Métodos Semi-Empíricos: princípios básicos e aplicações

Pós-graduação em Física - IGCE

Estudo reológico da gelificação induzida pelo calor de proteínas do soro do leite e dos géis resultantes sob condições variadas de pH

Medidas reólogicas sob cisalhamento oscilatório foram realizadas em reômetro de tensão e deformação controladas com suspensões de concentrado de proteínas do soro do leite (WPC) a 10% (m/m) em água e a diferentes condições de pH (pH 4,0, 4,6 e 7,0). O processo de gelificação induzida pelo calor foi investigado, assim como as propriedades viscoelásticas dos géis formados a 80°C e daqueles formados após o decréscimo da temperatura a 20°C. Foi verificado que, em presença de teores significativos de sais, procedentes do próprio soro, a concentração usada nos experimentos foi suficiente para a formação de géis macroscópicos, e que o pH exerce papel importante na formação e na natureza estrutural dos géis.

Caracterização de concentrado protéico de folhas de mandioca obtido por precipitação com calor e ácido

As folhas de mandioca apresentam um teor elevado de proteínas, todavia sua digestibilidade é baixa. A produção de concentrado protéico de folhas de mandioca (CPFM) permite a utilização das proteínas das folhas com um reduzido teor de fibras e melhor qualidade protéica. Neste trabalho, analisaram-se características químicas de CPFM obtidos por diferentes formas de precipitação, com calor e com ácido. Os CPFM praticamente não apresentaram diferenças na composição centesimal. O nível de proteína dos CPFM aumentou 57,72% em comparação ao da farinha de folhas de mandioca (FFM). Os rendimentos de extração das proteínas também foram semelhantes para os CPFM. O teor de Fe dos CPFM foi mais elevado quando comparado com o da FFM. A FFM apresentou absorção de água e de óleo mais elevada que os CPFM, mas, entre os tipos de CPFM, os resultados foram semelhantes. A mínima solubilidade de nitrogênio da FFM e dos CPFM foi observada em pH entre 3 e 5. Verificou-se que a FFM apresentou uma capacidade de formação e estabilidade de espuma mais elevada que os CPFM. Tanto a FFM quanto os CPFM não apresentaram boa estabilidade de emulsão.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Estudo da perda de carga e calor no poço injetor no processo De drenagem gravitacional assistida por vapor (SAGD)

The oil companies in the area in general are looking for new technologies that can increase the recovery factor of oil contained in reservoirs. These investments are mainly aimed at reducing the costs of projects which are high. Steam injection is one of these special methods of recovery in which steam is injected into the reservoir in order to reduce the viscosity of the oil and make it more mobile. The process assisted gravity drainage steam (SAGD) using steam injection in its mechanism, as well as two parallel horizontal wells. In this process steam is injected through the horizontal injection well, then a vapor chamber is formed by heating the oil in the reservoir and, by the action of gravitational forces, this oil is drained down to where the production well. This study aims to analyze the influence of pressure drop and heat along the injection well in the SAGD process. Numerical simulations were performed using the thermal simulator STARS of CMG (Computer Modeling Group). The parameters studied were the thermal conductivity of the formation, the flow of steam injection, the inner diameter of the column, the steam quality and temperature. A factorial design was used to verify the influence of the parameters studied in the recovery factor. We also analyzed different injection flow rates for the model with pressure drop and no pressure drop, as well as different maximum flow rates of oil production. Finally, we performed an economic analysis of the two models in order to check the profitability of the projects studied. The results showed that the pressure drop in injection well have a significant influence on the SAGD process.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Estimativas da condutividade térmica dos minerais e rochas e influência de parâmetros térmicos e petrofísicos na resistividade aparente da formação

