Resumo O presente trabalho buscou avaliar o perfil de temperatura ao longo do interior da parede de um forno de clínquer de uma indústria de cimento. O problema foi modelado pela equação da condução transiente de calor em coordenadas cilíndricas, considerando-se simetria radial. Sendo a parede composta de diferentes materiais, mesmo adotando-se propriedades físicas constantes, não há solução analítica para o problema. Empregou-se o método das linhas, sendo as direções radial e axial discretizadas por diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante integrado no tempo até a obtenção do campo de temperaturas em regime permanente. O campo obtido foi compatível com fundamentos de transferência de calor e apresentou bom ajuste em relação a dados industriais. As principais limitações da modelagem realizada incluem o fato de os gases e sólidos contidos no forno não terem sido modelados e a variação nas espessuras das camadas da parede do forno não ter sido considerada. O programa desenvolvido pode ser empregado na avaliação do desempenho de diferentes refratários ou na inferência do nível de desgaste dos refratários a partir de perfis experimentais de temperatura na superfície do forno.

Abstract The present study aimed to evaluate the temperature profile along the inside of the wall of a clinker kiln from a cement industry. The problem was modeled by the equation of transient heat conduction in cylindrical coordinates, considering radial symmetry. Being the wall composed of different materials, even adopting constant physical properties, there is no analytical solution to the problem. The method of the lines was used, being the radial and axial directions discretized by finite differences and the resulting system of ordinary differential equations integrated in time until obtaining the temperature field in steady state. The obtained field was compatible with heat transfer fundamentals and presented a good fit in relation to industrial data. The main limitations of the modeling performed in this study include the fact that the gases and solids contained in the kiln have not been modeled, and the variation in thicknesses of the layers of the kiln wall has not been considered. The program developed in this study can be used to evaluate the performance of different refractories or to infer the refractory wear level from experimental kiln surface temperature profiles.

Resumo A produção do cimento exige um grande consumo energético. A principal etapa desse processo é a clinquerização, onde ocorre a produção do clínquer, que é realizada em forno rotativo. Estudos publicados em literatura especializada indicam que parte significativa da energia gasta no processo produtivo do cimento é utilizada nesta parte do sistema. Em vista disso, é relevante o estudo sobre a utilização da energia disponibilizada para a operação do forno rotativo. Diversos autores realizaram a modelagem matemática de fornos rotativos objetivando analisar as eficiências energética e exergética desse equipamento. Neste trabalho, partindo-se de um estudo anterior, foi proposta uma metodologia para o cálculo das eficiências energética e exergética de um forno empregado na produção do clínquer. Foram adicionadas as reações envolvidas na calcinação e clinquerização, o que tornou a descrição do processo mais realista. Essas alterações afetaram significativamente os valores das eficiências obtidas anteriormente.

Abstract The production of cement requires high energy consumption. The main process of cement production is the clinker production called clinkerization. This process occurs in a rotary kiln. Previous studies indicate that a considerable part of the energy spent in the cement production process is used in clinker production. Thus, the study on the use of the energy available for the operation of the rotary kiln is relevant. Several authors used mathematical modeling of rotary kilns to analyze the energy and exergy efficiencies of this equipment. In this study, it was proposed a methodology to calculate the energy and exergy efficiencies of a kiln used in clinker production. The reactions involved in calcination and clinkerization were added and this modification resulted in a more realistic process description. These changes significantly affected the efficiency values previously obtained.

