Medidas de dispersão de gás em células mecânicas industriais e seus condicionantes.

A qualidade da dispersão de gás em células de flotação é comumente caracterizada através de parâmetros como velocidade superficial do gás (Jg), hold-up do gás (?g), distribuição de tamanho de bolha (db ou D3,2) e fluxo de superfície de bolha (Sb). Sendo um processo de separação de minerais que é dependente da interação (colisão + adesão) entre partículas hidrofóbicas e bolhas de ar, a flotação tem seu desempenho dependente de uma dispersão de gás apropriada na polpa de minério. Desta forma, este trabalho objetivou caracterizar o estado da dispersão de gás de duas células em um banco composto por quatro células Wemco de 42,5 m³ (subaeradas), operando em série na usina da Vale Fertilizantes (Cajati-SP). Realizaram-se três campanhas de medidas que foram conduzidas sob diferentes condições operacionais: a) Diâmetro do rotor (D) de 1,09 m e rotação (N) entre 145 RPM e 175 RPM; b) D = 0,99 m e N entre 110 RPM e 190 RPM; c) D = 0,99 m e N de 120 RPM e de 130 RPM. Observaram-se os seguintes valores de dispersão de gás: 0,7 <= Jg <= 5,4 cm/s, 7 <= ?g <= 15%, 1,6 <= D3,2 <= 2,4 mm e Sb na faixa de 24 a 162 s-1. A magnitude de Jg medida na 1ª e 2ª campanhas mostrou-se acima dos valores reportados pela literatura, indicando necessidade de modificação de condições operacionais dos equipamentos, assim como cuidadosa manutenção. Posteriormente, a 3ª campanha indicou maior conformidade dos parâmetros de dispersão de gás em relação à literatura, constatando-se uma considerável melhora de desempenho do processo de flotação.

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.

Síntese e caracterização de filmes de nanopartículas de prata dispersas em poli(uretano-ureia) para separação de gases petroquímicos

A utilização de novos materiais aplicados aos processos de separação por membranas tem sido objeto de constante pesquisa acadêmica e tecnológica. Na permeação de gases petroquímicos, a modificação de estruturas poliméricas e o uso de membranas de transporte facilitado por adição de sais contendo metais ou nanopartículas destacam-se dentre as opções disponíveis. Os objetivos deste trabalho foram avaliar alterações químicas, estruturais e térmicas na matriz polimérica de poli(uretano-ureia) (PUU) provocadas pela adição de nanopartículas de prata (AgNps) e obter dados de pemeabilidade de gases petroquímicos (C2H4, C2H6, CO2 e N2) para avaliar a influência das AgNps no transporte desses gases através do filme polimérico. Alterações nos espectros de FTIR nas bandas de estiramento das ligações C-O-C e C=O (uretânica e ureica), e deslocamentos nos picos de difração, demonstram que houve interação entre as AgNps e o oxigênio éter do PUU. A interação com as AgNps diminuiu a estabilidade térmica dos domínios flexíveis do polímero, região onde são encontrados os grupos éteres. As imagens de TEM mostraram que houve baixa dispersão das Nps na matriz polimérica. A interação das AgNps com o grupo éter diminuiu a permeabilidade de todos os gases, porém a redução da permeabilidade do CO2 e do C2H4 foi muito mais significativa, mostrando a interferência das AgNps na sorção desses dois gases. O transporte facilitado de olefinas através dos filmes poliméricos não foi observado, em parte, causado pela baixa dispersão das AgNps na matriz polimérica. Apesar da interação, não foi possível responder se a superfície das Nps estava ativada para o transporte facilitado. Contudo, através dos resultados do trabalho foi possível propor um mecanismo de interação entre as AgNps e o PUU, e verificar como a presença das Nps pode alterar a interação da matriz polimérica com gases petroquímicos

