[pt] O gás natural é comprimido para pressões elevadas para que possa ser transportado pelo gasoduto e distribuído aos clientes em pressões mais baixas, através de sua redução em válvulas de controle, num processo adiabático. A termodinâmica mostra que o mesmo estado de saída do gás natural poderia ser conseguido se as válvulas de controle puderem ser substituídas por expansores, gerando trabalho e, portanto, energia elétrica, e com transferência de calor obtida através da queima de combustível, que no caso é o próprio gás natural, para que sua temperatura permaneça a mesma. O investimento nos equipamentos desta substituição é pago num determinado tempo, função da economia líquida de operação, resultante da diferença entre o beneficio econômico da energia elétrica gerada e o custo operacional da queima do combustível. Para a realização deste trabalho, um programa de cálculo HYSYS foi usado para quantificar o trabalho produzido e o calor necessário, a partir do registro de dados diários de 34 estações de redução de pressão operadas pela TRANSPETRO. Foram levantadas as características técnicas dos diferentes expansores existentes no mercado. Como resultado desta dissertação é apresentado um procedimento que serve para verificar a viabilidade da utilização de expansores em estações de redução de pressão da TRANSPETRO. A dissertação é, portanto, classificada como uma análise termo-econômica para determinação da viabilidade da utilização destes sistemas em instalações operadas pela TRANSPETRO, uma vez que eles já são utilizados em outras partes do mundo. Os resultados têm um impacto direto nos custos operacionais dos gasodutos. / [en] The natural gas is compressed to high pressures in order to be transported in the gas pipeline and delivered to the clients at lower pressures, using pressure reduction control valves in an adiabatic process. It can be shown that the same natural gas thermodynamic output state is achieved if the control valves can be substituted by expanders, producing work and, therefore, electric energy, with heat transfer from natural gas burning, so that the output temperature remains the same. The payback of the needed investment in equipments is a function of the operational net saving, which is equal to the difference between the economical benefit of produced electric energy and the operational cost of the fuel burning. All the necessary calculations were made with the HYSYS software used to quantify the produced work and the needed heat transfer, from available daily values of temperature, pressure and gas flow rate for 34 pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. The technical characteristics of the different expanders in the market were used to calculate the produced work and thermal energy. This dissertation presents a procedure which is useful to verify the feasibility of the utilization of expanders in pressure reduction stations operated by TRANSPETRO. This dissertation is, therefore, classified as a thermoeconomical analysis to determine the feasibility of the utilization of expanders in TRANSPETRO facilities, as they are used in other parts of the world. The results have a direct impact on the operational costs of the gas pipelines.

[pt] A modelagem de materiais biológicos para o entendimento de diversas práticas cirúrgicas na medicina, tem se mostrado a cada dia mais importante. Na cirurgia plástica, reparadora ou estética, o conhecimento do comportamento da pele humana, in vivo, é de fundamental importância nos processos cirúrgicos. Nos últimos anos, mais precisamente desde 1957, uma técnica realizada pela cirurgia plástica, conhecida como expansão de pele, vem sendo cada vez mais utilizada. Esta técnica tem como objetivo a obtenção de uma quantidade adicional de pele, para a utilização na recuperação de queimados, reconstrução mamária, retirada de pele com aparência indesejada e outras aplicações. Este trabalho tem como objetivo fornecer aos médicos o conhecimento do comportamento da pele, através de uma análise numérica e experimental, quando submetida ao processo de expansão. Durante o desenvolvimento deste trabalho, estaremos mostrando a metodologia adotada para estudar a pele humana e os resultados alcançados com o acompanhamento de pacientes submetidos a este tipo de processo cirúrgico. Para atingir o objetivo, foram estudadas diversas equações constitutivas, procurando as melhores constantes viscoelásticas, que descrevam o comportamento da pele sob expansão. No estudo realizado, avaliamos ainda as mudanças das constantes viscoelásticas durante a evolução da expansão e o comportamento da pele em diferentes regiões do corpo humano. Nos resultados apresentados, encontramos erros máximos para as constantes da equação constitutiva adotada, na ordem de 28 por cento. Estudos recentes envolvendo a pele humana apresentam erros na ordem de 75 por cento, para as constantes elásticas do material. Com a análise dos resultados, mostramos o comportamento da pele humana, em seres vivos, em diferentes regiões do corpo. O conhecimento de uma equação constitutiva, ou seja, da relação entre as tensões e deformações que ocorrem na pele durante o processo de expansão, proporcionará aos