Resumo O cimento é um dos materiais de construção mais utilizados no mundo, sendo o tipo mais comum conhecido como cimento Portland. O processo de fabricação do cimento envolve numerosas e complexas reações endotérmicas e exotérmicas que ocorrem a diferentes temperaturas, o que o torna não trivial. Dessa forma, há um grande interesse na otimização do processo de produção de cimento. A clinquerização é uma das principais etapas da fabricação de cimento e ocorre dentro de forno rotativo. Neste estudo, o processo de produção de clínquer é analisado em um forno rotativo de via seca que atua em contracorrente. Os principais fenômenos envolvidos na obtenção do clínquer são: evaporação da água livre residual da matéria-prima; decomposição do carbonato de magnésio; descarbonatação; formação da fase líquida composta por C3A e C4AF; formação do silicato dicálcico e silicato tricálcico. O principal objetivo deste estudo é a proposta de um modelo matemático que descreve de forma realística o perfil de temperatura e de concentração dos componentes do clínquer ao longo do forno rotativo, desenvolvido a partir de mudanças propostas a um trabalho da literatura. O modelo, composto por equações diferenciais parciais, foi adaptado e implementado em linguagem computacional no programa Mathcad. O modelo proposto foi satisfatório para a descrição do perfil de temperatura e concentração dos componentes do clínquer ao longo de um forno rotativo.

Abstract Cement is one of the most widely used building materials in the world. The best known type of cement is called Portland. The process of cement production involves numerous and complex endothermic and exothermic reactions. This process is non-trivial and occurs under different temperatures. Thus, the optimization of the cement manufacturing is interesting to the industry. Clinkerization is one of the main steps of cement production and it occurs inside the rotary kiln. In this article, the dry process of clinker production is analyzed in a rotary kiln that works in counter flow. The main phenomena involved in the clinker production are: free residual water evaporation of raw material; decomposition of magnesium carbonate; decarbonation; formation of C3A and C4AF; formation of dicalcium silicate and tricalcium silicate. The main objective of this study is to propose a mathematical model that realistically describes the temperature profile and the concentration of clinker components in a rotary kiln. For this, a mathematical model composed of partial differential equations available in the literature has been adapted. The model was solved using the software Mathcad. The proposed model is satisfactory to describe the temperature profile and the concentration profile of the clinker components inside the rotary kiln.

A existência de processos químicos industriais, com diferentes fases em meio reacional, e a necessidade de conhecer a composição do sistema de interesse é um desafio comumente enfrentado pelos profissionais da indústria. Desta forma, a consideração do equilíbrio químico é uma metodologia comumente empregada por esses profissionais. Uma das principais etapas do processo de obtenção do cimento é a etapa de clinquerização, que ocorre dentro do forno rotativo. Neste estudo, é proposto o uso da técnica de minimização da energia livre de Gibbs para descrever o processo de produção de clínquer. O combustível considerado para o forno é o carvão mineral. Como resultado do estudo, objetiva-se a obtenção de uma rotina computacional que simule a condição de equilíbrio termodinâmico do sistema. Para isto, um problema de otimização não linear restrito é resolvido.

The existence of industrial chemical processes, with different phases in the reaction system, and the need to know the composition of these system is a challenge commonly faced by industry professionals. Thus, consideration of the chemical equilibrium is usually adopted. One of the main steps of the cement production is the clinker production in the rotary kiln. In this study, it has been proposed the use of the minimization of Gibbs free energy to describe the clinker production process. The fuel considered is the coal. The major objective of this study is to obtain a computational routine that simulates the condition of thermodynamic equilibrium of the system, composed by different phases. For this, a nonlinear constrained optimization problem is solved.

Uma das principais etapas do processo de obtenção do cimento é a etapa de clinquerização, que ocorre dentro do forno rotativo. Em pleno funcionamento, o forno rotativo empregado na produção de cimento é alimentado basicamente de matéria-prima, combustível e ar. As vazões de saída são, basicamente, o clínquer e aos gases de combustão. Neste estudo, o processo de produção de clínquer por via seca é analisado, sendo a alimentação composta por 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e por pequenas quantidades de minério de ferro. O combustível empregado neste estudo é o carvão mineral. Os principais fenômenos envolvidos na obtenção do clínquer são a evaporação da água livre residual da matéria-prima, a decomposição do carbonato de magnésio, a descarbonatação, a formação da fase líquida do C3A e do C4AF, a formação do silicato dicálcico e a formação do silicato tricálcico. O objetivo principal deste estudo é a proposta de um modelo matemático que descreve o processo de obtenção do clínquer no forno rotativo. O modelo, composto por equações algébricas, foi desenvolvido por meio de balanços de massa e energia do forno. A modelagem foi implementada em linguagem de programação, empregando-se um programa comercial. A condição operacional considerada representa uma condição média adotada na indústria. O modelo proposto se mostrou satisfatório para a descrição do processo de clinquerização, sendo especialmente útil na realização da análise da demanda energética do equipamento.

