Degradação de corantes têxteis ácidos e reativos por fotocatálise heterogênea, usando TiO2 como fotocatalisador

A indústria têxtil tem como característica a geração de grandes volumes de resíduos, principalmente corantes oriundos do tingimento de fios e tecidos. Os tratamentos convencionais de efluentes têxteis são ineficazes na degradação da maioria dos corantes. A fotocatálise heterogênea vem surgindo como alternativa promissora no tratamento desses poluentes. Neste trabalho, estudou-se a degradação fotocatalítica de duas soluções, simuladas em laboratório, compostas pelos corantes ácidos Blue 74, Red 51 e Yellow 3 (efluente I) e pelos reativos Black 5, Red 239 e Yellow 17 (efluente II), além de outros produtos químicos. Testes preliminares foram realizados para otimizar o pH e a massa de catalisador (TiO2) utilizados. Além da fotocatálise, experimentos de fotólise e adsorção também foram realizados. Através de espectrofotometria UV-VIS, verificou-se um descoramento por fotocatálise de 96% em 240 min e 97% em 30 min dos efluentes I e II, respectivamente. A mineralização do efluente I foi baixa (37%) e a do efluente II desprezível, nos tempos utilizados. No banho com corantes ácidos, foram realizadas ainda análises de toxicidade com sementes de alface (Lactuca sativa). A CE50 inicial estimada foi igual a 19,28 %, sendo a toxicidade totalmente removida após 63 min de processo fotocatalítico. A fotólise não obteve a mesma eficiência da fotocatálise, mostrando a importância do catalisador na degradação. A adsorção não foi significativa para os efluentes estudados. As cinéticas de degradação fotocatalítica de todos os corantes seguiram um modelo de pseudo-primeira ordem

Recuperação do íon amônio gerado durante a evaporação de lixiviados de aterros utilizando resinas poliméricas de troca iônica

O lixiviado gerado em aterro sanitário possui substâncias de difícil degradação e amônia, que dificulta o tratamento biológico. O tratamento do lixiviado gerado em aterros sanitários requer uma série de processos de elevado custo e, outras técnicas de tratamento têm sido investigadas no intuito de reduzir custos e aumentar a eficiência do tratamento. A evaporação do lixiviado é uma técnica que aproveita o gás de aterro como fonte de calor, e é utilizada na redução do volume a tratar; porém as emissões atmosféricas geradas durante essa evaporação indicam a presença de amônia, o que pode causar impactos negativos em torno do aterro. Desta forma, é importante a realização de estudos que aprimorem esta técnica, para que a evaporação torne-se ambientalmente e economicamente viável. A amônia presente em amostras com pH em torno de 8,0 e temperatura em torno de 25C, está na forma de íon amônio, o que favorece ao processo de troca iônica. A troca iônica é um processo que tem sido estudado por muitos pesquisadores e consiste na troca de um ou mais constituintes de uma fase fluida para a superfície de uma fase sólida (resinas poliméricas). Este trabalho apresenta a eficiência de quatro tipos diferentes de resinas poliméricas: Amberlyst 15 Wet, Lewatit VPOC 1800, Dowex Mac-3 e Purolite MN250 na remoção e posterior, recuperação do íon amônio presente nos vapores condensados da evaporação de lixiviados. A princípio foi investigado a quantidade e o momento em que o amônio é lançado durante o processo de evaporação. Em seguida, caracterizaram-se as resinas quanto à eficiência de remoção, o tempo de contato e a quantidade ideal da resina. Estão apresentadas neste estudo as isotermas de adsorção de Langmuir, Freundlich e Temkin em diferentes temperaturas (298-318 K) e as condições ideais do processo. Os resultados apontaram duas resinas com eficiência de remoção, em torno de 40%, para concentrações acima de 1000 mg dm-3 de amônio, utilizando 0,5 g de resina e um tempo de contato de 20 minutos. Diferentes modelos cinéticos foram aplicados: Pseudo-Primeira Ordem, Pseudo-Segunda Ordem, difusão intrapartícula, Elovich e o modelo cinético de difusão externa e os resultados discutidos. Foi possível tratar Através da condensação dos vapores emitidos durante a evaporação do lixiviado, foi possível tratar foi possível obter uma recuperação em torno de 70% do íon amônio contido no vapor condensado proveniente da evaporação do lixiviado.

