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Tipo: Tese
Data do documento: 16-Jul-2024
Autor(es): VILHENA, Mailson Batista de
Afiliação do(s) Autor(es): UEAP - Universidade do Estado do Amapá
Primeiro(a) Orientador(a): MACÊDO, Emanuel Negrão
Primeiro(a) coorientador(a): SOUZA, José Antônio da Silva
Título: Modelos matemáticos de transferência de calor e massa: extração de metais por membranas poliméricas e sinterização de materiais cerâmicos
Agência de fomento: 
Citar como: VILHENA, Mailson Batista. Modelos matemáticos de transferência de calor e massa: extração de metais por membranas poliméricas e sinterização de materiais cerâmicos. Orientador: Emanuel Negrão Macêdo. 2024. 156 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16444. Acesso em:.
Resumo: 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.
Abstract: The overall objective of this work was to present a mathematical study of multicomponent mass transfer in a metal ion extraction cell through a flat polymeric membrane and to conduct an experimental and kinetic study focused on the production of synthetic aggregate from bauxite residue. In the first part of the work, a mass transfer model for the recovery of metal ions using flat polymeric membranes was developed. Unlike most existing models, which are limited to studying a single component and do not consider the selectivity and effects of multiple components on reaction kinetics, a model capable of simulating the simultaneous extraction of various metals is proposed. This model is based on the mass conservation equation and was solved using the Coupled Integral Equations Approach (CIEA), and validated with experimental measurements and previous simulations. In the second part, an experimental and theoretical study was conducted using a kinetic model for the production of coarse synthetic aggregates from bauxite residue, silica, and clay. The experimental study included the production and characterization of the aggregates in different compositions. To analyze the sintering process of a full-sized pellet, a small electric furnace with an attached balance was built, allowing the monitoring of mass loss measurements as a function of temperature and time. Additionally, a kinetic study was carried out using mathematical models to evaluate the main solid-state reactions and their phase transformations during the sintering process, using experimental data from thermal analysis.
Palavras-chave: Membrana de Inclusão de Polímeros
Resíduo de Bauxita
Agregados Sintéticos
Sinterização
Modelagem e Simulação
Modelo de Transferência de Calor e Massa
Polymer Inclusion Membrane
Bauxite Residue
Synthetic Aggregates
Sintering
Modeling and Simulation
Heat and Mass Transfer Model
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS
ENGENHARIA DE PROCESSOS
MEIO AMBIENTE E ENERGIA
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte URI: Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

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