Cinética de aquecimento e secagem, propriedades dielétricas e simulação computacional aplicado ao tratamento de cascalho de perfuração por microondas

Cutting from the drilling process and contaminated with non-aqueous drilling fluids are tailings from the oil industry and have gained a attention as environmental laws that control their disposal are increasingly severe. Microwave heating and drying to promote the removal of these contaminants has been studied over the past few years and has been shown to be a promising technology. The kinetics of heating and drying, the penetration depth of electromagnetic radiation, as well as the interaction of the electromagnetic field with the material to be heated are directly associated with the dielectric properties. In addition, the mathematical modeling and numerical simulation of microwave heating and drying operations are strongly dependent on these properties. Thus, the present work aims to evaluate the dielectric properties of the drilling cuttings. Moreover, the present work also investigated the fundamental aspects of the kinetics of heating and drying of cuttings by microwave. To understand the influence of the major components present on the contaminated cuttings, heating curves of components of the cuttings/fluid mixture were individually evaluated. Some classical models of conventional drying of solids were used to describe the kinetics of removal of the fluids present in these contaminated cuttings. Finally, the knowledge of the dielectric properties and the kinetics of heating and drying of the cuttings was used in an electromagnetic simulation process. For this, commercial software was used in order to perform computational simulations to compare the calculated dielectric properties and qualitatively describe the heating operation of the blends evaluated in the present work. In this way, through the results obtained, it was possible to better understand the interaction of the dielectric properties associated to cuttings granulometry and the concentration of contaminants, through the drilling fluid. The kinetic study of heating and drying comprised important aspects related to the interaction of water with the components of the cuttings/fluid mixture, as well as the heating of the solid, evaporation of this water and entrainment of organic bases. The computational simulation showed a strong connection of the dielectric properties with the absorption of energy, through the formation of the electric field, and the dissipation of this energy in the form of heat. Therefore, these results are of great relevance for the improvement and development of improvements in the operation of microwave decontamination, ensuring a fast and effective treatment with low energy costs.Tese (Doutorado)Cascalhos provenientes do processo de escavação e contaminados com fluidos de perfuração não aquosos são rejeitos da indústria do petróleo e tem ganhado bastante atenção, uma vez que as leis ambientais que controlam o seu descarte estão cada vez mais rigorosas. O aquecimento e a secagem por microondas, para promover a remoção desses contaminantes, tem sido estudado ao longo dos últimos anos e tem se mostrado uma tecnologia promissora. A cinética de aquecimento e secagem, bem como a interação do campo eletromagnético com o material a ser aquecido estão diretamente associadas as propriedades dielétricas. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades dielétricas do cascalho de perfuração e os aspectos fundamentais da cinética de aquecimento e secagem de cascalhos por microondas. Para compreender a influência dos principais componentes presentes nos cascalhos contaminados, avaliou-se individualmente curvas de aquecimento de componentes da mistura cascalho/fluido. Alguns modelos clássicos de secagem convencional de sólidos foram empregados com objetivo de descrever a cinética de remoção dos fluidos presentes nestes cascalhos contaminados. Por fim, o conhecimento das propriedades dielétricas e da cinética de aquecimento e secagem foi empregada em um processo de simulação eletromagnética. Com intuito de descrever qualitativamente a operação de aquecimento das misturas avaliadas no presente trabalho. Desta maneira, através dos resultados obtidos pôde-se compreender melhor a interação das propriedades dielétricas associadas a granulometria do cascalho, ou seja, quanto menor a faixa granulométrica maior é a capacidade de converter energia absorvida em calor. Para a concentração de contaminantes, através do fluido de perfuração, quanto maior concentração, maior seria a habilidade de transformar energia absorvida em calor. Por meio do estudo de cinética de aquecimento e secagem compreendeu-se aspectos importantes relacionados à interação da água com os componentes da mistura cascalho/fluido, bem como o aquecimento do sólido e transferência de energia por condução para bases orgânicas. O modelo que melhor se aproximou dos dados experimentais foi o Modelo de Secagem por Microondas- MSM (proposto por esse trabalho), descrevendo satisfatoriamente a operação de secagem dos fluidos de perfuração através do aquecimento via microondas. A simulação computacional mostrou uma forte ligação das propriedades dielétricas com a absorção de energia, através da formação do campo elétrico, e a dissipação dessa energia na forma de calor. Portanto, esses resultados são de grande relevância para o aprimoramento e desenvolvimento de melhorias na operação de tratamento de sólidos de perfuração por microondas, assegurando um tratamento rápido, eficaz com baixo custo energético

Automação industrial e uso de plataforma virtual aliada à programação computacional em diferentes aplicações industriais / Industrial automation and use a virtual platform allied to computer programming in different industrial applications