médicos a possibilidade de avaliar as diversas técnicas utilizadas na cirurgia plástica em geral : a expansão de pele, a reconstrução mamária, análise de suturas, análise de cicatrizes, comportamento da pele durante uma incisão, cirurgias estéticas da face (face lifting), e outras aplicações. / [en] The modeling of biological materials is really important today, for the agreement of diverse practical surgical in the medicine. In the area of plastic surgery, the knowledge of the behavior of the human skin has a basic importance in the surgical processes. Since 1957, one technique in plastic surgery, known as skin expansion, has been much used. This technique has as objective the attainment of an additional amount of skin, for the use in the burned patients, breast reconstruction, removal of skin with not desired appearance is and other applications. This work has as objective supply to doctors the knowledge of the skin behavior, through a numerical and experimental analysis, when submitted to the expansion process. During the development of this work, we will show the methodology used to study the human skin and the results reached with the accompaniment of patients submitted to this type of surgical process. To reach the objective, different constitutive equations had been studied, looking for the best viscoelastic constants, to describe the behavior of the skin under expansion. In the study, we also evaluate the changes of the constants during the evolution of the expansion and the behavior of the skin in different regions of the human body. In the presented results, we find maximum errors for the constants of the adopted constitutive equation, to be in 28 percent order. Recent studies involving the human skin present errors in the order of 75 percent, for the elastic constants of the material. With the analysis of the results, we will be show to the behavior of the human skin, in vivo, in different regions of the body. The knowledge of a constitutive equation, that is, of the behavior of the stresses and strains that occur in the skin during the expansion process, will provide to the doctors the possibility to evaluate the diverse techniques used in the plastic surgery: The expansion of skin, breast reconstruction, analysis of sutures, analysis of scars, behavior of the skin during an incision, face lifting, and other applications.

[pt] O presente trabalho aborda a análise da aplicação do expansor axial de estágio único e admissão parcial em ciclo Rankine orgânico para recuperação do calor rejeitado por um motor de combustão interna. O fluido adotado é o R245fa, cujos efeitos de gás real são relevantes nas condições estudadas, sendo representados pela equação Redlich-Kwong-Soave. Um modelo de perdas para o escoamento através das palhetas é proposto, tendo como base a teoria da camada limite, o conceito do fator de difusão, experimentos de grades em túnel de vento obtidos na literatura e as equações de conservação para escoamento compressível. O fator de difusão é o parâmetro responsável por quantificar o gradiente de pressão adverso na superfície do perfil das palhetas. A geometria e dimensões básicas para a máxima eficiência do expansor são determinadas para diversas condições subcríticas e supercríticas do ciclo a partir de um algoritmo de otimização com restrições. O valor ótimo da temperatura do evaporador em condições subcríticas é estabelecido de modo a obter a potência máxima do ciclo de recuperação, conforme as alternativas construtivas consideradas. O projeto do expansor de estágio único mostra ser grandemente influenciado pela compressibilidade do meio e a utilização de bocais com perfil convergente-divergente é promissora para alcançar o maior potencial de desempenho, principalmente nas condições de alta pressão do evaporador. / [en] The present work deals with the analysis of the application of a single stage partial admission axial expander in organic Rankine cycle, in order to recover the heat rejected by an internal combustion engine. The selected fluid is R245fa, whose real gas behavior is relevant under the studied conditions, as modeled by the Redlich-Kwong-Soave equation of state. A loss model for the flow through the axial blades is proposed in this work, based on the boundary layer theory, the concept of diffusion factor, wind tunnel cascade tests available in literature and the conservation equations for compressible flow. The diffusion factor is the parameter responsible to quantify the adverse pressure gradient on the blade profile surfaces. The basic geometry and dimensions needed to achieve maximum expander efficiency are determined under several subcritical and supercritical cycle conditions by means of a restrained design optimization algorithm. The optimum value for the evaporator temperature under subcritical cycle is stablished so as to obtain the maximum power from the recovery cycle, according the constructive alternatives considered. The single stage expander design is shown to be greatly influenced by media compressibility and the use of convergent-divergent profiled nozzles is promising to achieve the highest performance potential, especially at high evaporator pressure conditions.