Dependence of Surface Tension and Viscosity on Temperature in Multicomponent Alloys

Viscosity modeling for pure metals and alloys is widely studied, and many solutions for dependence of viscosity on temperature can be found in the literature for pure metals and alloys. Many of these depend on experimental data for pre-exponential and exponential coefficients. Two key models include: (i) Kaptay model for pure metals, which is completely independent of experimental data and depends only on general constants A and B for a large set of pure metals with few exceptions and (ii) Kaptay viscosity model for liquid alloys derived on the same principles, a temperature-dependent viscosity only as a function of thermophysical properties of the alloy components. In the case of surface tension, the main available models are divided into four groups: Butler formulation-based models, density-functional models, semi-empirical models, and thermodynamic geometric models. Considering the absence of adequate models for surface tension, in this work, two equations relating surface tension and viscosity for pure metals are analyzed as a function of temperature. Regarding the Egry surface tension-viscosity relation for pure metals, a new relation equation for multicomponent alloys is proposed. By applying the proposed equation, the surface tension is calculated and plotted as a function of temperature for ternary and quaternary aluminum alloys

On the Determination of Molar Heat Capacity of Transition Elements: From the Absolute Zero to the Melting Point

Molar specific heat is one of the most important thermophysical properties to determine the sensible heat, heat of transformation, enthalpy, entropy, thermal conductivity, and many other physical properties present in several fields of physics, chemistry, materials science, metallurgy, and engineering. Recently, a model was proposed to calculate the Density of State by limiting the total number of modes by solid–liquid and solid–solid phase nucleation and by the entropy associated with phase transition. In this model, the new formulation of Debye’s equation encompasses the phonic, electronic, and rotational energies contributions to the molar heat capacity of the solids. Anomalies observed in the molar specific heat capacity, such as thermal, magnetic, configurational transitions, and electronic, can be treated by their transitional entropies. Model predictions are compared with experimental scatter for transitional elements

Study of electroflotation method for treatment of wastewater from washing soil contaminated by heavy metals

AbstractElectroflotation method (EFM) for treatment of synthetic solutions simulating wastewater from washing soil contaminated by drilling fluids from oil wells was investigated in this paper. Experiments were carried out to examine the effects of the operating conditions on the removal of lead, barium and zinc from solutions containing 15mgdm−3 for each metal representing a typical concentration of wastewater generated in the washing soil in this treatment. The experimental results showed that it is possible to remove these heavy metals by electrocoagulation/electroflotation (ECF) attaining 97% of removal using stainless steel mesh electrodes with a power consumption of 14kWhm−3. The optimal conditions of treatment were sodium dodecyl sulfate (SDS) in a molar ratio 3:1, current density around 350Am−2, ionic strength 3.2×10−3M, pH=10.0 and 20min of ECF. This study newly indicated that the proposed method is adequate to simultaneously treat the common heavy metals found in the drilling fluids oil wells

Modelagem e simulação computacional da injeção de carvão pulverizado no canal adutor da “raceway” de altos-fornos

