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Modelagem e simulação de processos a plasma para o tratamento de organo-clorados (2000)

  • Authors:
  • USP affiliated authors: BIANCHINI, ROBERTO CEZAR - IF
  • Unidades: IF
  • Sigla do Departamento: FAP
  • Subjects: FÍSICA DE PLASMAS; PLASMA; FÍSICA NUCLEAR
  • Language: Português
  • Abstract: O objetivo deste trabalho era desenvolver modelos físicos e matemáticos de um sistema a plasma para o tratamento de materiais organo-clorados, em especial compostos aromáticos. Um modelo que fornece os perfis gerados por uma tocha de plasma -velocidade, temperatura, potencial elétrico, densidade de corrente - foi melhorado e adaptado para incluir a injeção de materiais no jato de plasma. O modelo apresentava inicialmente um inconsistência física no potencial elétrico e um novomodelo para a imposição da condição de contorno foi proposto. Este novo modelo consiste em dividir a região de imposição em três partes: (i) na primeira região, próxima ao catodo, uma equação para o potencial elétrio que fornece a densidade decorrente observada experimentalmente é imposta; (ii) na maior parte da região onde o arco localiza-se um comportamento linear para o potencial elétrico é assumido e (iii) na região próxima ao anodo, o comportamento do potencial é assumido comosendo parabólico. As quedas de potencial do anodo e do catodo não foram incluídas no cálculo. Este modelo modificado para a tocha de plasma serve como base para a obtencão dos perfis de velocidade e temperatura. A injeção de material é feitabaseada no formalismo Langrengeano. Efeitos de variação de propriedades e não-continuidade são incorporados no arraste das partículas. O histórico de calor das partículas é obtido através de um balanço energético e uma definição apropriada doNúmero de Nusseltpara o fluxo de calor do plasma para uma partícula esférica. Efeitos de variação de propriedades e não-continuidade são incorporados no arraste das partículas. O histórico de calor das partículas é obtido através de um balançoenergético e uma definição apropriada do Número de Nusselt para o fluxo de calor do plasma para uma partícula esférico. Efeitos de não continuidade na tranferência de calor também são incluídos. O acoplamento plasma-partícula é considerado ) através do modelo Particle-source-in Cell. Apenas reações químicas globais de combustão foram estudadas. A influência das reações químicas no escoamento do jato de plasma só foi considerada através da liberação de energia. O modelofoi testado com injeção de alumina e mostrou que quando a razão massa de material injetado/massa de gás de plasma é superior a 0,1, já ocorre uma redução perceptível nos perfis de temperatura e velocidade do plama. Essa redução apresentou umadiferença de 40% quando a razão é de 0,5. Valores da razão entre as massas superiores a 0,8 extinguiam completamente a jato de plasma. Os testes com organo-clorados foram realizados injetando-se cloro-benzeno em plasmas gerados com ar. Umcondição padrão para o sistema a plasma foi definida com corrente de 100 A, vazão de 20 litros/minuto; os parâmetros de injeção foram definidos com uma razão entre as massas de material/massa de plasma em 0,04, um ângulo de injeção de '0 GRAU',três de partículas computacionais e três locais de injeção.Testes foram realizados com o intuito de encontrar as melhores condições de operação de um sistema experimental. Os testes consistiram em: Variação da Taxa de Alimentação de Material:aumentando-se a quantidade de material injetado, devido ao aumento da energia liberada pela reação exotérmica de combustão entre cloro-benzeno e oxigênio, aumentava-se a temperatura e a velocidade do plasma próximos ao local de injeção e umaexpansão do jato, mais visível na direção radial, ocorria; Variação da Potência do Sistema de Plasma: aumentando-se a potência fornecida ao sistema ocorria o aumento nos valores dos perfis do jato de plasma - potencial elétrico, densidade decorrente, temperatura e velocidade - conforme observado experimentalmente. Porém, somente pequenas alterações no tratamento do material foi observado; Variação da vazão de Plasma: a injeção de uma certa quantidade de material em vazões ) menores de plasma do que as da condição padrão gerou uma maior influência nos perfis do jato. Aumentando-se a vazão, uma flutuação maior dos perfis do plasma foi observada; Variação do Local de Injeção: testes mostraram que ainjeção do material em regiões afastadas da saída dos eletrodos, regiões afastadas da saída dos eletrodos, regiões frias, causava um aumento em até 5 vezes no tempo necessário para se processar todo o material. Em todos os testes comcloro-benzeno, o perfil de temperatura mostrou-se muito mais sensível globalmente à injeção de material do que operfil de velocidades; este último apresentou mudanças mais perceptíveis apenas nas regiões próximas aos locais de injeção. O tempomédio para a volatilização de cloro-benzeno no jato de plasma foi de dezenas de micro segundos. Apenas nos testes onde o local de injeção de material ao longo do jato de plasma foi realizado em locais distantes da saída dos eletrodos, o tempo detratamento do material foi muito superior. O modelo ainda apresenta limitações para a determinação dos parâmetros que melhor especificariam o fator mais importante na construção de um sistema experimental de tratamento: a quantidade de energianecessária para tratar uma certa quantidade de material (kWh/kg - kiloWatt hora por kilograma). Trabalhos futuros utilizando o modelo desenvolvido devem incluir estudos de uma nova geometria dos eletrodos, permitindo que vazões superiores àsobtidas com o atual modelo possam ser simuladas, e a utilização dos outros gases para gerar o plasma
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 10.04.2000

  • How to cite
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    • ABNT

      BIANCHINI, Roberto Cezar; SZENTE, Roberto Nunes. Modelagem e simulação de processos a plasma para o tratamento de organo-clorados. 2000.Universidade de São Paulo, São Paulo, 2000.
    • APA

      Bianchini, R. C., & Szente, R. N. (2000). Modelagem e simulação de processos a plasma para o tratamento de organo-clorados. Universidade de São Paulo, São Paulo.
    • NLM

      Bianchini RC, Szente RN. Modelagem e simulação de processos a plasma para o tratamento de organo-clorados. 2000 ;
    • Vancouver

      Bianchini RC, Szente RN. Modelagem e simulação de processos a plasma para o tratamento de organo-clorados. 2000 ;

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