Revista ION

Determination of increased mean drag coefficients for a cylinder vibrating at low values of Keulegan-Carpenter number

There is an increasing demand for the development of a reliable technology for wind turbines in deep-waters. Therefore, offshore wind turbine technology is receiving great amount of attention by the research community. Nevertheless, the dynamic response prediction of the support system for offshore wind turbines is still challenging due to the nonlinear and self-regulated nature of the Vortex Induced Vibration (VIV) process. In this paper, the numerical implementation of a computational fluid dynamics-based approach for determination of increased mean drag coefficient is presented. The numerical study is conducted at low values of Keulegan-Carpenter number in order to predict the increment of drag force due to cross-flow motion. The simulation results are then compared with previously developed empirical formulations. Good agreement is observed in these comparisons.

Existe una demanda en aumento en favorecer el desarrollo de una tecnología confiable para turbinas eólicas en aguas profundas. Por lo tanto, la tecnología de turbinas eólicas de ultramar ha recibido gran atención por la comunidad de investigadores. Sin embargo, la predicción de respuesta del sistema de soporte para turbinas eólicas de ultramar es aún un reto debido a la naturaleza no lineal y auto regulada del proceso de generación de vórtices inducidos por vibración. En este artículo, la implementación numérica de un procedimiento basado en la dinámica de fluidos computacional para la determinación de coeficientes de arrastre aumentados es presentada. El estudio numérico es efectuado para valores bajos de números de Keulegan-Carpenter con el propósito de predecir el incremento de la fuerza de arrastre debido al movimiento transversal al flujo. Los resultados de la simulación son comparados con formulaciones empíricas previamente desarrolladas. Buena concordancia es observada en estas comparaciones.

Há uma crescente demanda para apoiar o desenvolvimento de uma tecnologia confiável para turbinas eólicas em águas profundas. Portanto, a tecnologia de turbinas eólicas ultramar tem recebido grande atenção por parte da comunidade cientifica. No entanto, a previsão de resposta do sistema de suporte para turbinas eólicas ultramar ainda é um desafio devido à natureza não-linear e auto-regulada do processo de geração de vórtices induzidos por vibração. Este artigo, descreve a implementação numérica de um procedimento baseado na dinâmica computacional de fluidos para determinar os coeficientes de arrasto incrementados. A análise numérica é realizada para valores baixos de números Keulegan-Carpenter, com a finalidade de prever o aumento da força de arrasto, devido ao movimento transversal ao fluxo. Os resultados da simulação são comparados com as formulações empíricas anteriormente desenvolvidas. Bons resultados são observados nessas comparações.

Remoción de turbiedad en agua de una fuente natural mediante coagulación/floculación usando almidón de plátano

En este trabajo se analiza la remoción de turbiedad en agua proveniente de una fuente natural, mediante coagulación/floculación, usando almidón de plátano. Se planteó un diseño experimental factorial aleatorio de cuatro factores variables, a saber: pH, dosis de coagulante, velocidad de mezcla rápida y velocidad de mezcla lenta. Se realizaron pruebas de jarras para determinar los valores óptimos de dichos factores. El almidón de plátano muestra ser adecuado como ayuda de floculación, aunque se presentó una sedimentación lenta. La mejor eficiencia de remoción de turbiedad se obtuvo para los siguientes valores de los factores: pH de 5, 50:50 porcentaje en peso de la combinación sulfato de aluminio/almidón de plátano, velocidad de mezcla rápida de 150rpm, velocidad de mezcla lenta de 20rpm.

This work presents the analysis of turbidity removal in water from a natural source, via coagulation/ flocculation using plantain starch. A random factorial experimental design was formulated with four variable factors: pH, coagulant dose, rapid mixing speed and slow mixing speed. The jar test was carried out in order to determine the optimal values of such factors. The plantain starch is proper as flocculation aid, although its sedimentation is slow. The best turbidity removal corresponds to: pH of 5, a 50:50 weigh percent for the alum sulfate/plantain starch combination, fast mixing speed of 150rpm and slow mixing speed of 20rpm.

Neste trabalho se estuda a remoção da turbidez de água de uma fonte natural, utilizando a coagulação/ floculação com amido de banana. Foi proposto um desenho experimental fatorial aleatorio de quatro factores: pH, dose de coagulante, velocidade de mistura rápida e velocidade de mistura lenta. Foram realizados testes, "jar test", para determinar os valores ótimos de tais fatores. O amido de banana mostra que é efetivo como apoio para floculação, não obstante a sedimentação foi lenta. A melhor eficiência de remoção de turbidez foi obtida para os seguintes valores: pH de 5, percentagem em massa de mistura de sulfato de alumínio/ amido de banana de 50:50, velocidade de mistura rápida de 150rpm, e velocidade de mistura lenta de 20rpm.