An important stage of the cement production is the clinkerization process that occurs in the rotary kiln. Basically, the inputs of this equipment are the raw material, the fuel and the air. The output flows are basically the clinker and the combustion gases. In this study, the clinker production process by the dry process is analyzed. The considered feed of the rotary kiln is composed by 80% to 95% of lime, 5% to 20% clay and small quantities of iron ore. The fuel used in this study is coal. The main phenomena of the analyzed process are: water evaporation the residual free of the raw material, decomposition of magnesium carbonate, the carbon removal, the formation of the liquid phase C3A and C4AF, the formation of dicalcium silicate and formation of tricalcium silicate. The main objective of this study is to propose a mathematical model that describes the production process of the clinker in the rotary kiln. The algebraic model proposed was developed considering the mass and the energy balances of the system. The model was solved using a commercial program (Mathcad). The operational condition considered represents a typical condition adopted in the industry. Theobtained results describesthe analyzed systemsatisfactorily, especially the energy demand of the equipment.

Ainda existem muitas lacunas sobre a geração do vento solar e, o que se sabe, é fundamentado principalmente em observações. Isso se deve principalmente à sua complexa origem e à falta de medidas in situ nas regiões onde o mesmo é acelerado. Porém, na órbita da Terra suas características são muito bem conhecidas e constantemente monitoradas. A interação do vento com o campo magnético terrestre leva à criação de diversas regiões distintas da magnetosfera e, uma vez que as condições sejam favoráveis, leva também às chamadas atividades geomagnéticas. O estudo das variações na atividade geomagnética controlada pelas condições do vento solar se faz totalmente justificado do ponto de vista acadêmico. Do ponto de vista prático, tais variações podem, por exemplo, prejudicar o funcionamento de sistemas de solo e a bordo de satélites devido ao aumento das correntes atmosféricas e da radiação que chega até o planeta, aumentando assim a importância desse tipo de pesquisas. Esse artigo apresenta uma breve revisão de alguns dos principais efeitos da interação entre o vento solar e a magnetosfera terrestre.

Nowadays, there are a lot of doubts about solar wind generation and most of what is known comes from observations. This is because its generation is too complex and the non-existence of observations in the regions where the wind is accelerated. However, near the Earth its features are well known and always measured. Solar wind interaction with the Earth magnetosphere leads to the formation of several magnetospheric regions. If the conditions are favorable such interaction leads also to geomagnetic activity. Studying geomagnetic activity variations caused by solar wind conditions is a main topic in space physics. For practical and technological aplications such variations can, for instance, damage ground and onbord satellites sistems because of the enhancement in atmospheric currents and levels of radiation, making this kind of research so important. This paper presents a brief revision about some of the main effects of solar wind and Earth's magnetosphere interaction.

