Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/4045

O Doutorado Acadêmico inicou-se em 2006 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA) do Instituto de Tecnologia da UFPA (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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Acesso aberto (Open Access)
Análise do escoamento magnetohidrodinâmico micropolar de sangue e da captura magnética de nanopartículas em vasos sanguíneos
(Universidade Federal do Pará, 2025-05-09) PONTES, Fábio de Andrade; MIYAGAWA, Helder Kiyoshi; http://lattes.cnpq.br/5848592858919971; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O objetivo do presente trabalho é analisar numericamente o escoamento pulsátil magnetohidrodinâmico bidimensional transiente de sangue micropolar considerando as transferências de calor, massa e quantidade de movimento através de um vaso sanguíneo na presença de campo magnético aplicado na região de uma estenose simétrica. O escoamento é considerado laminar e incompressível e as nanopartículas magnéticas são injetadas no vaso sanguíneo e capturadas pela ação do campo magnético na estenose. O Método das Linhas (MOL) foi aplicado na discretização espacial da variável radial do modelo original 2Dtransiente transformando-o em um sistema de EDPs 1D-transientes, o qual foi resolvido numericamente pela subrotina NDSolve do software Mathematica 13.1. Os resultados do MOL convergido são verificados com os resultados gerados pela subrotina NDSolve aplicada diretamente no modelo original 2D-transiente e ambas são também comparadas com uma solução analítica obtida para o caso limite, obtendo uma boa concordância entre elas. São estudados os efeitos de parâmetros do modelo físico como os números de Lewis, Hartmann e Womersley, a constante cinética de morte de nanopartículas e o número de Biot de massa. Os resultados evidenciam que na estenose o escoamento é desacelerado devido ao campo magnético, bem como a microrrotação. O campo de fração de nanopartículas também é afetado pela presença do campo magnético, sendo a concentração aumentada na região da estenose. A velocidade e a microrrotação médias aumentam na estenose devido ao estreitamento do lúmen arterial. A temperatura e fração volumétrica de nanopartículas médias também são elevadas na região estenótica devido à ação do campo magnético.
Acesso aberto (Open Access)
Análise experimental e numérica da fluidização para aplicações industriais
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LOURENÇO, Reimar de Oliveira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de processo de zeólita A utilizando o caulim da Amazônia e aplicação na adsorção de Cu+2
(Universidade Federal do Pará, 2014-08-22) MORAES, Cristiane Gomes; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
Em todo mundo milhões de toneladas de resíduos inorgânicos são produzidos a cada dia em atividades de mineração e beneficiamento mineral. Estes resíduos são armazenados em bacias de sedimentação ou descartados em aterros e, muito comumente são jogados diretamente no meio ambiente, sem qualquer processo de tratamento. Todavia, alternativas de reciclagem e/ou reutilização devem ser investigadas e, sempre que possível. Este trabalho mostra estudos realizados, visando a reutilização do resíduo de caulim da Amazônia, proveniente de uma empresa de beneficiamento de caulim para cobertura de papel. Para a síntese da zeólita A nos processos hidrotérmicos estático e dinâmico, utilizou-se como o fonte de silício e alumínio o resíduo de caulim, que passou pelo processo de calcinação em mufla a 600°C para obtenção do metacaulim; e como fonte de sódio optou-se por uma solução de hidróxido de sódio 5M. No processo estático utilizou-se autoclaves de aço inoxidável, em estufa a temperatura de 110°C, utilizando 1,75g de metacaulim, variando os tempos de síntese e a massa de hidróxido de sódio e no processo dinâmico utilizou-se 100g de metacaulim, massa de 34,5g de hidróxido de sódio; a temperatura de 95°C em sistema de agitação, variando os tempos de síntese, a fim de determinar as condições ideais na síntese da zeólita A no processo. Os materiais de partidas e os produtos zeolíticos obtidos nas sínteses foram caracterizados através: difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise térmica diferencial e termogravimétrica (ATG/TG), fluorescência de raios-X (FRX) e análise granulométrica. Há possibilidade do aumento de escala, pois obteve zeólita A, no processo dinâmico no tempo de 30 min. Os dados dos ensaios de adsorção determinados, pela técnica iodométrica de Cobre em ligas metálicas e minerais e ajustados pelos modelos de Langmuir e Freundlich sugerem que os materiais zeolíticos estático e dinâmico apresentam boa capacidade adsortiva atingido eficiência de 95% para concentrações na faixa de 50 a 100 mg/L, demonstrando assim, que os referidos materiais são uma alternativa eficiente e de baixo custo quando utilizados para a remoção de metais pesados, no caso do cobre, no tratamento de efluentes industriais.