Accidental release of hazardous gases: modelling and assessing risk

The renewed concern in assessing risks and consequences from technological hazards in industrial and urban areas continues emphasizing the development of local-scale consequence analysis (CA) modelling tools able to predict shortterm pollution episodes and exposure effects on humans and the environment in case of accident with hazardous gases (hazmat). In this context, the main objective of this thesis is the development and validation of the EFfects of Released Hazardous gAses (EFRHA) model. This modelling tool is designed to simulate the outflow and atmospheric dispersion of heavy and passive hazmat gases in complex and build-up areas, and to estimate the exposure consequences of short-term pollution episodes in accordance to regulatory/safety threshold limits. Five main modules comprising up-to-date methods constitute the model: meteorological, terrain, source term, dispersion, and effects modules. Different initial physical states accident scenarios can be examined. Considered the main core of the developed tool, the dispersion module comprises a shallow layer modelling approach capable to account the main influence of obstacles during the hazmat gas dispersion phenomena. Model validation includes qualitative and quantitative analyses of main outputs by the comparison of modelled results against measurements and/or modelled databases. The preliminary analysis of meteorological and source term modules against modelled outputs from extensively validated models shows the consistent description of ambient conditions and the variation of the hazmat gas release. Dispersion is compared against measurements observations in obstructed and unobstructed areas for different release and dispersion scenarios. From the performance validation exercise, acceptable agreement was obtained, showing the reasonable numerical representation of measured features. In general, quality metrics are within or close to the acceptance limits recommended for ‘non-CFD models’, demonstrating its capability to reasonably predict hazmat gases accidental release and atmospheric dispersion in industrial and urban areas. EFRHA model was also applied to a particular case study, the Estarreja Chemical Complex (ECC), for a set of accidental release scenarios within a CA scope. The results show the magnitude of potential effects on the surrounding populated area and influence of the type of accident and the environment on the main outputs. Overall the present thesis shows that EFRHA model can be used as a straightforward tool to support CA studies in the scope of training and planning, but also, to support decision and emergency response in case of hazmat gases accidental release in industrial and built-up areas.

Avaliação da capacidade de adsorção do CO2 em zeólita 12X com gases sintéticos e originados da pirólise do lodo de esgoto

This work depicts a study of the adsorption of carbon dioxide on zeolite 13X. The activities were divided into four stages: study batch adsorption capacity of the adsorbent with synthetic CO2 (4%), fixed bed dynamic evaluation with the commercial mixture of gases (4% CO2, 1.11% CO, 1 2% H2, 0.233% CH4, 0.1% C3, 0.0233% C4 argon as inert closing balance), fixed bed dynamic modeling and evaluation of the breakthrough curve of CO2 originated from the pyrolysis of sewage sludge. The sewage sludge and the adsorbent were characterized by analysis TG / DTA, SEM, XRF and BET. Adsorption studies were carried out under the following operating conditions: temperature 40 °C (for the pyrolysis of the sludge T = 600 °C), pressures of 0.55 to 5.05 bar (batch process), flow rate of the gaseous mixture between 50 - 72 ml/min and the adsorbent masses of 10, 15 and 20 g (fixed bed process). The time for the adsorption batch was 7 h and on the fixed bed was around 180 min. The results of this study showed that in batch adsorption process step with zeolite 13X is efficient and the mass of adsorbed CO2 increases with the increases pressure, decreases with temperature increases and rises due the increase of activation temperature adsorbent. In the batch process were evaluated the breakthrough curves, which were compared with adsorption isotherms represented by the models of Langmuir, Freündlich and Toth. All models well adjusted to the experimental points, but the Langmuir model was chosen in view of its use in the dynamic model does not have implications for adsorption (indeterminacy and larger number of parameters such as occurred with others) in solving the equation. In the fixed bed dynamic study with the synthetic gas mixture, 20 g of mass adsorbent showed the maximum adsorption percentage 46.7% at 40 °C temperature and 50 mL/min of flow rate. The model was satisfactorily fitted to the three breakthrough curves and the parameters were: axial dispersion coefficient (0.0165 dm2/min), effective diffusivity inside the particle (dm2/min 0.0884) and external transfer coefficient mass (0.45 dm/min). The breakthrough curve for CO2 in the process of pyrolysis of the sludge showed a fast saturation with traces of aerosols presents in the gas phase into the fixed bed under the reaction process