Ondas de Alfvén são ondas transversais que se propagam ao longo das linhas de campo magnético e podem ser geradas em qualquer fluido eletricamente condutor permeado por um campo magnético. Foram deduzidas em 1942 por Hannes Alfvén através das equações do eletromagnetismo e da hidrodinâmica. A confirmação experimental de sua existência ocorreu sete anos depois, através do estudo de ondas em mercúrio líquido. Já se sabe que essas ondas constituem um mecanismo importante de transporte de energia e momentum em vários sistemas hidromagnéticos, tanto astrofísicos quanto geofísicos. Foram observadas em plasmas interplanetários, na fotosfera solar e na magnetosfera terrestre, onde podem causar as atividades magnéticas chamadas HILDCAAs. Pela sua alta ocorrência e pelo seu papel na ligação e troca de informações entre regiões distintas do espaço, constituem um campo de investigação de interesse crescente, tanto através do seu estudo no meio interplanetário e em laboratórios, quanto por simulações computacionais.

Alfvén waves are transversal waves that propagate along magnetic field lines. They can be generated in any fluid able to conduct electricity and in the presence of a magnetic field. The waves were matematically discovered in 1942 by Hannes Alfvén using electromagnetic and hidrodinamic equations. Experimental confirmation of their existence took place seven years later by investigations about waves in liquid mercury. It is known that these waves are an important mechanism of energy and momentum transport in many hidromagnetic system, both astrophysical and geophysical. The waves have been observed in interplanetary plasmas, at the solar photosphere and terrestrial magnetosphere, where they can lead to magnetic activities called HILDCAAs. Due to their high level of ocurrence and important role in the connection and exchange of information between different regions of space, the waves constitute an important field of study, through their investigation in the interplanetary space and laboratories and also by computational simulations.

Neste artigo convidamos os leitores a descobrir o mundo dos "experimentos computacionais" (ou simulações computacionais) para plasma espacial. O experimento computacional é semelhante ao experimento tradicional realizado em laboratório. Ele não é, e não será capaz de solucionar todos os problemas físicos que permanecem incompreendidos, mas fornece uma poderosa ferramenta para auxiliar os físicos (cientistas) a buscar soluções dos mesmos. Apresentamos neste trabalho algumas características das simulações computacionais e exemplos onde estas simulações podem ser aplicadas. Para uma melhor compreensão é recomendável que o leitor tenha conhecimentos básicos em física de plasmas e eletromagnetismo, uma vez que utilizamos estes conhecimentos para desenvolver este trabalho.

In this paper we invite the readers to discover the world of "computational experiments" (or computer simulation) of space plasmas. The computational experiment is similar to those traditionally made in laboratory. It is not purpose to solve all the physical problems that remain misunderstood, but provides a powerful tool to help physicists (scientists) in the search of their solution. We present some characteristics of computer simulations and examples where these simulations can be applied. For a better understanding of this paper it is recommended that the reader have a basic knowledge in plasma physics and electromagnetism, since we use these concepts to develop this work.

The reduction efficiency is an important variable during the black liquor burning process in the Kraft recovery boiler. This variable value is obtained by slow experimental routines and the delay of this measure disturbs the pulp and paper industry customary control. This paper describes an optimization approach for the reduction efficiency determination in the furnace bottom of the recovery boiler based on the minimization of the Gibbs free energy. The industrial data used in this study were directly obtained from CENIBRA's data acquisition system. The resulting approach is able to predict the steady state behavior of the chemical composition of the furnace recovery boiler, - especially the reduction efficiency when different operational conditions are used. This result confirms the potential of this approach in the analysis of the daily operation of the recovery boiler.

As reflected in the literature, solid-fluid flow characteristics in spouted beds can vary widely when particles are coated by a suspension. This work is aimed at describing the effect of interparticle forces on airflow distribution in conical spouted beds of inert particles coated by Eucalyptus black liquor. The simulator developed earlier is modified to incorporate this effect. Two corrective functions with adjustable parameters are introduced into the simulator gas-flow model to generate the minimum spouting conditions in beds wetted by this liquor. These functions are assumed to be dependent on characteristic suspension groups and bed height. Using the particle swarm optimization (PSO) technique, expressions for these functions are obtained. Simulated results are presented and discussed to validate this technique. Implications of these results on drying Eucalyptus black liquor in conical spouted beds are analyzed.