Evaluación del efecto del contenido de azufre en la velocidad de corrosión del acero grado A335-P9 en un crudo pesado

En la presente investigación, se determinó el efecto del azufre del crudo en la velocidad de corrosión del acero grado ASTM A335-P9, en un ambiente que simula el procesamiento de un crudo pesado, aplicando las técnicas electroquímicas como: La espectroscopía de impedancia electroquímica, la extrapolación Tafel, así como también la técnica gravimétrica. Los tiempos de exposición utilizados en gravimetría fueron 3, 6, 9, 10, 15 y 20 horas a unas temperaturas de 200, 230, 260, 280, 300 y 320°C. Las temperaturas utilizadas para la realización de las medidas electroquímicas fueron 25, 200, 230, 240, 250 y 270°C. En todos los casos, los ensayos se realizaron con un único porcentaje en peso de azufre (1,55%p) y una única velocidad de agitación (15rpm). Se determinó la morfología en la superficie del acero grado ASTM A335-P9 bajo las condiciones antes descritas, por medio de difracción de rayos X y microscopia electrónica de barrido. Los resultados de las curvas de impedancia así como la de la extrapolación de Tafel mostraron una reducción de la velocidad de corrosión del acero grado ASTM A335-P9 aumentando la temperatura del sistema.

The effect of sulfur in the formation of a iron sulfide (FeS) layer and its influence on the corrosion rate of grade ASTM A335-P9 steel was investigated, in an environment that simulates the processing conditions of heavy oils. Different electrochemical techniques including: electrochemical impedance spectroscopy and Tafel extrapolation as well as gravimetry were used. The exposure times used in gravimetry were 3, 6, 9, 10, 15 and 20 hours at temperatures of 200, 230, 260, 280, 300 and 320°C. The temperatures used for electrochemical techniques were 25, 200, 230, 240, 250 and 270°C. The sulfur content in the heavy oil and the stirring speed were kept constant at 1.55wt% and 15rpm respectively. The morphology of the surface damage was studied using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results of impedance curves and potentiodynamic curves confirmed a reduction in the corrosion rate of ASTM A335-P9 steel with the temperature probably due to the formation of a layer of iron sulfide.

O presente trabalho, foi determinado o efeito de enxofre em óleo cru pesado na velocidade de corrosão do Astm Grau A335 P9 Aço, num ambiente que simula o processamento de um cru pesado, por aplicação de técnicas eletroquímicas: tais como espectroscopia de impedância eletroquímica, a extrapolação de Tafel , tambem como o método gravimétrico. Os tempos de exposição utilizados em gravimetría foram 3, 6 , 9 , 10 , 15 e 20 horas a umas temperaturas de 200, 230, 260, 280, 300 e 320°C. As temperaturas utilizadas para levar a cabo medidas eletroquímicas foram 25 , 200, 230, 240 , 250 e 270°C. E há muitos casos em que, os ensaios foram realizados com um único porcentagem em peso de enxofre (1,55%p ) e uma única velocidade de agitação (15rpm ) . A morfologia foi determinada na superfície da Aço Astm Grau A335-P9 de acordo com as condições descritas acima , por meio de difracção de raios - X e a microscopia electrónica de varrimento . Os resultados das curvas de impedância , assim como a extrapolação de Tafel mostraram uma redução da velocidade de corrosão do aço Astm Grau A335-P9, ao aumentar a temperatura do sistema.

PLS models for determination of SARA analysis of Colombian vacuum residues and molecular distillation fractions using MIR-ATR

In this work, prediction models of Saturates, Aromatics, Resins and Asphaltenes fractions (SARA) from thirty-seven vacuum residues of representative Colombian crudes and eighteen fractions of molecular distillation process were obtained. Mid-Infrared (MIR) Attenuated Total Reflection (ATR) spectroscopy in combination with partial least squares (PLS) regression analysis was used to estimate accurately SARA analysis in these kind of samples. Calibration coefficients of prediction models were for saturates, aromatics, resins and asphaltenes fractions, 0.99, 0.96, 0.97 and 0.99, respectively. This methodology permits to control the molecular distillation process since small differences in chemical composition can be detected. Total time elapsed to give the SARA analysis per sample is 10 minutes.