Teoria cinética não extensiva: efeitos físicos em gases e plasmas

The standard kinetic theory for a nonrelativistic diluted gas is generalized in the spirit of the nonextensive statistic distribution introduced by Tsallis. The new formalism depends on an arbitrary q parameter measuring the degree of nonextensivity. In the limit q = 1, the extensive Maxwell-Boltzmann theory is recovered. Starting from a purely kinetic deduction of the velocity q-distribution function, the Boltzmann H-teorem is generalized for including the possibility of nonextensive out of equilibrium effects. Based on this investigation, it is proved that Tsallis' distribution is the necessary and sufficient condition defining a thermodynamic equilibrium state in the nonextensive context. This result follows naturally from the generalized transport equation and also from the extended H-theorem. Two physical applications of the nonextensive effects have been considered. Closed analytic expressions were obtained for the Doppler broadening of spectral lines from an excited gas, as well as, for the dispersion relations describing the eletrostatic oscillations in a diluted electronic plasma. In the later case, a comparison with the experimental results strongly suggests a Tsallis distribution with the q parameter smaller than unity. A complementary study is related to the thermodynamic behavior of a relativistic imperfect simple fluid. Using nonequilibrium thermodynamics, we show how the basic primary variables, namely: the energy momentum tensor, the particle and entropy fluxes depend on the several dissipative processes present in the fluid. The temperature variation law for this moving imperfect fluid is also obtained, and the Eckart and Landau-Lifshitz formulations are recovered as particular cases

Simulação da dispersão de poluentes atmosféricos e avaliação da qualidade do ar na área de abrangência do Distrito Industrial de Barcarena-PA

A poluição atmosférica é considerada atualmente um dos maiores problemas da sociedade contemporânea, por ameaçar sua qualidade de vida, pois gera impactos negativos no meio ambiente natural e antrópico. Dentre as formas de controle da poluição atmosférica de fontes fixas podem-se destacar a diluição das emissões na atmosfera devido aos efeitos de dispersão, a adoção de equipamentos de controle antes do lançamento dos gases ou a realocação de fonte, visto ser uma possibilidade a ser sugerida durante o procedimento de licenciamento ambiental de empreendimentos com potencial poluidor do ar. Atualmente modelos computacionais de dispersão de poluentes na atmosfera vêm sendo amplamente utilizados na simulação da concentração de poluentes, visando auxiliar órgãos ambientais no prognóstico da qualidade do ar ou suprir deficiências de monitoramento de emissões atmosféricas. O presente trabalho estudou a qualidade do ar e avaliou a dispersão de poluentes atmosféricos sobre Vila do Conde e áreas de influência do Distrito Industrial de Barcarena, no município de Barcarena, estado do Pará, com auxílio do modelo AERMOD View, visto a possibilidade de se estabelecer uma relação entre os níveis de emissões dos poluentes na fonte, com as concentrações dos mesmos no ar, bem como identificar pontos críticos de poluição. O Índice de Qualidade do Ar – IQA e as fragilidades das populações humanas das áreas afetadas pelos poluentes atmosféricos, também foram mensurados na pesquisa. A metodologia empregada permitiu mensurar a concentração média de poluentes atmosféricos durante um determinado tempo de modelagem, informações quanto ao alcance da pluma de poluentes foram alcançados também. São fornecidos ainda informações quanto à relação entre o valor de pico e o valor médio da concentração nas áreas receptoras, provocadas por empreendimentos com características operacionais similares ao modelado. Os resultados demostram que a influência de parâmetros meteorológicos, na dispersão de poluentes são indispensáveis e determinantes na previsão do impacto na qualidade do ar e no planejamento do uso e ocupação do solo de áreas que abrigam atividades poluidoras da atmosfera.

Eficiência de um filtro de mangas no tratamento de gases oriundos de caldeira de queima de biomassa sólida

Atualmente a implantação de qualquer planta industrial que possa gerar impacto ambiental, ou até mesmo adequação de equipamentos já instalados para a não geração de poluentes ou geração dentro de limites adequados, passa cada vez mais por fiscalização rigorosa dos órgãos ambientais. A ventilação industrial tem sido e continua sendo a principal medida de controle efetiva para ambientes de trabalho que contenham dispersão de efluentes gasosos e material particulado de natureza prejudiciais, e baseado neste fato de relevância inegável é que se fundamenta este estudo. Um sistema de tratamento de gases com enfoque em ventilação local exaustora engloba vários equipamentos, e dentre eles o filtro de mangas é considerado um dos principais, pois sua função é a de efetuar a filtração dos gases proporcionando emissões dentro das tolerâncias dos órgãos ambientais, refletindo desta forma o objeto principal deste estudo de caso, a eficiência do equipamento. Especificamente neste estudo apresentam-se dados de eficiência do filtro de mangas em questão, componente de um sistema de desempoeiramento de uma caldeira de queima de resíduos sólidos. Foram utilizados dados coletados em campo em dois pontos do circuito do sistema, entrada do filtro de mangas e descarga de gases limpos, além de análise do elemento filtrante. As coletas e análises foram realizadas de acordo com as normas para a correta aferição dos dados gerados. Os resultados permitiram observar patamares de eficiência de filtração para os resíduos gerados na queima, demonstrando os cuidados a serem tomados no dimensionamento do equipamento para esta aplicação.

