Structures hyperboliques et propriétés robustes des flots singuliers

Tesis en cotutela entre la l’Université de Bourgogne y la Universidad de la República (Uruguay)El informe de la tesis se encuentra en inglés.A property of a dynamical system is called Cr-robust if it holds on a Cr-open set of systems. For diffeomorphisms or for non-singular flows, there are many results relating C1-robust properties and global structures of the dynamics, as hyperbolicity, partial hyperbolicity, dominated splitting. However, a difículty appears when a robust property of a ow holds on a set containing recurrent orbits accumulating a singular point. This phenomenon is mainly understood in dimension 3, but till now it remained the main obstruction in order to recover these kind of results for singular flows. First, construct a robust example in a 5 dimensional manifold, of a a star flow containing 2 singularities of different indexes in the same chain recurrence class. This allows us to show that a direct generalization of the results in dimension 3 for singular star flows is notpossible. i.e. There are open sets of star flows that are not singular hyperbolic in the classical sense. Secondly, with Christian Bonatti we propose a a general procedure for adapting the usual hyperbolic structures to the singularities, opening the door for bypassing the difficulty of the coexistence of singular and regular orbits. In particular, this new definition allows us to adapt the proof in [MPP] to get a characterization of star flows on a C1-open and dense set. And third , using the same tool described above,we partially recover the results in [ABC] and [BDP] for flows, showing that there is a C1-open and dense set of vector fields such thata flow having a robustly chain transitive sets has a weak form of hyperbolicity. This shows that the way we propose to interpret the effect of singularities, has the potential to adapt to other settings in which there is coexistence of singularities and regular orbits with the goal of reobtaining the results that we already know for diffeomorphisms.S’il existe un ensemble ouvert dans la topologie Cr qui satisfait une certaine propriété, alors on dit éque la propriété est Cr-robuste. Tant pour diféomorphismes comme pour flots non singuliers, on a beaucoup de résultats à propos de porpriétés C1-robustes et structures globales de la dynamique, par exemple l’hyperbolicité, l’hyperbolicité partielle ou les splittings dominés. En outre, plusieures difficultées se présentent lorsqu’une propriété robuste est satisfaite pour un ensemble d’orbites contenant orbites regulières qui s’accumulent contre des singularitées. Ce phénomène est compris surtout en dimension 3, mais jusqu’à présent il était un problème généraliser ce genre de résultats pour dimensions majeures. Ce travail construit, en première instance, un ouvert de examples en dimensión 5 d’un flot étoile qui contient 2 singularitées avec diffrents indice, robustemment dans la même classe de récurrence par chaînes. Celà nous permet montrer qu’une généralisation directe des résultats qu’on a en dimmension 3 ne saurait être posibleê en dimensions plus hautes. En effet, on a des ensembles ouverts de flots étoile qui ne sont pas robustemment transitifs au sens classique. Dans une deuxième instance, avec Christian Bonatti, on propose un procédé général pour adapter les structures hyperboliques usuelles aux singulières. On croit que cette interprétation de’effet des singularitées sur les structures hyperboliques, ouvre un chemin pour traiter avec la difficulté de la coéxistance robuste de singularitées et d’orbites régulières. En particulierm cette nouvelle définition nous permet de généraliser la démontration de [MPP] pour obtenir une caractérisation des flots étoile dans un ouvert dense en toute dimension. Finalement, en utilisant la même stratégie mentionnée préécédemment, on récupère les résultats de [ABC] et [BDP] pour des flots. On montre il y a un ouvert et dense des flots dans le quel un flot avec une classe de récurrence robuste a un type d’hyperbolicité faible. Ceci montre que la manière qu’on propose pour interpréter les singularitées a le potentiel de s’adapter aux diverses situations dans lesquelles coéxistent les singularitées avec les orbites régularitéesé avec l’objectif de retrouver les résultats pour des difféomorphismes.Una propiedad de un sistema dinámico es Cr- robusta si se cumple para un conjunto abierto de sistemas con la topología Cr. Para difeomorfismos o flujo no singulares, existen muchos resultados relacionando propiedades C1-robustas y estructuras globales de la dinámicas, como la hiperbolicidad, hiperbolicidad parcial o splittings dominados. Por otro lado existen dificultades cuando una propiedad robusta se cumple en un conjunto de órbitas conteniendo órbitas regulares que acumulan contra singularidades. Este fenómeno está bien entendido principalmente en dimensión 3, pero hasta ahora seguía siendo una obstrucción para generalizar este tipo de resultados en dimensiones más altas. En este trabajo en primer lugar construimos un avierto de ejemplos en dimensión 5 de un flujo estrella que contiene 2 singularidades de distinto índice, robustamente en la misma clase de recurrencia por cadenas. Esto nos permite mostrar que una generalización directa de