En este trabajo se obtuvieron modelos predictivos para la determinación de la fracción de saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos (SARA) en fondos de vacío y sus fracciones, a partir del análisis de treinta siete muestras de dichos fondos. Se utilizó espectroscopia infrarroja en el modo de reflectancia total atenuada en combinación con regresión de mínimos cuadrados parciales para predecir de manera relativamente exacta el análisis SARA. Los coeficientes de regresión para la calibración fueron de 0,99, 0,96, 0,97 y 0,99 para los modelos predictivos de saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos, respectivamente. El tiempo requerido para el análisis SARA por muestra fue de 10 minutos.

Neste trabalho, os modelos preditivos para determinar a fração de saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos (SARA) em fundos de vácuo e suas frações foram obtidas a partir da análise de trinta e sete amostras de fundos. A espectroscopia de infravermelho foi utilizada em modo de reflectância total atenuada em combinação com regressão parcial para prever com precisão relativamente à SARA análise dos mínimos quadrados. Os coeficientes de regressão para calibração foram de 0,99, 0,96, 0,97 e 0,99 para os modelos preditivos saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos, respectivamente. O tempo necessário para a análise SARA por amostra foi de 10 minutos.

Oxidación en vapor de agua del acero inoxidable AISI 316 recubierto con Al-Si por deposición química de vapor en lecho fluidizado

El acero inoxidable AISI 316 fue recubierto con aluminio-silicio mediante deposición química de vapor en lecho fluidizado (CVD-FBR) a 540ºC y posteriormente fue tratado térmicamente, para mejorar sus propiedades mecánicas y su comportamiento frente a la oxidación, por la interdifusión de los elementos de aleación. Después se realizó la oxidación del acero inoxidable recubierto con aluminio-silicio, a temperaturas de 700 y 750ºC, en un ambiente con 100% vapor de agua, para evaluar su comportamiento. Se realizaron curvas de ganancia de masa y las películas de óxidos se analizaron por medio de SEM y difracción de rayos X, para observar la morfología de los óxidos. Se realizó la simulación termodinámica del proceso de oxidación en vapor de agua de los substratos para conocer las posibles fases sólidas que se podrían formar. La forma de ataque a 750ºC es similar a 700ºC, aunque la velocidad de oxidación es mayor, ya que la difusión de los elementos de aleación y las reacciones de oxidación son más rápidas. Estos recubrimientos tienen una buena resistencia a la oxidación en vapor de agua, ya que forman una capa superficial de alúmina que protege al substrato del ataque corrosivo.

Stainless steel AISI 316 was coated with aluminum-silicon by Chemical Vapor Deposition in Fluidized Bed Reactor (CVD-FBR) to 540ºC and subsequently heat treated to improve its mechanical properties and its behavior against oxidation, by inter diffusion of the alloying elements. Later, oxidation was performed austenitic stainless steel aluminum-silicon coated at temperatures of 700 and 750ºC, in an environment with 100% steam, to evaluate their performance. Mass gain graphs were made and oxide films were analyzed by SEM and X-ray diffraction to observe the morphology of the oxides. Thermodynamic simulation was carried out during oxidation in water vapor of the substrates for possible solid phases which could be formed. The form of attack at 750ºC is similar to 700ºC, although the rate of oxidation is increased, because the diffusion of the alloying elements and the oxidation reactions are faster. These coatings have good resistance to oxidation in water vapor and forming an alumina surface layer which protects the substrate from corrosion attack.

O aço inoxidável AISI 316 foi recoberto com alumínio-silício por deposição química de vapor em leito fluidizado (CVD-FBR), a 540ºC e posteriormente foi tratado termicamente, para melhorar suas propriedades mecânicas e seu comportamento frente à oxidação, através da inter difusão dos elementos de liga. Depois foi realizada a oxidação do aço inoxidável, recoberto com alumínio-silício, a temperaturas de 700 e 750ºC, num ambiente com 100% vapor de água, para avaliar seu comportamento. Realizaramse curvas de ganho de massa e os filmes de óxidos foram analisados por médio de SEM e difracción de raios X, para observar a morfología dos óxidos. Realizou-se a simulação termodinâmica do processo de oxidação em vapor de água dos substratos para conhecer as possíveis fases sólidas que poder-se-iam formar. A forma de ataque a 750ºC foi similar a 700ºC, ainda que a velocidade de oxidação foi maior, já que a difusão dos elementos de liga e as reacções de oxidação são mais rápidas. Estes recubrimientos tiveram uma boa resistência à oxidação em vapor de água, já que foi formada uma capa superficial de alúmina que protege ao substrato do ataque corrosivo.