Este trabalho busca desenvolver sistemas de uso industrial utilizando a plataforma online Tinkercad a fim de avaliar a sua importância para o cenário da simulação e automação. Dessa forma, os sistemas foram criados em meios industriais hipotéticos, onde sua utilidade poderia ser evidenciada, são os projetos: um auxiliador de esteira industrial, uma estufa secadora e um projeto de andon. As simulações foram bem-sucedidas, abrindo discussões quanto a sua importância em aplicações de escalas maiores e mais complexas, sendo a simulação virtual um esboço e um alinhamento mental para os planejamentos e estratégias de projetos, possibilitando oportunidades de estímulo à criatividade no setor industrial em geral

Controle da produção de etilenoglicóis em meio catalítico e não catalítico em Matlab e linguagem Python / Control of the production of ethylene glycols in catalytic and non-catalytic medium in Matlab and Python language

 O presente trabalho utilizou da modelagem matemática de controle de sistemas e das plataformas MatLab® e linguagem de programação Python para a simulação da produção de etilenoglicóis em meio catalítico e não catalítico. Deste modo, determinou-se que a simulação não catalisada resulta na seletividade de 61% de monoetilenoglicol, com erro percentual de 17,2% em relação a literatura, enquanto a catalisada resulta em 98%, com erro percentual de 4,3%, ambas na conversão de 0,59

Simulação e análise ambiental do processo de purificação do metilciclohexano por destilação extrativa com uso de software livre: Simulation and environmental analysis of the purification process of methylcyclohexane by extractive distillation using free software

Nas últimas décadas, a indústria química tem buscado desenvolver processos mais ambientalmente favoráveis. O presente estudo tem como objetivo avaliar o impacto ambiental do processo de purificação do metilciclohexano através da destilação extrativa com etilbenzeno como solvente. Existem diferentes tipos de indicadores ambientais na engenharia que podem ser empregados para avaliar um processo químico, entre os vários, pode-se destacar o algoritmo WAR. Essa metodologia avalia o potencial de impacto ambiental (PEI) a partir dos dados do balanço de massa e energia do processo. O presente trabalhou utilizou o software iiSE para construir o fluxograma do processo e fornecer os dados necessário de balanço material para análise ambiental. O iiSE é um simulador de processos de estado estacionário orientado para equações. Nesse estudo, a pureza do metilciclohexano obtida foi de 90,8%, um pouco abaixo dos valores exigidos pelo mercado (>98%). O metilcilclohexano perdido no processo influenciando negativamente a análise ambiental do método, devido ao alto teor de compostos orgânicos. Diante disto, os resultados alcançados mostram que é preciso otimizar os parâmetros operacionais atuais das colunas ou investigar outros tipos de solventes

Cálculo de mapas de curvas residuais aplicando modelos de equilíbrio e correção por eficiência