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de unidade piloto de transferência de massa gás/líquido: redução da reatividade do resíduo da indústria de alumina através da reação com gases de combustão
(Universidade Federal do Pará, 2013-02) VENANCIO, Luis Carlos Alves; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O refino de bauxita utilizando o processo Bayer produz de 0,7 a 2,0 t do resíduo conhecido como lama vermelha e cerca de 1,0 t de CO2 para cada tonelada de alumina produzida. O resíduo de bauxita apesar de não ser particularmente tóxico, apresenta riscos ao meio ambiente devido ao grande volume e a sua reatividade. De acordo com a tecnologia mais recente tem parte da umidade removida e é empilhado em depósitos impermeáveis especialmente construídos. Mais de 95% do resíduo de bauxita que já foi produzido no mundo (2,6 Bt até 2007) foi descartada, principalmente em depósitos em terra. Esta tese mostra o projeto, a construção e a operação de uma unidade de transferência de massa gás líquido em escala piloto com o objetivo de testar a redução da reatividade do resíduo de bauxita através da reação com gás de combustão. Como ganho adicional há a redução da emissão de dióxido de carbono e dióxido de enxofre. Esta unidade, composta por três reatores, foi projetada de modo a consumir o mínimo de energia, utilizar os efluentes da maneira mais eficiente possível e minimizar o custo de investimento. Foram realizados 25 experimentos com duração de 80 a 520 minutos cada um. Os gases foram analisados com o uso de sensores eletroquímicos e infravermelho não dispersivo na entrada e saída. O pH foi mensurado durante e após a reação de modo a avaliar os resultados curto e longo prazo bem como a estabilidade das reações. Foi demonstrada a viabilidade de reagir o resíduo de bauxita com os gases provenientes da combustão de fontes fósseis da própria refinaria sem processamento prévio com o pH de estabilização atingindo 10,5.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da extração de cobre utilizando contactores com membranas como alternativa ao processo convencional de extração por solvente
(Universidade Federal do Pará, 2013-12-27) OLIVEIRA, Kleber Bittencourt; FERRAZ, Helen Conceição; http://lattes.cnpq.br/1820877582714129; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Este trabalho estudou a extração de cobre utilizando contactores com membranas como alternativa ao processo SX convencional. Foram investigados os parâmetros relevantes do processo como, tipo e concentração de extratante, solvente, solução de strip, tempo e pH de operação. Além disso, foi desenvolvido um modelo matemático a partir de um sistema de equações diferenciais parciais resultantes do balanço de massa no sistema de contactor com membranas, utilizando como metodologia de solução a Técnica das Integrais Acopladas (CIEA). Os estudos experimentais realizados neste trabalho mostraram que uso de contactores com membranas na extração líquido-líquido de cobre é uma tecnologia promissora e viável, tendo potencial para substituir o método de extração por solvente por contato direto adotado atualmente obtendo-se 100% de extração de cobre utilizando LIX 84I 20% (v/v) como extratante, querosene como solvente, H2SO4 como solução de strip, em um tempo de operação de 80 minutos. Os resultados obtidos através da modelagem matemática e simulação do problema físico analisado neste trabalho foram comparados com os resultados experimentais e mostram-se satisfatórios, demonstrando a capacidade da CIEA em tratar problemas de transferência de massa em sistema de contactor com membranas.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da extração de compostos de ferro da lama vermelha visando a extração e/ou recuperação de compostos de titânio
(Universidade Federal do Pará, 2012-04) MAGALHÃES, Edilson Marques; MACÊDO, Emanuel Negrão; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968