Análise quantitativa de dispersão de vazamentos de substâncias inflamáveis e/ou tóxicas em ambientes com barreiras ou semi confinados.

Com o atual desenvolvimento industrial e tecnológico da sociedade, a presença de substâncias inflamáveis e/ou tóxicas aumentou significativamente em um grande número de atividades. A possível dispersão de gases perigosos em instalações de armazenamento ou em operações de transporte representam uma grande ameaça à saúde e ao meio ambiente. Portanto, a caracterização de uma nuvem inflamável e/ou tóxica é um ponto crítico na análise quantitativa de riscos. O objetivo principal desta tese foi fornecer novas perspectivas que pudessem auxiliar analistas de risco envolvidos na análise de dispersões em cenários complexos, por exemplo, cenários com barreiras ou semi-confinados. A revisão bibliográfica mostrou que, tradicionalmente, modelos empíricos e integrais são usados na análise de dispersão de substâncias tóxicas / inflamáveis, fornecendo estimativas rápidas e geralmente confiáveis ao descrever cenários simples (por exemplo, dispersão em ambientes sem obstruções sobre terreno plano). No entanto, recentemente, o uso de ferramentas de CFD para simular dispersões aumentou de forma significativa. Estas ferramentas permitem modelar cenários mais complexos, como os que ocorrem em espaços semi-confinados ou com a presença de barreiras físicas. Entre todas as ferramentas CFD disponíveis, consta na bibliografia que o software FLACS® tem bom desempenho na simulação destes cenários. Porém, como outras ferramentas similares, ainda precisa ser totalmente validado. Após a revisão bibliográfica sobre testes de campo já executados ao longo dos anos, alguns testes foram selecionados para realização de um exame preliminar de desempenho da ferramenta CFD utilizado neste estudo. Foram investigadas as possíveis fontes de incertezas em termos de capacidade de reprodutibilidade, de dependência de malha e análise de sensibilidade das variáveis de entrada e parâmetros de simulação. Os principais resultados desta fase foram moldados como princípios práticos a serem utilizados por analistas de risco ao realizar análise de dispersão com a presença de barreiras utilizando ferramentas CFD. Embora a revisão bibliográfica tenha mostrado alguns dados experimentais disponíveis na literatura, nenhuma das fontes encontradas incluem estudos detalhados sobre como realizar simulações de CFD precisas nem fornecem indicadores precisos de desempenho. Portanto, novos testes de campo foram realizados a fim de oferecer novos dados para estudos de validação mais abrangentes. Testes de campo de dispersão de nuvem de propano (com e sem a presença de barreiras obstruindo o fluxo) foram realizados no campo de treinamento da empresa Can Padró Segurança e Proteção (em Barcelona). Quatro testes foram realizados, consistindo em liberações de propano com vazões de até 0,5 kg/s, com duração de 40 segundos em uma área de descarga de 700 m2. Os testes de campo contribuíram para a reavaliação dos pontos críticos mapeados durante as primeiras fases deste estudo e forneceram dados experimentais para serem utilizados pela comunidade internacional no estudo de dispersão e validação de modelos. Simulações feitas utilizando-se a ferramenta CFD foram comparadas com os dados experimentais obtidos nos testes de campo. Em termos gerais, o simulador mostrou bom desempenho em relação às taxas de concentração da nuvem. O simulador reproduziu com sucesso a geometria complexa e seus efeitos sobre a dispersão da nuvem, mostrando claramente o efeito da barreira na distribuição das concentrações. No entanto, as simulações não foram capazes de representar toda a dinâmica da dispersão no que concerne aos efeitos da variação do vento, uma vez que as nuvens simuladas diluíram mais rapidamente do que nuvens experimentais.

The effect of alternate supply of shielding gases in austenite stainless steel GTA welding

Welding system has now been concentrated on the development of new process to achieve cost savings, higher productivity and better quality in manufacturing industry. Discrete alternate supply of shielding gas is a new technology that alternately supplies the different kinds of shielding gases in weld zone. As the newdevelopedmethods compared to the previous generalwelding with a mixing supply of shielding gas, it cannot only increase thewelding quality, but also reduce the energy by 20% and the emission rate of fume. As a result, under thesamewelding conditions,comparedwith thewelding by supplying pure argon, argon + 67% helium mixture by conventional method and thewelding by supplying alternately pure argon and pure helium by alternate method showed the increased welding speed. Also, the alternate method showed the same welding speed with argon + 67% helium mixture without largely deteriorating of weld penetration. The alternate method with argon and helium compared with the conventional methods of pure argon and argon + 67% helium mixture produced the lowest degree of welding distortion.