Distillation is the most applied unit operation in industrial plants due to its large application for ideal and non-ideal mixtures. Residue curve map is a tool used when one wants to test the feasibility of separation of a given mixture in a distillation column. This tool can be used as a preliminary estimate of probable products will be obtained after distillation of a mixture. Residue curve maps are usually calculated assuming equilibrium between liquid and vapor phases. However, it is known that the inclusion of mass transfer parameters can correct the assumption of equilibrium data presented closer to real distillation. An important property of residue curve maps is the presence of the distillation boundaries. A distillation boundary breaks the residue curve map in different regions of distillation, making it impossible to obtain any pure components of the mixture. In the 90 decade, few scientific studies have been published indicating the possibility of crossing distillation boundaries when non-equilibrium models were applied to calculate the residue curves. This verification contests the concept of distillation boundaries and should be analyzed in the further. The main purpose of this work was to develop software suitable for the construction of residue curve maps for ideal and non-ideal mixtures applying equilibrium models with and without correction for efficiency. Conventional activity models (NRTL, UNIQUAC and Wilson) were evaluated to describe the non-ideality liquid phase. Was considered the correlation of BARROS and WOLF (1997) for the calculation of efficiency in order to correct the assumption of the equilibrium phase. For this study, we evaluated the sensitivity of the residual curves when this correlation was employed, and also to examine the possibility of crossing the distillation boundaries. Using case study the ideal mixture of pentane-hexane-heptane and the mixture is non-ideal ethanol-water-acetone for validation of the developed software. The use of different activity models did not result in significantly different of residue curve map, showing that, for the case evaluated formed by acetone-chloroform-benzene three activity models behavior were quite similar and efficient displaying clearly the residue curve of the mixture evaluated. To study the sensitivity of residual curves as well as the possibility of crossing the distillation boundary five different cases were studied. The first case of study involved again the ideal mixture formed by pentane-hexane-heptane with relative deviation between the modeling of 3.83%. To a mixture of ethanol-water-acetone the relative deviation was approximately 3.67% were not observed the crossing of distillation boundary. For methanol-isopropanol-water were performed a comparison of data from this study with the literature pointing the model corrected by efficiency was closest to the real values of a distillation process. For the mixture formed by chloroform-acetone-benzene the relative deviation was 5.21% and was not found crossing the distillation boundary. Finally, we analyzed the mixture formed by acetone-chloroform-methanol where the relative deviation was 4.82%. Thus, it becomes apparent that the use of different models can create different regions of distillation due the distillation boundaries sensibility, so it is recommended to use non-equilibrium modeling or correlation for efficiency, because these models take into account parameters of mass transfer and energy generating more accurate data for the distillation process, particularly in regions near the distillation boundaries.Mestre em Engenharia QuímicaA operação unitária que predomina na maioria das plantas industriais é a destilação, dada a sua vasta aplicação em misturas ideais e não ideais. Mapa de curvas residuais é uma ferramenta utilizada quando se quer testar a viabilidade de separação de determinada mistura em uma coluna de destilação. Os mapas de curvas residuais podem ser utilizados como uma estimativa preliminar de prováveis produtos que serão obtidos após a destilação de uma dada mistura. Mapas de curvas residuais são geralmente calculados assumindo equilíbrio entre as fases liquido e vapor. Contudo, sabe-se que a inclusão de parâmetros de transferência de massa pode corrigir a suposição de equilíbrio, apresentado dados mais próximos aos reais. Uma característica importante no mapa de curvas residuais é a presença de fronteiras de destilação. Uma fronteira de destilação divide o mapa de curvas residuais em regiões distintas de destilação, tornando impossível a obtenção de todos componentes puros da mistura. Na década de 90, alguns trabalhos científicos foram publicados apontando a possibilidade de cruzamento de fronteiras de destilação quando modelos de não equilíbrio eram aplicados no cálculo das curvas residuais. Tal constatação contradiz o conceito de fronteiras de destilação e deve ser analisada mais profundamente. O objetivo central desse trabalho foi desenvolver um programa computacional próprio para a construção de mapas de curvas residuais para misturas ideais e não ideais aplicando modelos de equilíbrio com e sem correção por eficiência. Modelos convencionais de atividade (como NRTL, UNIQUAC e WILSON) foram avaliados para descrever a não idealidade da fase líquida. Foi considerada ainda a correlação de BARROS E WOLF (1997) para o cálculo de eficiência a fim de corrigir a suposição de equilíbrio de fases. Para este caso, foi avaliada a sensibilidade das curvas residuais quando esta correlação foi empregada, bem como para analisar a possibilidade do cruzamento da fronteira de destilação. Tomou-se como caso de estudo a mistura ideal de pentano-hexano-heptano para validação do programa desenvolvido. A utilização de diferentes modelos de atividade não resultou em curvas residuais significativamente diferentes, mostrando que, para o caso avaliado formado por acetona-clorofórmio-benzeno os três modelos de atividade apresentaram comportamento bastante semelhante e eficiente exibindo com clareza as curvas residuais da mistura avaliada. Para o estudo da sensibilidade das curvas residuais bem como a possiblidade do cruzamento da fronteira de destilação foram estudados cinco casos diferentes. O primeiro caso de estudo envolveu novamente a mistura ideal formada por pentano-hexano-heptano com um desvio relativo entre as modelagens de 3,83%. Para a mistura etanol-água-acetona o desvio relativo foi da ordem de 3,67% não sendo observado o cruzamento da fronteira de destilação. Para a mistura metanol-isopranol-água foram realizados uma comparação de dados do presente trabalho com os da literatura apontando a modelagem corrigida pela eficiência como mais próxima dos valores reais de um processo de destilação. Para a mistura formada por clorofórmio-acetona-benzeno o desvio relativo foi de 5,21% e também não foi constatado o cruzamento da fronteira de destilação. Por fim, foi analisada a mistura formada por acetona-clorofórmio-metanol onde o desvio relativo foi de 4,82%. Deste modo, torna-se evidente que a utilização de diferentes modelagens pode gerar diferentes regiões de destilação devido a sensibilidade da fronteira de destilação, assim, recomenda-se o uso da modelagem de não equilíbrio ou mesmo das correlações de eficiência, pois esses modelos levam em conta parâmetros de transferência de massa e energia gerando dados mais precisos para o processo de destilação principalmente em regiões próximas a fronteira de destilação