As principais preocupações com relação à geração de resíduos estão voltadas para os efeitos que estes materiais podem ter sobre a saúde humana e sobre o meio ambiente, uma vez que os resíduos perigosos produzidos pelas indústrias precisam particularmente de atenção e cuidado, pois quando incorretamente gerenciados, tornam-se uma grave ameaça ao meio ambiente. Neste contexto, este trabalho mostra os estudos realizados visando a reciclagem da lama vermelha como matéria-prima para a obtenção de compostos de titânio. O estudo abrange três rotas hidrometalúrgicas: lama vermelha calcinada a 900°C (LV900), lama vermelha sem tratamento térmico (LV-STT) e lama vermelha sinterizada em atmosfera redutora (LV1300). Os experimentos de lixiviação foram realizados com valores de temperaturas de 60, 80 e 90 °C e concentrações de ácido sulfúrico de 20 e 30% em volume. Junto com o estudo de lixiviação foi realizada a modelagem matemática do processo de lixiviação. Os estudos realizados neste trabalho mostram que a lama vermelha pode ser aplicada como fonte de matéria-prima alternativa para a concentração e posterior recuperação de compostos de titânio. A modelagem cinética dos dados das curvas de extração em função do tempo e o modelo matemático desenvolvidos no presente trabalho mostram que a reação química é a etapa que descreve esses ensaios de lixiviação. Os modelos desenvolvidos também possibilitaram a obtenção de parâmetros cinéticos, tais como: energia de ativação e as velocidades das reações químicas do processo de lixiviação.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da magnetohidrodinâmica em dutos usando transformadas integrais
(Universidade Federal do Pará, 2015-11-27) LOBATO, Benedito; SOUZA, Marcelo José Raiol; http://lattes.cnpq.br/2980566423137880; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O presente trabalho apresenta o estudo da magnetohidrodinâmica para o escoamento de fluidos em regiões com diferentes formas geométricas. O uso de técnicas de transformadas integrais, no caso GITT, foi utilizada para obter soluções das equações da Quantidade de Movimento e da Transferência de Energia. Em cada caso foi obtida uma solução híbrida (analítica-numérica) que foram tratadas com códigos computacionais que permitiram a análise dos campos de velocidade, de temperaturas e geração de entropia. Os resultados foram comparados com os resultados obtidos em situações clássicas da literatura e também com resultados atuais, mostrando a eficiência e capacidade da técnica utilizada.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da sinterização em reator vertical de leito fixo: desenvolvimento de processo para produção de agregado sintético a partir de cinza volante e biomassa
(Universidade Federal do Pará, 2016-05-19) QUARESMA, Danielly da Silva; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Os agregados sintéticos vêm sendo empregados na construção civil como uma medida para redução do extrativismo mineral. Dentro desse contexto, a reciclagem de resíduos industriais configurasse hoje como a base da maioria dos processos de redução da exploração dos recursos minerais. Este trabalho apresenta a formulação de um processo de caráter ambiental e autossustentável do ponto de vista energético, parâmetros para desenvolver um processo para produção de agregado sintético a partir de cinza volante e biomassa, em reator de leito fixo. Dessa forma, para a produção do agregado foram confeccionadas pelotas com uma mistura de argila, cinza volante e carvão vegetal em proporções fixas. Preencheu-se o reator com 20% de pelotas (6,35 mm > pelota ≥ 4 mm) e 80% de carvão vegetal (3,36 mm > carvão ≥ 1,70 mm) classificados para promover a eficiência das reações de combustão e consequente processo de sinterização em diferentes velocidades de ar (Darcy a 20 ºC) de 0,0059 m.s-1 (1º Experimento), 0,0098 m.s-1 (2º Experimento) e 0,017 m.s-1 (3º Experimento). Por meio de difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura foi identificada a presença de mulita no agregado sintético. Este material é caracterizado como agregado leve, de acordo com as normas vigentes. Com os agregados sintéticos fabricou-se concretos leves, segundo a norma estabelecida, sem função estrutural na construção civil, mas com aplicações de resistência moderada, podendo ser utilizados em contrapiso. O processo se mostrou interessante para a sinterização de agregados com boa aderência à matriz de cimento, podendo ser facilmente controlado pela composição, granulometria, gradiente de temperatura e fluxo gasoso, reduzindo os impactos ambientais, à medida que o material produzido implica na não extração de agregados naturais.