Characteristics of alternate supply of shielding gases in aluminum GMA welding

Recently, unlike conventional method in supplying shielding gas, a newly method which alternately supplies different kinds of shielding gases in weld zone is developed and partly commercialized. However, literature related to the present status of the technology in the actual weld field is very scant. To give better understand on this technology, this study was performed. Compared with conventional gas supply method, the variations of weld porosity and weld shape in aluminum welding with alternate supply method of pure argon and pure helium were compared with conventional gas supply method with pure argon and argon + 67%helium mixture, respectively. As a result, compared with the welding by supplying pure argon and argon + 67%helium mixture by conventional method, the welding by supplying alternately pure argon and pure helium, produced lower degree of weld porosity and deeper and broader weld penetration profile.

Influence of historic land use change on the biosphere-atmosphere-exchange of C and N trace gases in the humid, subtropical region of Queensland

Increases in atmospheric concentrations of the greenhouse gases (GHGs) carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) due to human activities have been linked to climate change. GHG emissions from land use change and agriculture have been identified as significant contributors to both Australia’s and the global GHG budget. This is expected to increase over the coming decades as rates of agriculture intensification and land use change accelerate to support population growth and food production. Limited data exists on CO2, CH4 and N2O trace gas fluxes from subtropical or tropical soils and land uses. To develop effective mitigation strategies a full global warming potential (GWP) accounting methodology is required that includes emissions of the three primary greenhouse gases. Mitigation strategies that focus on one gas only can inadvertently increase emissions of another. For this reason, detailed inventories of GHGs from soils and vegetation under individual land uses are urgently required for subtropical Australia. This study aimed to quantify GHG emissions over two consecutive years from three major land uses; a well-established, unfertilized subtropical grass-legume pasture, a 30 year (lychee) orchard and a remnant subtropical Gallery rainforest, all located near Mooloolah, Queensland. GHG fluxes were measured using a combination of high resolution automated sampling, coarser spatial manual sampling and laboratory incubations. Comparison between the land uses revealed that land use change can have a substantial impact on the GWP on a landscape long after the deforestation event. The conversion of rainforest to agricultural land resulted in as much as a 17 fold increase in GWP, from 251 kg CO2 eq. ha-1 yr-1 in the rainforest to 889 kg CO2 eq. ha-1 yr-1 in the pasture to 2538 kg CO2 eq. ha-1 yr-1 in the lychee plantation. This increase resulted from altered N cycling and a reduction in the aerobic capacity of the soil in the pasture and lychee systems, enhancing denitrification and nitrification events, and reducing atmospheric CH4 uptake in the soil. High infiltration, drainage and subsequent soil aeration under the rainforest limited N2O loss, as well as promoting CH4 uptake of 11.2 g CH4-C ha-1 day-1. This was among the highest reported for rainforest systems, indicating that aerated subtropical rainforests can act as substantial sink of CH4. Interannual climatic variation resulted in significantly higher N2O emission from the pasture during 2008 (5.7 g N2O-N ha day) compared to 2007 (3.9 g N2O-N ha day), despite receiving nearly 500 mm less rainfall. Nitrous oxide emissions from the pasture were highest during the summer months and were highly episodic, related more to the magnitude and distribution of rain events rather than soil moisture alone. Mean N2O emissions from the lychee plantation increased from an average of 4.0 g N2O-N ha-1 day-1, to 19.8 g N2O-N ha-1 day-1 following a split application of N fertilizer (560 kg N ha-1, equivalent to 1 kg N tree-1). The timing of the split application was found to be critical to N2O emissions, with over twice as much lost following an application in spring (emission factor (EF): 1.79%) compared to autumn (EF: 0.91%). This was attributed to the hot and moist climatic conditions and a reduction in plant N uptake during the spring creating conditions conducive to N2O loss. These findings demonstrate that land use change in subtropical Australia can be a significant source of GHGs. Moreover, the study shows that modifying the timing of fertilizer application can be an efficient way of reducing GHG emissions from subtropical horticulture.