ALGINATE GEL ENTRAPPED ECTOMYCORRHIZAL INOCULUM PROMOTED GROWTH OF Eucalyptus CLONES CUTTING UNDER NURSERY CONDITIONS

Plant inoculation with ectomycorrhizal fungi (EMF) is a maximizing the productive potential of forest stands possibility. Thus, the inoculation efficiency with Ca-alginate gel entrapped EMF vegetative mycelium was evaluated in a commercial nursery of Eucalyptus clones GG100 and GG680 rooted cuttings. The cuttings were inoculated with Pisolithus microcarpus, Hysterangium gardneri and Scleroderma areolatum and cultivated under low phosphate fertilization, and compared with uninoculated control treatments with reduced (Low P control) and full phosphate fertilization (High P control). Pisolithus microcarpus inoculation increased shoot height, root collar diameter, shoot dry mass (SDM), total dry mass (TDM), and frequency of maximum score for root ball formation of the two clones, compared to the Low P control treatment. Also in relation to the Low P control treatment, H. gardneri inoculation increased SDM in GG100 rooted cuttings. Scleroderma areolatum inoculation did not enhance any characteristic of Eucalyptus rooted cuttings. Inoculation of vegetative mycelium with EMF impregnated in Ca-alginate gel intensified rooted cutting growth in a commercial Eucalyptus nursery and decreases the P dose required. Based on comparison of two Eucalyptus clones, the inoculants efficiency in promoting benefits depends on the fungus and the Eucalyptus clone. Pisolithus microcarpus is most promising for inoculation in Eucalyptus cuttings.The accepted manuscript in pdf format is listed with the files at the bottom of this page. The presentation of the authors' names and (or) special characters in the title of the manuscript may differ slightly between what is listed on this page and what is listed in the pdf file of the accepted manuscript; that in the pdf file of the accepted manuscript is what was submitted by the author

Eucalyptus Field Growth and Colonization of Clones Pre-Inoculated with Ectomycorrhizal Fungi

Ectomycorrhizae are classified as biotechnology to increase the sustainability of planted forests, and fieldwork is needed to confirm its effectiveness. The growth of rooted cuttings of Eucalyptus clones GG100 and GG680, which had been previously inoculated in the nursery with ectomycorrhizal fungi, was evaluated after planting them in the field. The ectomycorrhizal fungi (EMF) inoculated were: Pisolithus microcarpus, Hysterangium gardneri, or Scleroderma areolatum. Uninoculated rooted cuttings were used as controls. The inoculated treatments and the uninoculated controls (low P control) were grown in a nursery with reduced phosphate fertilization. Additionally, uninoculated controls were grown on a substrate with complete phosphate nursery fertilization (high P control). After two months, the plant height of clone GG100 inoculated with P. microcarpus was 16% taller and of clone GG680 13% higher than the low P control treatment. At the same time, the collar diameter of the plants inoculated with H. gardneri and P. microcarpus was the same as in the high P control. At 12 months, the growth of the inoculated and low P control plants was the same as in the high P control. For ectomycorrhizal colonization, after six months, the mean percentage of colonized root tips was highest in plants inoculated with S. areolatum, followed by those inoculated with P. microcarpus and of the low P control. After one year, ECM colonization was equal in all treatments and 4.3 times greater than it was at 6 months. Inoculation with ECM fungi in the nursery boosts early plant growth after transfer to the field, although the effect depends on the specific ectomycorrhizal fungus and the clone. Further ectomycorrhizal colonization of Eucalyptus occurs naturally and increases with tree development in the field

<i>Eucalyptus</i> Field Growth and Colonization of Clones Pre-Inoculated with Ectomycorrhizal Fungi

Ectomycorrhizae are classified as biotechnology to increase the sustainability of planted forests, and fieldwork is needed to confirm its effectiveness. The growth of rooted cuttings of Eucalyptus clones GG100 and GG680, which had been previously inoculated in the nursery with ectomycorrhizal fungi, was evaluated after planting them in the field. The ectomycorrhizal fungi (EMF) inoculated were: Pisolithus microcarpus, Hysterangium gardneri, or Scleroderma areolatum. Uninoculated rooted cuttings were used as controls. The inoculated treatments and the uninoculated controls (low P control) were grown in a nursery with reduced phosphate fertilization. Additionally, uninoculated controls were grown on a substrate with complete phosphate nursery fertilization (high P control). After two months, the plant height of clone GG100 inoculated with P. microcarpus was 16% taller and of clone GG680 13% higher than the low P control treatment. At the same time, the collar diameter of the plants inoculated with H. gardneri and P. microcarpus was the same as in the high P control. At 12 months, the growth of the inoculated and low P control plants was the same as in the high P control. For ectomycorrhizal colonization, after six months, the mean percentage of colonized root tips was highest in plants inoculated with S. areolatum, followed by those inoculated with P. microcarpus and of the low P control. After one year, ECM colonization was equal in all treatments and 4.3 times greater than it was at 6 months. Inoculation with ECM fungi in the nursery boosts early plant growth after transfer to the field, although the effect depends on the specific ectomycorrhizal fungus and the clone. Further ectomycorrhizal colonization of Eucalyptus occurs naturally and increases with tree development in the field