Otimização de torre de aço para aerogerador eólico.

Diversas formas de geração de energia vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de oferecer alternativas ecologicamente corretas. Neste contexto, a energia eólica vem se destacando na região Nordeste do Brasil, devido ao grande potencial dos ventos da região. As torres, que representam parcela significativa do custo total do sistema, tendem a crescer buscando ventos mais fortes e permitindo assim a utilização de aerogeradores com maior capacidade de geração de energia. Este trabalho tem como objetivo formular um modelo de otimização de torres tubulares de aço, para aerogeradores eólicos. Busca-se minimizar o volume total (custo, indiretamente), tendo como variáveis de projeto as espessuras da parede da torre. São impostas restrições relativas à frequência natural e ao comportamento estrutural (tensão e deslocamento máximo de acordo com recomendações da norma Europeia). A estrutura da torre é modelada com base no Método dos Elementos Finitos e o carregamento atuante na estrutura inclui os pesos da torre, do conjunto de equipamentos instalados no topo (aerogerador), e o efeito estático da ação do vento sobre a torre. Para verificação das tensões, deslocamentos e frequências naturais, foram utilizados elementos finitos de casca disponíveis na biblioteca do programa de análise ANSYS. Os modelos de otimização foram também implementados no modulo de otimização do programa ANSYS (design optimization), que utiliza técnicas matemáticas em um processo iterativo computadorizado até que um projeto considerado ótimo seja alcançado. Nas aplicações foram usados os métodos de aproximação por subproblemas e o método de primeira ordem. Os resultados obtidos revelam que torres para aerogeradores merecem atenção especial, em relação à concepção do projeto estrutural, sendo que seu desempenho deve ser verificado através de metodologias completas que englobem além das análises clássicas (estáticas e dinâmicas), incluam também as análises de otimização.

Arcabouço estratigráfico e ciclicidade deposicional dos sistemas sedimentares quaternários da plataforma sul da Bacia de Campos (RJ)

A análise sísmica de ~ 3000 km de dados sísmicos sparker de reflexão monocanal permitiu a proposição de um arcabouço estratigráfico englobando a seção rasa (~300 milisegundos) da plataforma continental sul da Bacia de Campos. Cinco sequências sísmicas foram reconhecidas (Sq1-Sq5), limitadas por superfícies erosivas de escala plataformal (superfícies S1-S5), interpretadas como sequências deposicionais formadas por oscilações glacioeustáticas e limites de sequências (discordâncias regionais) esculpidos durante longos períodos de exposição subaérea e total da plataforma, indicando condições de diminuição de nível de base e destruição parcial de espaço de acomodação sedimentar. As sequências Sq1-Sq4 são dominantemente regressivas, compostas principalmente por prismas de regressão forçada de borda de plataforma/talude superior. A sequência superficial Sq5 é constituída essencialmente de unidades retrogradantes restritas à plataforma continental, interpretadas como compondo uma sequência eminentemente transgressiva. A correlação entre dados sísmicos e cronoestratigráficos de um poço exploratório disponível na área permitiu posicionar a deposição desta sucessão estratigráfica entre o Pleistoceno Médio- Holoceno (últimos ~500 ka). Além disso, a correlação entre a base de dados com curvas globais de variações eustáticas, baseadas nas razões isotópicas de 18O (estágios isotópicos marinhos), permitiu ainda sugerir que a sucessão estratigráfica Sq1-Sq4 registra sequências regressivas de quarta ordem, refletindo deposição durante ciclos glacioeustáticos de ~ 100 -120 ka de duração e de alta amplitude de oscilação eustática (100-145m), que caracterizam o sinal eustático nos últimos ~500 ka. A sequência Sq5 seria uma sequência ainda em formação, constituída por depósitos transgressivos e de mar alto formados durante o Pleistoceno Tardio-Holoceno.

Potencial de geração de metano em aterros sanitários através dos modelos IPCC, USEPA e Scholl Canyon estudo de caso do aterro sanitário de Moskogen, Kalmar, Suécia.