los resultados en dimensión 3, no va a ser posible en dimensiones más altas, es decir, existen conjuntos abiertos de flujos estrella, que no son singularmente hiperbólicos en el sentido clásico. En segundo lugar, con Chrsitian Bonatti, proponemos un procedimiento general para adaptar las estructuras hiperbólicas usuales a las singularidades. Creemos que esta interpretación del efecto de las singularidades sobre las estructuras hiperbólicas, abre un camino para tratar con la ya mencionada dificultad de la coexistencia robusta de singularidades y órbitas regulares. En particular esta nueva definición nos permite generalizar la prueba en [MPP] para obtener una caracterización de los flujos estrella en un abierto y denso y para cualquier dimensión. En tercer lugar, usando la misma herramienta mencionada arriba recuperamos los resultados en [ABC] y[BDP] para flujos. Mostramos hay un avierto y denso C1 de campos en el que un flujo con una clase de recurrencia robusta tiene una forma de hiperbolicidad débil. Esto muestra que la manera que proponemos de interpretar las singularidades tiene el potencial de adaptarse a las diversas situaciones en las que coexisten singularidades y órbitas regulares con el fin de re obtener los resultados para difeomorfismos

Aplicação de processos adsortivos na remoção de compostos BTX presentes em efluentes petroquímicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.Muitos compostos orgânicos tóxicos estão presentes nos efluentes das indústrias petroquímicas, especialmente hidrocarbonetos de difícil remoção, tais como os compostos BTX (benzeno, tolueno e o-xileno). Estes compostos apresentam um elevado potencial de contaminação, representando um sério risco ao meio ambiente e ao homem, sendo que o benzeno é considerado o mais tóxico, devido ao seu potencial carcinogênico e mutagênico. Atualmente o aumento da preocupação com as questões ambientais, bem como o maior rigor da legislação no despejo de contaminantes em corpos receptores tem incentivado a busca por novas tecnologias para o tratamento de efluentes industriais que contenham tais contaminantes. Destas tecnologias o método de adsorção oferece o método mais efetivo, pois este consegue alcançar o limite estabelecido pela resolução do CONAMA para a concentração do descarte nos corpos d'água. As condições favoráveis para operar plantas industriais que visam à adsorção de compostos químicos podem ser preditas através da modelagem matemática e simulação numérica dos fenômenos envolvidos. No presente trabalho é utilizado um modelo fenomenológico que descreve o processo de remoção dos compostos BTX através da adsorção em uma coluna de leito fixo, utilizando-se carvão ativado como adsorvente. Os parâmetros cinéticos e de equilíbrio termodinâmico foram obtidos experimentalmente em reatores batelada para os compostos BTX mono e multicomponente, onde a competitividade por sítio ativo de adsorção também foi investigada. Os ensaios experimentais mostraram que, dos três compostos estudados, o o-xileno é o contaminante mais competitivo pelo sítio ativo de adsorção. Este fato está ligado à interação com a superfície do material, peso molecular e solubilidade dos compostos. O modelo considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente. As equações foram discretizadas utilizando o método de Volumes Finitos com função de interpolação UDS e CDS. Através do algoritmo computacional desenvolvido em linguagem FORTRAN, foi realizada uma análise de sensibilidade paramétrica das condições operacionais do processo de adsorção. Os resultados obtidos pela simulação apresentaram boa concordância quando comparados com dados experimentais encontrados na literatura. Os resultados das simulações mostraram que todos os parâmetros avaliados influenciam na adsorção dos compostos BTX, e que o modelo matemático e a metodologia numérica podem ser usados como uma ferramenta para prever o comportamento dinâmico e estacionário do processo de adsorção utilizados para determinar as condições economicamente ótimas de uma coluna de adsorção em leito fixo de adsorvente

Aplicação de coluna de adsorção em leito fixo para a remoção de compostos BTX multicomponentes presentes em efluentes petroquímicos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaNeste trabalho foi realizado o estudo da adsorção e dessorção dos compostos BTX (benzeno, tolueno e o-xileno) em carvão de casca de coco, ativado termicamente. Os parâmetros cinéticos foram obtidos experimentalmente em reatores batelada e em coluna de leito fixo para os compostos BTX mono e multicomponentes, onde a competitividade por sítio ativo de adsorção também foi investigada. A maioria dos trabalhos existentes na literatura, abordam a adsorção monocomponente, sendo que o efeito competitivo e aditivo dos compostos por sítio ativo não é muito explorado. Este efeito é de grande importância para avaliação das condições operacionais em uma coluna de adsorção que opere com remoção multicomponente.. As isotermas de adsorção foram obtidas para os compostos mono e multicomponentes com o objetivo do conhecimento dos parâmetros de equilíbrio termodinâmico, sendo que o modelo que apresentou melhores resultados foi o modelo de isoterma de Langmuir para os compostos individuais e para a mistura. Os ensaios experimentais mostraram