizes were small. CONCLUSIONS: The application of an atlanto-occipital thrust manipulation or soft tissue technique targeted to the suboccipital muscles led to an immediate increase in pressure pain thresholds over latent TrPs in the masseter and temporalis muscles and an increase in maximum active mouth opening. Nevertheless, the effects of both interventions were small and future studies are required to elucidate the clinical relevance of these changes. LEVEL OF EVIDENCE : Therapy, level 1b. J Orthop Sports Phys Ther 2010;40(5):310-317. doi:10.2519/jospt.2010.3257. KEYWORDSDS: cervical manipulation, muscle trigger points, neck, TMJ, upper cervical.

Phase diagrams of binary mixtures of patchy colloids with distinct numbers and types of patches: Theempty fluid regime

We investigate the effect of distinct bonding energies on the onset of criticality of low functionality fluid mixtures. We focus on mixtures ofparticles with two and three patches as this includes the mixture where "empty" fluids were originally reported. In addition to the number of patches, thespecies differ in the type of patches or bonding sites. For simplicity, we consider that the patches on each species are identical: one species has threepatches of type A and the other has two patches of type B. We have found a rich phase behavior with closed miscibility gaps, liquid-liquid demixing, and negative azeotropes. Liquid-liquid demixing was found to pre-empt the "empty" fluid regime, of these mixtures, when the AB bonds are weaker than the AA or BB bonds. By contrast, mixtures in this class exhibit "empty" fluid behavior when the AB bonds are stronger than at least one of the other two. Mixtureswith bonding energies epsilon(BB) = epsilon(AB) and epsilon(AA) < epsilon(BB), were found to exhibit an unusual negative azeotrope. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3561396]

Solubility of Ethene in Water and in a Medium for the Cultivation of a Bacterial Strain

The solubility of ethene in water and in the fermentation medium of Xanthobacter Py(2) was determined with a Ben-Naim-Baer type apparatus. The solubility measurements were carried out in the temperature range of (293.15 to 323.15) K and at atmospheric pressure with a precision of about +/- 0.3 %. The Ostwald coefficients, the mole fractions of the dissolved ethene, at the gas partial pressure of 101.325 kPa, and the Henry coefficients, at the water vapor pressure, were calculated using accurate thermodynamic relations. A comparison between the solubility of ethene in water and in the cultivation medium has shown that this gas is about 2.4 % more soluble in pure water. On the other hand, from the solubility temperature dependence, the Gibbs energy, enthalpy, and entropy changes for the process of transferring the solute from the gaseous phase to the liquid solutions were also determined. Moreover, the perturbed-chain statistical associating fluid theory equation of state (PC-SAFT EOS) model was used for the prediction of the solubility of ethene in water. New parameters, k(ij), are proposed for this system, and it was found that using a ky temperature-dependent PC-SAFT EOS describes more accurately the behavior solubilities of ethene in water at 101.325 kPa, improving the deviations to 1 %.

Solubility of red 153 and blue 1 in supercritical carbon dioxide

Solubilities of red 153, (3-[[4-[[5,6(or 6,7)-dichloro-2-benzothiazolyl]azo]phenyl]ethylamino]propanenitrile), an azo compound, and disperse blue1 (1,4,5,8-tetraaminoantraquinone) in supercritical carbon dioxide (SC CO(2)) were measured at T = (333.2 to 393.2) K over the pressure range (12.0 to 40.0) MPa by a flow type apparatus. The solubility of red 153 (0.985. 10(-6) to 37.2. 10(-6)) in the overall region of measurements is found to be significantly higher than that of disperse blue 1 (1.12.10(-7) to 4.89.10(-7)). The solubility behavior of disperse red 153 follows the general solubility trend displayed by disperse dyes with a crossover pressure at about 20 MPa. On the other hand, blue 1, which is a disperse anthraquinone dye, exhibits unexpected behavior not recorded previously there is no crossover pressure at the temperature and pressure ranges studied, and the dye's solubility at T = 333.2 K practically does not increase with pressure. To the best of our knowledge, there are no previous measurements of blue 1 solubility in SC CO(2) reported in the literature. The experimental data were correlated by using the Soave Redlich Kwong equation of state (EoS) with the one-fluid van der Waals mixing rule, and an acceptable correlation of the solubility data for both dyes was obtained.