A utilização do metano (CH4) presente no biogás gerado através da degradação anaeróbica de resíduos orgânicos depositados em aterros sanitários como fonte de energia é uma tecnologia em expansão, principalmente nos países em desenvolvimento. Para assegurar um melhor aproveitamento do CH4 e a viabilidade econômica do projeto de exploração energética é necessário que estes empreendimentos avaliem sua capacidade de produzir este gás com o passar dos anos, mesmo após o encerramento da deposição de resíduos. O potencial de geração é comumente estimado a partir de modelos cinéticos de primeira ordem propostos por conceituadas instituições, entretanto, estudos recentes apontam alto grau de incerteza e diferenças relevantes entre os resultados obtidos com cada metodologia. Este trabalho tem por objetivo analisar a variação dos resultados das estimativas de emissão de metano dos modelos recomendados pela USEPA, Banco Mundial (Scholl Canyon) e IPCC utilizando tanto dados e informações disponibilizadas do aterro sanitário Moskogen, localizado em Kalmar, Suécia, que foi operado entre 1977 e 2008. Além de estimar a capacidade de geração de CH4, objetiva-se identificar qual o modelo cujas estimativas mais se aproximam dos dados de biogás efetivamente medidos e quanto gás ainda pode ser extraído do aterro. O estudo ainda avaliou como valores diferentes para os parâmetros principais dos modelos afetam a estimativa de geração final. O modelo IPCC mostrou-se o mais confiável dentre os analisados, estimando que o aterro Moskogen produza mais de 102 milhões de m de CH4 entre 1977 e 2100, sendo 39,384 milhões passíveis de extração de 2012 a 2100. Os demais modelos apresentaram premissas inadequadas com a realidade do aterro sanitário estudado. Contudo, mesmo com a superioridade do modelo proposto pelo IPCC, maiores estudos são necessários no local, que levantem outras informações de campo como a vazão passiva de gás pela camada de cobertura do aterro e uma melhor estimativa do percentual de material orgânico biodegradável presente em cada fração de resíduos depositada em Moskogen.

Biossorção de lantânio por Sargassum sp.: ensaios em batelada e contínuos

Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio

A influência dos elementos da primeira série de transição nas propriedades eletrônicas de aglomerados de paládio: um estudo baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD)

Na área da catálise, interações de moléculas pequenas como H2,N2,O2, CO, NO etc, com aglomerados metálicos, têm nas suas adsorções químicas etapa fundamental nas atividades catalíticas. O paládio está entre os metais mais empregados em catalisadores usados em muitos processos catalíticos heterogêneos. Neste presente trabalho foi realizada uma série de cálculos baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD ou DFT) empregando o método BP86/LANL2DZ/6-311+G(d,p) para estudar a adsorção da molécula NO que foi utilizada como protótipo molecular para interagir sobre aglomerados de paládio puros e dopados com metais de transição da primeira série de transição (Pd3M e Pd9M). Neste contexto, o escopo deste trabalho foi: (i) obter informações a respeito das possíveis alterações estruturais e eletrônicas ocorridas em aglomerados de paládio quando dopados com metais da primeira série de transição (MT), (ii) estudar as alterações no comportamento do átomo de paládio, nos seus respectivos aglomerados puros, frente aos aglomerados dopados com metais de transição da primeira série,(iii) buscar possíveis padrões de influência dos MT nas propriedades de aglomerados de paládio (ex: energias dos orbitais de fronteira, transferências eletrônicas de doação e retrodoação, densidades de spin, hibridizações dos orbitais responsáveis pelas ligações com moléculas adsorventes etc). Após a realização dos cálculos baseados na DFT, os resultados mostram que, para o estudo sobre os aglomerados contendo quatro átomos, foi obtida correlação direta entre a carga adquirida pelo metal M dentro do aglomerado metálico e os orbitais moleculares de fronteira LUMO calculados para Pd3M. Esta correlação direta não se mantém quando o tamanho do aglomerado de paládio é aumento de quatro para dez átomos. A energia de adsorção apresentada pela molécula de NO apresenta boa correlação com a energia do LUMO, independentemente do número de átomos e da geometria do aglomerado e da natureza do metal dopante. A molécula de NO adsorve mais favoravelmente no modo Bridge, independentemente de qual metal está dopando o aglomerado de Pd9M. Entretanto, para o aglomerado de Pd3M, o modo de adsorção dependerá da natureza do metal dopante. A mudança na geometria e no número de átomos de paládio existentes no aglomerado provoca mudanças no modo e na energia de adsorção da molécula de NO adsorvente. Uma investigação mais aprofundada deve encontrar outras possíveis correlações entre propriedades dos metais da primeira série e aglomerados de paládio dopados com os mesmos