Acesso aberto (Open Access)
Modelos matemáticos de transferência de calor e massa: extração de metais por membranas poliméricas e sinterização de materiais cerâmicos
(Universidade Federal do Pará, 2024-07-16) VILHENA, Mailson Batista de; SOUZA, José Antônio da Silva; http://lattes.cnpq.br/6157348947425968; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
O objetivo geral deste trabalho foi apresentar um estudo matemático da transferência de massa multicomponente em uma célula de extração de íons metálicos através de uma membrana polimérica plana e realizar um estudo experimental e cinético voltado para a produção de agregado sintético a partir de resíduos de bauxita. Na primeira parte do trabalho, desenvolveu-se um modelo de transferência de massa para a recuperação de íons metálicos utilizando membranas poliméricas planas. Diferentemente da maioria dos modelos existentes, que se limitam ao estudo de um único componente e não consideram a seletividade e os efeitos de múltiplos componentes na cinética de reação, propõe-se um modelo capaz de simular a extração simultânea de vários metais. Este modelo é baseado na equação de conservação de massa e foi resolvido utilizando a Abordagem das Equações Integrais Acopladas (CIEA), sendo validado com medições experimentais e simulações anteriores. Na segunda parte, foi realizado um estudo experimental e teórico utilizando um modelo cinético para a produção de agregados graúdos sintéticos a partir de resíduos de bauxita, sílica e argila. O estudo experimental incluiu a produção e caracterização dos agregados em diferentes composições. Para analisar o processo de sinterização de uma pelota em tamanho real, foi construído um pequeno forno elétrico com uma balança acoplada, permitindo o monitoramento das medidas de perda de massa em função da temperatura e do tempo. Além disso, foi realizado um estudo cinético utilizando modelos matemáticos para avaliar as principais reações de estado sólido e suas transformações de fase durante o processo de sinterização, utilizando dados experimentais de análise térmica.
Acesso aberto (Open Access)
Proposta de modelo matemático e estimativa de parâmetros cinéticos da lixiviação da lama vermelha através de técnicas bayesianas
(Universidade Federal do Pará, 2019-09-13) VIEGAS, Bruno Marques; ESTUMANO, Diego Cardoso; http://lattes.cnpq.br/5521162828533153; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
A lama vermelha, resíduo da indústria de produção da alumina, é obtida durante o processamento da bauxita através do processo Bayer. Devido ser gerada em grande quantidade e possuir muitos óxidos de interesse industrial, a cinética de lixiviação da lama vermelha tornou-se objeto de estudo de muitos pesquisadores. Este trabalho propõe um modelo matemático e a estimativa dos parâmetros cinéticos da lixiviação da lama vermelha, utilizando o método de Monte Carlo via Cadeia de Markov com o algoritmo de Metropolis-Hastings. Para a estimativa dos parâmetros, utilizaram-se dados reais, obtidos a partir de diferentes experimentos envolvendo a lixiviação da lama vermelha com ácido sulfúrico. Baseado no modelo do núcleo não reagido, foi proposto um modelo matemático, em termos de um sistema de equações diferenciais acopladas, visando a representação da cinética de lixiviação do resíduo. O modelo matemático proposto foi validado ao reproduzir os dados experimentais e a utilização da estatística Bayesiana se mostrou adequada.
Acesso aberto (Open Access)
Sinterização de pelotas de argila, carvão vegetal e cinza volante de caldeira em uma célula de combustão de leito fixo: análise da propagação da frente de reação de combustão no leito
(Universidade Federal do Pará, 2016-05-20) MELO, Alvino Oliveira; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505; MARTINS, Marcio Ferreira
Uma das grandes preocupações da humanidade atualmente gira em torno da preservação do meio ambiente, buscando-se, constantemente, por meio de estudos e pesquisas, alternativas que encontre um equilíbrio de convivência entre o homem e a natureza. Normalmente, as indústrias em geral, produzem resíduos, na sua maioria tóxicos, que prejudicam o meio ambiente, o homem e demais diversidades de vidas nele inseridas. Levando-se em consideração o contexto exposto acima, este trabalho faz um estudo de evolução da temperatura de combustão de uma mistura, em proporções previamente definidas, da cinza volante de caldeira proveniente de indústrias localizadas no Estado do Pará, argila proveniente das margens do Rio Guamá e carvão vegetal adquirido na região metropolitana de Belém-Pa. Os experimentos foram realizados em um reator de combustão, adquirido pelo Programa de Pós - Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia com a finalidade de avaliar-se o perfil de temperaturas de cada experimento durante o processo de combustão e se os valores dessas temperaturas seriam suficiente para desencadear o processo de sinterização das pelotas. Para realização dos experimentos, parâmetros como a velocidade de entrada do fluido (ar), diâmetros das pelotas (mistura de cinza volante, carvão vegetal, e argila moídos) e a granulometria do carvão vegetal cominuído, utilizado como combustível sólido, foram variados para cada experimento. O histórico de temperaturas foram registrados por um instrumento de aquisição de dados identificado como Paperless Recorder - PHL, e posteriormente plotados para análises. Foram obtidas temperaturas variando em uma faixa de 800 ºC a 1200 ºC que são valores suficientes para desencadear o processo de sinterização das pelotas. Os dados gerados pelo reator de combustão foram registados pelo "Paperless Recorder - PHL" e comparados com os resultados obtidos numéricamente.

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