que, dos três compostos estudados, o o-xileno é o contaminante mais competitivo pelo sítio ativo de adsorção. Este fato está ligado à interação com a superfície do material, massa molar e solubilidade dos compostos. Foram realizados ensaios variando as condições operacionais da coluna e a adsorção ao longo do leito também foi analisada. Neste trabalho, foi utilizado um modelo fenomenológico que descreve o processo de remoção dos compostos BTX em uma coluna de leito fixo de carvão ativado. O modelo considera as resistências de transferência de massa interna e externa à partícula do adsorvente. As equações foram discretizadas utilizando o método de Volumes Finitos com formulação WUDS (Weight Upstream Differencing Scheme) e CDS (Esquema de Diferenças Centrais). O algoritmo computacional foi desenvolvido em linguagem FORTRAN. Os resultados das curvas de ruptura obtidos pela simulação apresentaram boa concordância quando comparados com dados experimentais (erro máximo de 11,52 %). Foi realizada uma análise de sensibilidade paramétrica das condições operacionais do processo de adsorção, sendo os resultados comparados com os dados experimentais. Os resultados das simulações e os resultados experimentais mostraram que todos os parâmetros avaliados influenciam na adsorção dos compostos BTX, e que o modelo matemático e a metodologia numérica podem ser usados como uma ferramenta para prever o comportamento dinâmico e estacionário do processo de adsorção mono e multicomponente, tendo os parâmetros do processo, e assim determinar as condições economicamente ótimas de uma coluna de adsorção. O estudo da regeneração do leito com solvente água e em diferentes pHs mostrou que este processo é ineficiente, enquanto que a regeneração com metanol e etanol apresentou bons resultados. O melhor resultado para a remoção dos compostos BTX do adsorvente foi encontrado com o solvente etanol, obtendo-se uma média percentual de remoção dos ciclos de regeneração de (90 % benzeno; 82 % tolueno e 78 % o-xileno), sendo que este foi escolhido como solvente dessorvente deste trabalho por apresentar melhor recuperação dos contaminantes e por ser um solvente que não apresenta toxicidade, além de ser produzido em grande escala no Brasil.The purpose of this study was to investigate the adsorption (and subsequent desorption) of BTX compounds (benzene, toluene and o-xylene) onto thermally-activated carbon obtained from coconut shell. The kinetic parameters were obtained experimentally in batch reactors and a fixed-bed column for mono and multi BTX compounds, and competitiveness for the active site of adsorption was also investigated. Most studies in the literature are addressed the single component adsorption and the competitive and additive effect of the compounds by active site is not much explored. This effect is of great importance for obtaining the operational conditions in an adsorption column operating with multicomponent removal. The adsorption isotherms were obtained for the mono and multicomponent compounds with the aim of understanding the thermodynamic equilibrium parameters. The model which provided the best results was the Langmuir isotherm model both for individual compounds and for the mixture. Experimental tests showed that of the three compounds studied, o-xylene is the most competitive contaminant for the active site of adsorption. This finding is related to the interaction with the material surface, molecular weight and solubility of the compounds. Tests were carried out varying the operating conditions of the column and adsorption along the bed was analyzed. In this study a phenomenological model that describes the process involved in the removal of BTX compounds in a fixed-bed column of activated carbon was applied. The model considers the mass transfer resistance inside and outside the adsorbent particle. The equations were discretized using the Finite Volume Method with the interpolation functions WUDS (Weighted Upstream Differencing Scheme) and CDS (Central Difference Scheme). The computational algorithm was developed in FORTRAN language. The results obtained by breakthrough curves simulation showed good agreement when compared with experimental data (maximum error of 11.52%). A parametric sensitivity analysis of the operational conditions of the adsorption process was performed and the results were compared with experimental data. The simulation results and experimental results showed that the parameters influencing the adsorption of BTX compounds can be used together with the mathematical model and the numerical methodology as a tool to predict the dynamic behavior and stationary process of mono and multicomponent adsorption, and thereby design an economically optimized adsorption column. The regeneration of the bed with water as a solvent at different pH values was found to be ineffective; however, methanol and ethanol provided better results. The best results for the desorption of BTX compounds from the adsorbent were obtained with ethanol as a solvent, obtaining average removal percentages in the regeneration cycles of 90% for benzene, 82% for toluene and 78% for o-xylene. This solvent was thus chosen as the desorbent solvent in this study since it is non toxic, allows good contaminant recovery and is produced on a large-scale in Brazil