Análise da evolução termomecânica da Bacia do Amazonas

Os dados geológicos e geofísicos escolhidos para o tema de estudo pertencem a Bacia do Amazonas, na região centro-norte do Brasil. A Bacia do Amazonas é uma bacia intracratônica com cerca de 500.000 km. A mesma está limitada ao norte pelo Escudo das Guianas e ao sul pelo Escudo Brasileiro. O limite oeste com a Bacia do Solimões é marcado pelo Arco de Purus, ao passo que o Arco de Gurupá constitui seu limite leste. Possui características inerentes a uma bacia intracratônica paleozóica, com uma longa história evolutiva, marcada por discordâncias expressivas e com uma cunha sedimentar relativamente rasa se comparada às bacias cretáceas brasileiras, o que levanta controvérsia a respeito da suficiência do soterramento para a eficiência de geração de hidrocarboneto. Podem ser reconhecidas nos 5000 m do preenchimento sedimentar da Bacia do Amazonas, duas seqüências de primeira ordem: uma paleozóica, intrudida por diques e soleiras de diabásio, na passagem do Triássico para o Jurássico, e uma mesozóica-cenozóica que representam um aspecto importante na evolução térmica da matéria orgânica que ocorre na primeira seqüência. Com relação à exploração de petróleo, apesar do fomento exploratório ocorrido nos últimos anos, a bacia ainda é considerada pouco explorada sendo sua maior reserva a da província de Urucu. Um dos fatores que dificultam bastante a exploração desta bacia assim como a bacia do Solimões a oeste é o acesso restrito, pois estão situadas em áreas remotas e florestadas, de difícil acesso, com muitas reservas indígenas e florestais, o que causa restrições logísticas, operacionais e legais. O efeito térmico das intrusões ígneas é considerado como o responsável pelo acréscimo de calor necessário à maturação da matéria orgânica e conseqüente geração de hidrocarbonetos. Este trabalho contribui com a reconstrução da história térmica desta bacia a partir da modelagem das variáveis termais e da história de soterramento. Para isso, foram utilizados modelos consagrados na literatura, que permitem, de forma simples, a estimativa do fluxo térmico através do embasamento e da seqüência sedimentar. Na análise da influência de intrusões ígneas na estrutura térmica da bacia, o modelo bidimensional desenvolvido pelo método de diferenças finitas se mostrou apropriado. Utilizou-se o fluxo térmico basal calculado nas condições de contorno da modelagem da influência térmica das ígneas. Como resultado obteve-se a estruturação térmica da bacia e a historia maturação de suas rochas geradoras