Phase growth control in low temperature PLD Co: TiO2 films by pressure

This paper reports on the structural and optical properties of Co-doped TiO2 thin films grown onto (0001)Al2O3 substrates by non-reactive pulsed laser deposition (PLD) using argon as buffer gas. It is shown that by keeping constant the substrate temperature at as low as 310 degrees C and varying only the background gas pressure between 7 Pa and 70 Pa, it is possible to grow either epitaxial rutile or pure anatase thin films, as well as films with a mixture of both polymorphs. The optical band gaps of the films are red shifted in comparison with the values usually reported for undoped TiO2, which is consistent with n-type doping of the TiO2 matrix. Such band gap red shift brings the absorption edge of the Co-doped TiO2 films into the visible region, which might favour their photocatalytic activity. Furthermore, the band gap red shift depends on the films' phase composition, increasing with the increase of the Urbach energy for increasing rutile content. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Branching points in the low-temperature dipolar hard sphere fluid

In this contribution, we investigate the low-temperature, low-density behaviour of dipolar hard-sphere (DHS) particles, i.e., hard spheres with dipoles embedded in their centre. We aim at describing the DHS fluid in terms of a network of chains and rings (the fundamental clusters) held together by branching points (defects) of different nature. We first introduce a systematic way of classifying inter-cluster connections according to their topology, and then employ this classification to analyse the geometric and thermodynamic properties of each class of defects, as extracted from state-of-the-art equilibrium Monte Carlo simulations. By computing the average density and energetic cost of each defect class, we find that the relevant contribution to inter-cluster interactions is indeed provided by (rare) three-way junctions and by four-way junctions arising from parallel or anti-parallel locally linear aggregates. All other (numerous) defects are either intra-cluster or associated to low cluster-cluster interaction energies, suggesting that these defects do not play a significant part in the thermodynamic description of the self-assembly processes of dipolar hard spheres. (C) 2013 AIP Publishing LLC.

Coletores de distribuição e sua otimização hidráulica, aplicados a uma instalação de produção de água arrefecida em sistemas de AVAC ( Fórum Picoas)

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Recuperação de calor dos efluentes da tinturaria

Foram utilizados como elemento principal de estudo, os efluentes líquidos dos processos industriais da ENDUTEX, Tinturaria e Acabamento de Malhas, S. A. localizada no município de Caldas de Vizela, distrito de Braga. O estudo foi realizado na empresa devido ao interesse da mesma em poder reaproveitar o calor libertado nos efluentes para aquecimento de parte da água captada no rio de Vizela. O objectivo do trabalho consiste no dimensionamento de um permutador de calor que permita satisfazer o interesse da empresa, assim como, um estudo económico relativo aos custos envolventes. Com o intuito de concretizar os objectivos propostos foram realizadas visitas semanais à empresa para se proceder ao levantamento de dados e para a realização de amostragens do efluente para posterior caracterização. Depois de efectuado o dimensionamento do permutador de placas para diferentes caudais e temperaturas dos fluidos, frio (água do rio) e quente (efluentes), concluiu-se que as condições mais rentáveis correspondiam a um caudal de fluido frio de 17 m3/h em que a temperatura de entrada e de saída no permutador seria de 14 ºC e 48 ºC, respectivamente. O caudal de fluido quente seria de 20 m3/h, sendo a temperatura de entrada e de saída no permutador de 62 ºC e 33,1 ºC, respectivamente. Como resultado do dimensionamento obteve-se um permutador de placas com 167 placas em que o coeficiente global de transferência de calor (U) é de 726,9 W/m2ºC, a área projectada de 55,7 m2 e a queda de pressão de 0,904 KPa. Foi consultada a empresa ARSOPI-THERMAL para verificação das características dos permutadores existentes no mercado. No entanto, para as mesmas condições foi sugerido um permutador com 31 placas em que o coeficiente global de transferência de calor (U) é de 6267 W/m2ºC, a área projectada de 7,39 m2 e a queda de pressão de 76 KPa. A diferença verificada nos resultados apresentados pode ter origem na utilização de diferentes expressões no cálculo do coeficiente pelicular de transferência de calor (h) e pelo facto da ARSOPI desprezar o factor de sujamento no seu dimensionamento Na análise económica do projecto é de referir que para o arranque do projecto foi feito o levantamento das necessidades de investimento, situando-se este num valor total de 9640€, sendo o investimento financiado apenas por capitais próprios. O prazo de recuperação do investimento (Pay Back Period) é de cerca de 2 meses.