Evaluación de la ósmosis inversa y de la evaporación de película ascendente como técnicas de concentración de hidrolizados de almidón de yuca

Durante la obtención de jarabes de glucosa a partir de almidón de yuca, la etapa de concentración conlleva el mayor gasto energético del proceso; por ésta razón, técnicas membranarias (ósmosis inversa) y métodos de evaporación no convencionales (evaporación de película ascendente) surgen como alternativas a la evaporación tradicional, debido a que son procesos energéticamente más eficientes. En este trabajo, se utilizaron soluciones de glucosa al 0,1 y 0,4g/ml en la alimentación. En el caso de la ósmosis inversa, se trabajó con membranas Filmtec® y PCI® a 22 y 35,5°C y 21 y 37,5bar de presión transmembrana. Para la evaporación de película ascendente, se trabajó a presiones de 100 y 200bar y temperaturas de 105 y 115°C. En lo que respecta a la ósmosis inversa, los mejores resultados se obtuvieron a 37,5bar y 35,5°C (mayor presión transmembrana y mayor temperatura), obteniendo un factor de concentración volumétrico de 3,3 en 18min (membrana Filmtec® y concentración de glucosa inicial de 10%p); debido a la concentración final alcanzada (<25%p), este método se clasificaría como técnica de pre-concentración. La evaporación de película ascendente mostró en promedio, un gasto energético de 3500kJ por kg de agua evaporada (valor 1,48 veces superior al requerido para el agua pura bajo las mismas condiciones de presión). En términos de la alimentación se encontró que la energía suministrada no superó los 1900kJ/kg de alimentación; así mismo, los factores de concentración de esta técnica no dependen significativamente de las condiciones de operación evaluadas.

During the production of glucose syrup from yucca starch, the concentration step carries the highest energy costs in the process. Membrane technology (reverse osmosis) and unconventional evaporation methods (climbing film evaporation) arise as alternatives to traditional evaporation, because they are more energy efficient process. In this study, feed glucose solutions were used at 0.1 and 0.4g/ml. In the case of reverse osmosis, Filmtec® and PCI® membranes were used at 22 and 35.5°C and 21 and 37.5 bar of transmembrane pressure. For climbing film evaporation, pressures of 100 and 200bar and temperatures of 105 and 115°C were evaluated. With respect to reverse osmosis, the best results were obtained at 37.5bar and 35.5°C (higher transmembrane pressure and higher temperature), obtaining a volumetric concentration factor of 3.3 in 18min (with an initial glucose concentration of 10%w). Due to the final concentration reached (<25%w), this method would be classified as pre-concentration technique. Climbing film evaporation showed energy requirements low to 3500kJ/kg evaporated water (1.48 times over for pure water at the same pressure conditions). In terms of feed, results showed the supplied energy was low to 1900kJ/kg of feed solution; likewise, concentration factors of this technique did not depend meanly on the operating conditions tested.

Na produção de xaropes de glucose a partir do amido de mandioca, a etapa de concentração precisa maior consumo energético durante o processo; por este motivo, técnicas de membranas (osmose inversa) e métodos de evaporação não convencionais (evaporação de película ascendente) surgem como alternativas para a evaporação tradicional, devido ao fato de serem processos energéticamente mais eficientes. Neste trabalho, se utilizaram soluções de glucose com valores de 0,1 e 0,4g/ml, na alimentação. No caso da osmose inversa, trabalhou-se com membranas Filmtec® e PCI®, temperaturas de 22 e 35,5°C, e 21 e 37,5bar de pressão trasnmembrana. Para a evaporação de película ascendente, trabalhou-se com pressões de 100 e 200bar, e temperaturas de 105 e 115°C. No referente à osmose inversa, os melhores resultados foram obtidos a 37,5bar e 35,5°C (a maior pressão trasnmembrana e a maior temperatura), obtendo um fator de concentração volumétrica de 3,3 em 18min (membrana Filmtec® e concentração de glicose inicial de 10%p). Devido à concentração final obtida (<25%p), este método poderia ser classificado como técnica de pré-concentração. A evaporação de película ascendente mostrou, em média, um consumo de energia de 3500kJ por kg de água evaporada (1,48 vezes maior do que o necessário para a água pura nas mesmas condições de pressão). Em termos da alimentação encontrou-se que a energia fornecida não excedeu os 1900kJ/kg da alimentação; da mesma forma, os fatores de concentração desta técnica não dependem significativamente das condições de operação testadas.