The blast furnace is a counter current flow reactor whose main purpose is to produce hot metal. This process uses as auxiliary fuel the injection of pulverized coal through the equipment termed tuyere. Recently, the price of premium coals became prohibitive for using in the blast furnace, especially in Brazil, where this raw material is imported. The analysis was based on a 3D multi phase mathematical model. Three phases are considered in this model, namely, gaseous phase and two solid phases of pulverized coals. It was analyzed a high volatile and low volatile pulverized coal into different configurations of injection lances. The pulverized coal phases are considered separately pursuing velocity fields, temperature and the chemical composition. The chemical kinetics rates were adapted from literature and eventually the rate constants were adjusted for representing the individual reactivity of the pulverized coal. The numerical solutions of the highly non-linear system of differential equations were obtained in a computational code written in Fortran 90/95, based on finite volume method. Nonorthogonal mesh was used to representing the geometry of experimental apparatus and the raceway channel. The model was validated against experimental results and afterwards was used to simulate the injection of two pulverized coals into the raceway. The comparison between model results for temperature and gas composition and experimental/industrial data showed very close agreement. The mathematical model proved to be useful to predict the effect of injection of different coal types in the raceway and an efficient tool to evaluate new raw materials for the blast furnace. Key words: Blast furnace, ironmaking, tuyeres, Pulverized coal injection, mathematical modeling, computational simulation.O alto-forno é um reator de fluxo contra corrente e tem como principal objetivo a produção de gusa. A injeção de materiais particulados é feita via ventaneiras objetivando diminuir a quantidade de coque carregado via topo do alto-forno. Esta técnica abriu as opções de utilização de matérias-primas de menor valor agregado que o coque, insumo que no Brasil é produzido com misturas de carvões importados. Este trabalho propõe a simulação da injeção de carvão pulverizado utilizando um modelo matemático 3D, multifásico. Como fases consideramse uma fase gasosa e duas fases sólidas correspondendo a dois tipos de carvões pulverizados, com alto e baixo teor de voláteis respectivamente. Desta forma, as fases sólidas, quando consideradas simultaneamente na injeção, são representadas por diferentes campos de velocidade e temperatura, além de sua própria composição química. As taxas de cinética química das reações foram consideradas através de modelos clássicos da literatura e eventualmente tiveram suas constantes ajustadas para melhor representarem os carvões individualmente no processo industrial. A solução numérica foi obtida através de um código desenvolvido em Fortran 90/95, com base no método de volumes finitos utilizado na discretização do sistema de equações diferenciais não lineares. A malha utilizada é não ortogonal para melhor representar a geometria do equipamento experimental descrito na literatura e utilizado para validar o modelo e, posteriormente, a geometria das ventaneiras com diferentes pontos de injeção. Os resultados obtidos de temperatura e composição do gás apresentam uma boa concordância com os resultados experimentais. O modelo também se mostra eficiente para a previsão do efeito de diferentes tipos de carvão injetados via ventaneiras. Palavras-chave: Alto-forno, redução, ventaneiras, injeção de carvão, modelagem matemática, simulação computacional

Modelagem e simulação computacional da injeção de carvão pulverizado no canal adutor da “raceway” de altos-fornos

The blast furnace is a counter current flow reactor whose main purpose is to produce hot metal. This process uses as auxiliary fuel the injection of pulverized coal through the equipment termed tuyere. Recently, the price of premium coals became prohibitive for using in the blast furnace, especially in Brazil, where this raw material is imported. The analysis was based on a 3D multi phase mathematical model. Three phases are considered in this model, namely, gaseous phase and two solid phases of pulverized coals. It was analyzed a high volatile and low volatile pulverized coal into different configurations of injection lances. The pulverized coal phases are considered separately pursuing velocity fields, temperature and the chemical composition. The chemical kinetics rates were adapted from literature and eventually the rate constants were adjusted for representing the individual reactivity of the pulverized coal. The numerical solutions of the highly non-linear system of differential equations were obtained in a computational code written in Fortran 90/95, based on finite volume method. Nonorthogonal mesh was used to representing the geometry of experimental apparatus and the raceway channel. The model was validated against experimental results and afterwards was used to simulate the injection of two pulverized coals into the raceway. The comparison between model results for temperature and gas composition and experimental/industrial data showed very close agreement. The mathematical model proved to be useful to predict the effect of injection of different coal types in the raceway and an efficient tool to evaluate new raw materials for the blast furnace. Key words: Blast furnace, ironmaking, tuyeres, Pulverized coal injection, mathematical modeling, computational simulation.O alto-forno é um reator de fluxo contra corrente e tem como principal objetivo a produção de gusa. A injeção de materiais particulados é feita via ventaneiras objetivando diminuir a quantidade de coque carregado via topo do alto-forno. Esta técnica abriu as opções de utilização de matérias-primas de menor valor agregado que o coque, insumo que no Brasil é produzido com misturas de carvões importados. Este trabalho propõe a simulação da injeção de carvão pulverizado utilizando um modelo matemático 3D, multifásico. Como fases consideramse uma fase gasosa e duas fases sólidas correspondendo a dois tipos de carvões pulverizados, com alto e baixo teor de voláteis respectivamente. Desta forma, as fases sólidas, quando consideradas simultaneamente na injeção, são representadas por diferentes campos de velocidade e temperatura, além de sua própria composição química. As taxas de cinética química das reações foram consideradas através de modelos clássicos da literatura e eventualmente tiveram suas constantes ajustadas para melhor representarem os carvões individualmente no processo industrial. A solução numérica foi obtida através de um código desenvolvido em Fortran 90/95, com base no método de volumes finitos utilizado na discretização do sistema de equações diferenciais não lineares. A malha utilizada é não ortogonal para melhor representar a geometria do equipamento experimental descrito na literatura e utilizado para validar o modelo e, posteriormente, a geometria das ventaneiras com diferentes pontos de injeção. Os resultados obtidos de temperatura e composição do gás apresentam uma boa concordância com os resultados experimentais. O modelo também se mostra eficiente para a previsão do efeito de diferentes tipos de carvão injetados via ventaneiras. Palavras-chave: Alto-forno, redução, ventaneiras, injeção de carvão, modelagem matemática, simulação computacional