O presente estudo realiza estimativas da condutividade térmica dos principais minerais formadores de rochas, bem como estimativas da condutividade média da fase sólida de cinco litologias básicas (arenitos, calcários, dolomitos, anidritas e litologias argilosas). Alguns modelos térmicos foram comparados entre si, possibilitando a verificação daquele mais apropriado para representar o agregado de minerais e fluidos que compõem as rochas. Os resultados obtidos podem ser aplicados a modelamentos térmicos os mais variados. A metodologia empregada baseia-se em um algoritmo de regressão não-linear denominado de Busca Aleatória Controlada. O comportamento do algoritmo é avaliado para dados sintéticos antes de ser usado em dados reais. O modelo usado na regressão para obter a condutividade térmica dos minerais é o modelo geométrico médio. O método de regressão, usado em cada subconjunto litológico, forneceu os seguintes valores para a condutividade térmica média da fase sólida: arenitos 5,9 ± 1,33 W/mK, calcários 3.1 ± 0.12 W/mK, dolomitos 4.7 ± 0.56 W/mK, anidritas 6.3 ± 0.27 W/mK e para litologias argilosas 3.4 ± 0.48 W/mK. Na sequência, são fornecidas as bases para o estudo da difusão do calor em coordenadas cilíndricas, considerando o efeito de invasão do filtrado da lama na formação, através de uma adaptação da simulação de injeção de poços proveniente das teorias relativas à engenharia de reservatório. Com isto, estimam-se os erros relativos sobre a resistividade aparente assumindo como referência a temperatura original da formação. Nesta etapa do trabalho, faz-se uso do método de diferenças finitas para avaliar a distribuição de temperatura poço-formação. A simulação da invasão é realizada, em coordenadas cilíndricas, através da adaptação da equação de Buckley-Leverett em coordenadas cartesianas. Efeitos como o aparecimento do reboco de lama na parede do poço, gravidade e pressão capilar não são levados em consideração. A partir das distribuições de saturação e temperatura, obtém-se a distribuição radial de resistividade, a qual é convolvida com a resposta radial da ferramenta de indução (transmissor-receptor) resultando na resistividade aparente da formação. Admitindo como referência a temperatura original da formação, são obtidos os erros relativos da resistividade aparente. Através da variação de alguns parâmetros, verifica-se que a porosidade e a saturação original da formação podem ser responsáveis por enormes erros na obtenção da resistividade, principalmente se tais "leituras" forem realizadas logo após a perfuração (MWD). A diferença de temperatura entre poço e formação é a principal causadora de tais erros, indicando que em situações onde esta diferença de temperatura seja grande, perfilagens com ferramentas de indução devam ser realizadas de um a dois dias após a perfuração do poço.

Convecção mista em cavidades com fontes de calor aletadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Calor e temperatura: uma revisão dos conceitos nas diferentes abordagens físicas

This work research and analyses the formulations and concepts of heat and temperature presented in Physics textbooks. These issues are deemed important because students often have difficulties differentiating and understanding such concepts, which compromises their education. The goal is to show that well-established relationships between Physical quantities such as energy, pressure, heat and temperature, even in different theories of Classical and Quantum Physics are not enough to define either temperature or heat. It also presents simple experiments that complement the teaching and learning of these concepts

Síntese de nanopartículas de sulfeto de cobre, preparação e estabilidade coloidal de fluidos trocadores de calor em meio aquoso

Pós-graduação em Química - IQ

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

Pirometamorfismo em calcários da formação Jandaíra, bacia potiguar, nordeste do Brasil

The present study aims the characterization of thermally affected carbonate rocks from Jandaíra Formation in contact with Paleogene and Neogene basic intrusions in the region of the Pedro Avelino and Jandaíra municipalities (RN), northeastern Brazil. For this study, field, petrographic, x-ray diffraction, electron microprobe, and whole rock litogeochemistry data of carbonates were undertaken. The thermally unaffected limestones are classified like wackstones, grainstones and packstones. They may constitute carbonates grains of benthic foraminifera, echinoderm spines, ostracods, algae, corals, bivalves, gastropods, peloids and intraclasts. The porosities are classified like vug, intraparticle, interparticle, intercrystal and moldic types. The major minerals are calcite, ankerite and dolomite; the detrital are montmorillonite, pyrite, limonite, quartz and microcline. The thermally affected limestones are very coarse to very fine-grained and light to dark gray color. The fossiliferous components totally disappear, and the porosity tends to disappear. With the data obtained, it can be inferred that the carbonate protoliths would be calciferous to dolomitic limestones, both with small amount of clay minerals. Crystalline carbonates from dolomitic protolith have rhombohedral calcite and iron oxides / hydroxides, making the rocks much darker. The carbonates from calciferous protolith have a wide variation of grain size according to the recrystallization degree, increasing toward contact with the basic bodies. In this group, it was identified the minerals lizardite and spinel in weakly to moderately affected samples, and spinel and spurrite in strongly affected rocks, as well as calcite, that occur everywhere. The geological context (shallow level diabase intrusions), the crystallization of the pyrometamorphic minerals spurrite and olivine, and comparison with diagrams from the literature allow estimating temperatures and pressures around 1050-1200 °C and 0.5-1.0 kbar, respectively, for PTOTAL=PCO2. The post-intrusion cooling would have afforded the releasing of metasomatic / hydrothermal fluids, allowing the opening of the metamorphic system, with possible contribution of chemical elements from host units (sandstones, shales) and from basic intrusions. This would induce hydration of previous phases, allowing the formation of serpentine, chlorite and brucite. The results discussed here reveal the strong influence of the heat from basic intrusions within the sedimentary pile. Whereas in the offshore portion of the basin occur sills with up to 1000 m thickness, the understanding of pyrometamorphism might be useful for understanding and measuring the thermally affected rocks.