Evaluación de la corrosión de una aleación Pb-Ca-Sn por medio de técnicas electroquímicas

En el presente trabajo, se evaluó la influencia del aumento de la temperatura en la velocidad de corrosión de la aleación Pb-Ca-Sn, componente primario de la rejilla negativa de una batería de arranque de automóvil, mediante técnicas electroquímicas: RPL, curvas potenciodinámicas, Tafel y EIS. Mediante microscopia óptica, SEM-EDS y DRX, se caracterizaron los compuestos formados sobre las rejillas durante los ensayos. La capa pasiva formada sobre las rejillas empleadas como cátodo y ánodo en baterías de plomo-ácido, permite el anclaje en la interfase rejilla-PAM (Material Activo Positivo) o NAM (Material Activo Negativo). Un mal proceso de formación de esta capa ocasiona el desprendimiento del PAM/NAM, conduciendo a fallas prematuras. La temperatura influye directamente sobre la cinética de degradación y la termodinámica de las reacciones redox que tienen lugar en el sistema rejilla-PAM/ NAM. Un incremento en la temperatura produce variaciones en la composición química, favoreciendo la formación de mezclas de óxidos y sulfatos en la interfase rejilla-PAM/NAM, cuyo volumen y estructura porosa la hace susceptible a fallas por esfuerzos triaxiales sobre la interfase, produciendo grietas y el desprendimiento del PAM o NAM y disminuyendo el tiempo de vida útil de la batería. Se encontró que las aleaciones Pb-Ca-Sn en solución 0,5M de H2SO4 forman un sistema multicapa comprobándose con base en los resultados obtenidos de EIS y SEM, con los cuales se detectó una capa compacta de PbO2 y una capa porosa de PbSO4. Al incrementar la temperatura se encontró una capa más porosa de PbSO4, lo cual implica una mayor cinética de corrosión de la aleación Pb-Ca-Sn.

In this paper, the influence of increasing temperature on the corrosion rate of Pb-Ca-Sn alloy, the primary component of the negative grid of a starter battery car, was evaluated by electrochemical techniques: RPL, potentiodynamic curves, Tafel and EIS. By optical microscopy, SEM -EDS and XRD, the compounds formed on the grids were characterized during testing. The passive layer formed on the grids used as cathode and anode in lead-acid batteries allows the anchor in grid-PAM interface (Positive Active Material) or NAM (Negative Active Material). A bad process of to form this layer produces the detachment of PAM/NAM, leading to premature failure. The temperature directly affects the kinetics and thermodynamics degradation of the redox reactions taking place in the system grid-PAM/NAM. An increase in temperature causes variations in the chemical composition, favoring the formation of oxides and sulphates mixtures in grid-PAM/NAM interface, its volume and porous structure make it susceptible to failure by tri-axial stress on the interface, producing cracks and detachment of PAM or NAM and reducing the lifetime of the battery. It was found that the Pb-Ca-Sn alloys in 0.5M H2SO4 solution form a multilayer system, verified by the results of EIS and SEM, in which a compact layer of PbO2 and porous layer by PbSO4. Porous layer of PbSO4 was obtained, when the temperature was increased implying greater corrosion kinetics of Pb-Ca-Sn alloy were detected.

Neste trabalho, a influência do aumento da temperatura sobre a taxa de corrosão da liga de Pb-Ca-Sn, o principal componente da grade negativa da bateria de arranque de um carro, foi avaliada por técnicas eletroquímicas: RPL, curvas potenciodinâmica, Tafel e EIS. Por microscopia óptica, SEM- EDS e XRD, os compostos formados nas grades foram caracterizados durante o teste. A camada passiva formada nas grades usadas como cátodo e o ânodo em baterias de chumbo-ácido, permite a âncora na interface de rede-PAM (Material Positivo Ativo) ou NAM (negativo material ativo). Um mau processo de formar esta camada leva ao desenvolvimento de PAM/NAM,conduzindo a falhas prematuras. A temperatura afeta diretamente a cinética de degradação e termodinâmica das reações redox que ocorrem no grade- PAM/NAM sistema. Um aumento da temperatura faz com que as variações na composição química, favorecendo a formação de misturas de óxidos e sulfatos na interface grade-PAM/NAM, o volume e estrutura porosa tornam susceptíveis de falha por stress triaxial na interface, produzindo fissuras e desprendimento do PAM ou NAM e reduzindo o tempo de vida da bateria. Verificou-se que as ligas de Pb-Ca-Sn em solução 0,5M de H2SO4 formar um sistema de múltiplas camadas , a verificação com base nos resultados da EIA e SEM , com as quais foi detectada uma camada compacta de PbO2 e camada porosa PbSO4. Ao aumentar a temperatura de uma camada porosa de PbSO4 foi encontrado, o que implica maiores cinética de corrosão de liga de Pb-Ca-Sn.