Simulação computacional da difusão molecular de poluentes líquidos de aterros em solos organo argilos – Aterro Metropolitano de Gramacho, RJ

The work presents the development of a MPHMTP computational model that has the capability of simulating environmental impacts due to the leachate infiltration into the soil. The numerical solution is based on the finite volume method. The model was used in order to simulate the laboratory scale representing the molecular diffusion of the ions chloride, sodium, calcium, magnesium, potassium and ammonium present in larger concentration in the leachate into the organic clay soil of the Gramacho MSW landfill, localized in the Duque de Caxias city, RJ. The simulations were compared with those obtained using the POLLUTE program and experimental results. In the contact soil-leachate region, the MPHMTP program gave better agreement with the experimental data. Key words: Numerical Simulation, Molecular Diffusion, Porous Flow e Finite Volume Model.Um dos principais problemas ambientais causados pelo acúmulo de lixo é a liberação de lixiviado no solo. O trabalho realizado compreende a utilização de dois instrumentos computacionais na avaliação da difusão de íons dissolvidos na massa líquida proveniente de aterro sanitário. O software POLLUTE e o modelo computacional (MPHMTP) Multi Phase Heat and Mass Transfer Program, Castro (2000), inicialmente desenvolvido para simulações de processos siderúrgicos e posteriormente adaptado ao cálculo do escoamento e a interação química de efluentes resultantes da decomposição úmida de rejeitos sólidos urbanos e industriais em meios porosos (Pinto, 2004 e Forster, 2006). O modelo utiliza o método de volumes finitos para a realização das simulações de difusão molecular dos íons cloreto, sódio cálcio, magnésio, potássio e amônio. Os íons analisados são os que possuem maior concentração no lixiviado e no solo orgânico argiloso do Aterro Metropolitano de Gramacho, localizado no município de Duque de Caxias, Rio de Janeiro. Os resultados mostram a validade e adequação dos modelos POLLUTE e MPHMTP utilizados, quando foram comparados os resultados numéricos dos modelos com os obtidos experimentalmente, através da escala de laboratório proposta. Palavras-chave: Simulação Computacional, Difusão Molecular, Meios Porosos e Volumes Finitos

Análise termogravimétrica do efeito da granulometria do resíduo metalúrgico na cinética de perda de massa

No processo de produção de ferro e aço, uma grande quantidade de resíduos é gerada. Esses resíduos e co-produtos contêm consideráveis quantidades de ferro e carbono dentre outros elementos em menores concentrações. Estes podem ser reaproveitados visando reduzir o impacto ambiental proveniente do descarte inadequado. O objetivo principal deste trabalho foi analisar a perda de massa de uma mistura de carvão vegetal, capim elefante e resíduo metalúrgico sob ação de um fluxo de gás inerte por meio de análise termogravimétrica. O tamanho de grão do resíduo foi alterado, a fim de se analisar o impacto desta variável no processo de perda de massa. A fim de explicar o processo catalítico, cálculos cinéticos foram realizados utilizando-se o método Coats-Redfern considerando reações de primeira ordem. Pode-se observar que um menor tamanho de grão possibilita uma menor quantidade residual ao final do experimento, o que foi confirmado pelos cálculos cinéticos realizados

Estudo da biodegradação “in vitro” de ligas de MG-ZN-CA confeccionadas por metalurgia do pó para uso como implantes cirúrgicos / In vitro biodegradation study of MG-ZN-CA alloys for use as surgical implants obtained by powder metalurgy