氮素添加对内蒙古羊草草原净氮矿化的影响

　　氮素作为陆地生态系统生产力主要的限制因子，对生态系统过程的调控有着重要的意义。净氮矿化是有机氮素到无机氮素的转变过程，该过程决定了土壤氮素的可利用性。准确估计土壤的供氮能力可以为确定最佳施肥量和施肥时间提供理论依据，并将影响着土地的可持续发展和管理政策。氮矿化潜力N0被定义为在最适温度和湿度下，土壤氮素在无限时间内所能矿化的最大量。由于氮矿化潜力是土壤供氮能力很好的指示值，所以对氮矿化潜力的研究能够使我们更好地了解土壤的氮素矿化动态和其供氮潜力。 　　为更好地了解天然草原氮素矿化对全球氮沉降背景以及草原施肥管理模式的响应，我们从2000年起在内蒙古羊草草原开展了长期的氮素添加实验，分别设置对照(N0)、添加5g N•m-2(N1.75)、30g N•m-2(N10.5)和80g N•m-2(N28)四个氮肥添加梯度以及对照(control)、添加100g有机肥•m-2(O100)、添加500g有机肥•m-2(O500)、添加1000g有机肥•m-2(O1000)四个有机肥添加梯度。氮肥添加在相邻并同时进行施肥的两个生态系统类型中展开，即成熟羊草草原（A区，1979年围封）和退化的羊草草原（B区，1999年围封），有机肥添加也同时在与之相邻的C区中展开（C区的土地利用历史与B区一致）。 2002年和2006年，从A、B区中进行氮肥处理后的土壤取样；有机肥处理的土壤样品从2002年C区中获得。土样在最佳温度(25℃)和湿度(60%田间持水量（WHC）)下进行了5周室内培养，并用阶段淋溶方法来测定氮肥添加和有机肥添加对土壤氮矿化动态的影响。 　　氮肥添加显著降低了土壤的pH值，但累积氮矿化量与土壤pH值、有机碳、全氮均没有显著的相关性。在两个区内，氮素添加都显著改变了土壤的累积氮矿化量。最高氮素处理N28相对应于最低的累积氮矿化量，而低氮素处理N1.75却使得累积氮矿化量最高。同时，在N0和N1.75处理中硝态氮的含量高于铵态氮，但在N28处理中却表现出相反趋势。实验还表明大多数氮素添加强度处理在A区比B区有更高的土壤累积氮矿化量。 　　有机肥添加也显著改变了土壤5周内的累积氮矿化量，并且累积氮矿化量随有机肥添加强度的升高而显著增加。培养5周末时土壤的累积铵态氮的含量与有机肥施加强度之间并没有相关性，但是累积硝态氮的含量有随着有机肥施加强度的上升而增加的趋势。 　　基于前5周土壤培养所得到的结果，我们选择了氮肥添加的N0，N1.75， N28处理以及有机肥添加的control、O100、O1000处理继续进行了长达15周的培养。培养数据与描述土壤氮矿化动态的一级动力学模型--first-order kinetics: Nm=N0（1－exp(-kt)）拟合良好( R2=0.893～0.97)。无论是氮肥添加还是有机肥添加都显著增加了土壤的氮矿化潜力N0，并且N0随着氮肥或者机肥添加强度的增加而增加。对于氮肥处理的土壤来说， N0与氮矿化速率常数k之间反向相关，但是在有机氮处理的土壤中N0与k之间却没有相关性。总的结果显示，经有机肥添加的土壤比经氮肥添加的土样有着更大的氮矿化潜力N0值以及氮矿化速率常数k值，较大的k值暗示着土壤氮素较快的周转速率。

Modeling evaporation effects in conditional moment closure for spray autoignition

Simulations of an n-heptane spray autoigniting under conditions relevant to a diesel engine are performed using two-dimensional, first-order conditional moment closure (CMC) with full treatment of spray terms in the mixture fraction variance and CMC equations. The conditional evaporation term in the CMC equations is closed assuming interphase exchange to occur at the droplet saturation mixture fraction values only. Modeling of the unclosed terms in themixture fraction variance equation is done accordingly. Comparison with experimental data for a range of ambient oxygen concentrations shows that the ignition delay is overpredicted. The trend of increasing ignition delay with decreasing oxygen concentration, however, is correctly captured. Good agreement is found between the computed and measured flame lift-off height for all conditions investigated. Analysis of source terms in the CMC temperature equation reveals that a convective-reactive balance sets in at the flame base, with spatial diffusion terms being important, but not as important as in lifted jet flames in cold air. Inclusion of droplet terms in the governing equations is found to affect the mixture fraction variance field in the region where evaporation is the strongest, and to slightly increase the ignition delay time due to the cooling associated with the evaporation. Both flame propagation and stabilization mechanisms, however, remain unaffected. © 2011 Taylor & Francis.

Conditional Moment Closure for Turbulent Premixed Flames

The conditional moment closure (CMC) method has been successfully applied to various non-premixed combustion systems in the past, but its application to premixed flames is not fully tested and validated. The main difficulty is associated with the modeling of conditional scalar dissipation rate of the conditioning scalar, the progress variable. A simple algebraic model for the conditional dissipation rate is validated using DNS results of a V-flame. This model along with the standard k- turbulence modeling is used in computations of stoichiometric pilot stabilized Bunsen flames using the RANS-CMC method. A first-order closure is used for the conditional mean reaction rate. The computed non reacting and reacting scalars are in reasonable agreement with the experimental measurements and are consistent with earlier computations using flamelets and transported PDF methods. Sensitivity to chemical kinetic mechanism is also assessed. The results suggest that the CMC may be applied across the regimes of premixed combustion.