Pirometamorfismo em calcários da formação Jandaíra, bacia potiguar, nordeste do Brasil

The present study aims the characterization of thermally affected carbonate rocks from Jandaíra Formation in contact with Paleogene and Neogene basic intrusions in the region of the Pedro Avelino and Jandaíra municipalities (RN), northeastern Brazil. For this study, field, petrographic, x-ray diffraction, electron microprobe, and whole rock litogeochemistry data of carbonates were undertaken. The thermally unaffected limestones are classified like wackstones, grainstones and packstones. They may constitute carbonates grains of benthic foraminifera, echinoderm spines, ostracods, algae, corals, bivalves, gastropods, peloids and intraclasts. The porosities are classified like vug, intraparticle, interparticle, intercrystal and moldic types. The major minerals are calcite, ankerite and dolomite; the detrital are montmorillonite, pyrite, limonite, quartz and microcline. The thermally affected limestones are very coarse to very fine-grained and light to dark gray color. The fossiliferous components totally disappear, and the porosity tends to disappear. With the data obtained, it can be inferred that the carbonate protoliths would be calciferous to dolomitic limestones, both with small amount of clay minerals. Crystalline carbonates from dolomitic protolith have rhombohedral calcite and iron oxides / hydroxides, making the rocks much darker. The carbonates from calciferous protolith have a wide variation of grain size according to the recrystallization degree, increasing toward contact with the basic bodies. In this group, it was identified the minerals lizardite and spinel in weakly to moderately affected samples, and spinel and spurrite in strongly affected rocks, as well as calcite, that occur everywhere. The geological context (shallow level diabase intrusions), the crystallization of the pyrometamorphic minerals spurrite and olivine, and comparison with diagrams from the literature allow estimating temperatures and pressures around 1050-1200 °C and 0.5-1.0 kbar, respectively, for PTOTAL=PCO2. The post-intrusion cooling would have afforded the releasing of metasomatic / hydrothermal fluids, allowing the opening of the metamorphic system, with possible contribution of chemical elements from host units (sandstones, shales) and from basic intrusions. This would induce hydration of previous phases, allowing the formation of serpentine, chlorite and brucite. The results discussed here reveal the strong influence of the heat from basic intrusions within the sedimentary pile. Whereas in the offshore portion of the basin occur sills with up to 1000 m thickness, the understanding of pyrometamorphism might be useful for understanding and measuring the thermally affected rocks.

Estudo da perda de carga e calor no poço injetor no processo De drenagem gravitacional assistida por vapor (SAGD)

The oil companies in the area in general are looking for new technologies that can increase the recovery factor of oil contained in reservoirs. These investments are mainly aimed at reducing the costs of projects which are high. Steam injection is one of these special methods of recovery in which steam is injected into the reservoir in order to reduce the viscosity of the oil and make it more mobile. The process assisted gravity drainage steam (SAGD) using steam injection in its mechanism, as well as two parallel horizontal wells. In this process steam is injected through the horizontal injection well, then a vapor chamber is formed by heating the oil in the reservoir and, by the action of gravitational forces, this oil is drained down to where the production well. This study aims to analyze the influence of pressure drop and heat along the injection well in the SAGD process. Numerical simulations were performed using the thermal simulator STARS of CMG (Computer Modeling Group). The parameters studied were the thermal conductivity of the formation, the flow of steam injection, the inner diameter of the column, the steam quality and temperature. A factorial design was used to verify the influence of the parameters studied in the recovery factor. We also analyzed different injection flow rates for the model with pressure drop and no pressure drop, as well as different maximum flow rates of oil production. Finally, we performed an economic analysis of the two models in order to check the profitability of the projects studied. The results showed that the pressure drop in injection well have a significant influence on the SAGD process.

Carotenóides: propriedades, aplicações e biotransformação para formação de compostos de aroma

Carotenoids are widely distributed in nature, providing yellow, orange or red color in a great number of vegetables, microorganisms and in some animals. Carotenoids act as biological antioxidants and seem to play an important role in human health by protecting cells and tissues from the damaging effects of free radicals and singlet oxygen. Several authors describe the oxidative cleavage of carotenoids in flavor compounds as occuring through chemical or photochemical degradations or through biotechnological processes. Biotransformation of carotenoids seems to be a reasonable alternative to produce flavor compounds since these compounds are considered 'natural' ingredients. In this work we describe the properties of some carotenoids, as well as biotechnological approaches to obtain its oxyfunctionalized derivatives.