Ligas a base de Mg-Zn-Ca tem recebido considerável atenção por parte da comunidade científica, por apresentarem propriedades mecânicas que se aproximam daquelas apresentadas pelos ossos e, também, por possuírem potencial de biodegradabilidade sem, contudo, serem nocivas ao meio fisiológico humano o que as qualifica para utilização em implantes ou suportes para cicatrizações. O fato de serem biodegradáveis pode eliminar a etapa de remoção do material implantado no paciente após completa consolidação óssea da região fraturada, o que seria de grande valia para eliminar os riscos cirúrgicos ao paciente, além de minimizar os custos envolvidos nos procedimentos médicos necessários. Este trabalho teve como objetivo estudar a biodegradação em meio fisiológico simulado de diferentes ligas de Mg-Zn-Ca processadas por metalurgia do pó. As amostras foram imersas em solução de Kokubo por um período de 240 horas a 36.5oC. A taxa de degradação das ligas foi avaliada relacionando-as ao desprendimento de hidrogênio no meio. Além disso, técnicas complementares de caracterização por microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas a fim de se avaliar e correlacionar as propriedades das ligas após tempos controlados de exposição ao meio corrosivo citado. Os resultados apontam para uma menor liberação de gás H2 em ligas com maior presença de Zn e uma redução da corrosão galvânica devido à formação de solução sólida nas ligas de maior percentual de Zn e Ca. Além disso, a taxa de degradação das ligas com maior percentual de Zn e Ca esteve próxima a 2mg/cm2/dia. Tais observações indicam que ao menos uma das composições de liga avaliada (Mg-54Zn-4Ca) possui potencial para aplicação em implantes cirúrgicos biodegradáveis, por apresentar características de resistência a biodegradação satisfatórias que evitarão a ruptura prematura destes dispositivos durante o período necessário para a regeneração óssea da região fraturada.

First inventory of the sandfly fauna (Diptera: Psychodidae, Phlebotominae) in the municipality of Juiz de Fora, State of Minas Gerais, Brazil

Introduction: This study aimed to inventory the phlebotomine sandfl y fauna present in the urban area of Juiz de Fora, with an emphasis on the genus Lutzomyia. Methods: Capture was performed from March to September 2012, using HP light traps placed at peridomestic sites, in a municipal kennel and a forest biome. Results: A total of 133 specimens were captured, representing eight species of the genus Lutzomyia. Lutzomyia pascalei was the most prevalent species. Conclusions: This research provides an inventory and description of the spatial locations of the phlebotomine sandfl y fauna of Juiz de Fora.

ESTUDO EXPERIMENTAL E NUMÉRICO DO COMPORTAMENTO DO ÍON CÁLCIO EM SOLO DO ATERRO MUNICIPAL DE VOLTA REDONDA.

O presente trabalho consiste no estudo da previsão da dinâmica do íon cálcio através do solo do Aterro Municipal de Volta Redonda, situado no Estado do Rio de Janeiro. O estudo se baseia no movimento do líquido contaminante (solução) no meio poroso (solo), com a determinação da sua taxa de sorção. Para tanto, foram realizados ensaios em colunas de PVC, contendo solo do Aterro, onde ocorre o processo de transferência do íon cálcio entre a solução contaminante e o solo. Utilizaram-se como solução contaminante o lixiviado do Aterro e a solução de gesso agrícola. Foram realizados ensaios de laboratório para determinar parâmetros de interação do solo com o íon cálcio e simulações computacionais para prever o comportamento do transporte do íon após período de 5 dias. O modelo utilizado foi o MPHMTP (Multi Phase Heat and Mass Transfer Program) desenvolvido pelo programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica de Volta Redonda (PPGM/EEIMVR/UFF). A simulação computacional determina numericamente os parâmetros de transporte no sistema solo-chorume. Os resultados obtidos durante a realização deste trabalho mostraram que a migração do cálcio pode ser explicada através da ação simultânea de três fenômenos, que são: difusão, sorção e advecção. Palavras-chave: difusão, sorção, mecanismos de transporte, lixiviado ABSTRACT Experimental and numerical study of the behavior of Calcium ion in the Volta Redonda municipal solid waste landfill. The present work aims to study the dynamics of calcium ion within the soil of Volta Redonda Municipal Solid Waste (MSW) landfill, located in Rio de Janeiro state, Brazil. The study is based on the movement of fluid contaminant (solution) into the porous matrix (soil) and determination of the sorption rate of calcium. The experimental procedure was carried out in PVC columns containing soil from the Landfill, with both, the leachate of the MSW and synthetic solutions with controlled concentrations of calcium ion. The experimental results were carried out for 5 days and the concentrations of the liquid were recorded. A computer software (MPHMTP), developed by the Graduate Program on Metallurgical Engineering of Volta Redonda (PPGM/EEIMVR/UFF) was used to determine the transport parameters and the ion concentration on liquid and solid for same conditions of the experiment. The computational simulation determines numerically the parameters of transport in the system soilleachate. Based on the experimental and numerical simulations carried out in this investigation, it is concluded that the migration of calcium can be explained by the simultaneous action of phenomena which are diffusion, advection in the liquid solution and sorption/desorption in the soil particles. Key words: diffusion, sorption, transport mechanisms, leachat