Explosion pressure prediction via polynomial mathematical correlation based on advanced CFD Modelling

Computational Fluid Dynamics CFD can be used as a powerful tool supporting engineers throughout the steps of the design. The combination of CFD with response surface methodology can play an important role in such cases. During the conceptual engineering design phase, a quick response is always a matter of urgency. During this phase even a sketch of the geometrical model is rare. Therefore, the utilisation of typical response surface developed for congested and confined environment rather than CFD can be an important tool to help the decision making process, when the geometrical model is not available, provided that similarities can be considered when taking into account the characteristic of the geometry in which the response surface was developed. The present work investigates how three different types of response surfaces behave when predicting overpressure in accidental scenarios based on CFD input. First order, partial second order and complete second order polynomial expressions are investigated. The predicted results are compared with CFD findings for a classical offshore experiment conducted by British Gas on behalf of Mobil and good agreement is observed for higher order response surfaces. The higher order response surface calculations are also compared with CFD calculations for a typical offshore module and good agreement is also observed. © 2011 Elsevier Ltd.

Frictional flow of damp granular material in a conical centrifuge

An analysis is given of velocity and pressure-dependent sliding flow of a thin layer of damp granular material in a spinning cone. Integral momentum equations for steady state, axisymmetric flow are derived using a boundary layer approximation. These reduce to two coupled first-order differential equations for the radial and circumferential sliding velocities. The influence of viscosity and friction coefficients and inlet boundary conditions is explored by presentation of a range of numerical results. In the absence of any interfacial shear traction the flow would, with increasing radial and circumferential slip, follow a trajectory from inlet according to conservation of angular momentum and kinetic energy. Increasing viscosity or friction reduces circumferential slip and, in general, increases the residence time of a particle in the cone. The residence time is practically insensitive to the inlet velocity. However, if the cone angle is very close to the friction angle then the residence time is extremely sensitive to the relative magnitude of these angles. © 2011 Authors.

Air quality and public health impacts of UK airports. Part I: Emissions

The potential adverse human health and climate impacts of emissions from UK airports have become a significant political issue, yet the emissions, air quality impacts and health impacts attributable to UK airports remain largely unstudied. We produce an inventory of UK airport emissions - including aircraft landing and takeoff (LTO) operations and airside support equipment - with uncertainties quantified. The airports studied account for more than 95% of UK air passengers in 2005. We estimate that in 2005, UK airports emitted 10.2 Gg [-23 to +29%] of NOx, 0.73 Gg [-29 to +32%] of SO2, 11.7 Gg [-42 to +77%] of CO, 1.8 Gg [-59 to +155%] of HC, 2.4 Tg [-13 to +12%] of CO2, and 0.31 Gg [-36 to +45%] of PM2.5. This translates to 2.5 Tg [-12 to +12%] CO2-eq using Global Warming Potentials for a 100-year time horizon. Uncertainty estimates were based on analysis of data from aircraft emissions measurement campaigns and analyses of aircraft operations.The First-Order Approximation (FOA3) - currently the standard approach used to estimate particulate matter emissions from aircraft - is compared to measurements and it is shown that there are discrepancies greater than an order of magnitude for 40% of cases for both organic carbon and black carbon emissions indices. Modified methods to approximate organic carbon emissions, arising from incomplete combustion and lubrication oil, and black carbon are proposed. These alterations lead to factor 8 and a 44% increase in the annual emissions estimates of black and organic carbon particulate matter, respectively, leading to a factor 3.4 increase in total PM2.5 emissions compared to the current FOA3 methodology. Our estimates of emissions are used in Part II to quantify the air quality and health impacts of UK airports, to assess mitigation options, and to estimate the impacts of a potential London airport expansion. © 2011 Elsevier Ltd.

A novel method for rapid comparative quantitative analysis of nuclear fuel cycles

One of the greatest obstacles facing the nuclear industry is that of sustainability, both in terms of the finite reserves of uranium ore and the production of highly radiotoxic spent fuel which presents proliferation and environmental hazards. Alternative nuclear technologies have been suggested as a means of delivering enhanced sustainability with proposals including fast reactors, the use of thorium fuel and tiered fuel cycles. The debate as to which is the most appropriate technology continues, with each fuel system and reactor type delivering specific advantages and disadvantages which can be difficult to compare fairly. This paper demonstrates a framework of performance metrics which, coupled with a first-order lumped reactor model to determine nuclide population balances, can be used to quantify the aforementioned pros and cons for a range of different fuel and reactor combinations. The framework includes metrics such as fuel efficiency, spent fuel toxicity and proliferation resistance, and relative cycle performance is analysed through parallel coordinate plots, yielding a quantitative comparison of disparate cycles. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.