Orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: Geraldo Luiz Palma / Banca: Paulo Cesar Moralli / Resumo: Sistemas para monitoramento de parâmetros são amplamente utilizados no setor industrial para controle de processos e também na área de pesquisa e desenvolvimento. Estes sistemas permitem uma análise detalhada do comportamento de equipamentos e dispositivos e fornecem informações que auxiliam na melhora do seu desempenho. No estudo da utilização de energias renováveis o uso de sensores é aplicado para mapear o ambiente onde o equipamento está inserido e analisar o seu comportamento e desempenho. No caso de coletores solares, é realizado o monitoramento da temperatura do ambiente, da água no coletor em locais diferentes, da velocidade do vento e da radiação solar, permitindo o seu controle e melhorando o seu desempenho. A instrumentação adequada pode trazer melhorias aos coletores solares, porém dependem de estudos detalhados do seu comportamento através da aquisição de dados do equipamento e do ambiente onde ele está inserido. Para viabilizar esta otimização são necessários equipamentos de coleta de dados específicos que, normalmente, tem alto custo de aquisição. Este é um dos principais empecilhos para uma maior evolução destes equipamentos, principalmente os destinados ao uso residencial. Sendo assim, este trabalho objetiva desenvolver um módulo de coleta de dados de baixo custo para auxíliar no estudo de equipamentos em diversas áreas, incluindo a área de fontes de energia renovável. Um dispositivo deste tipo possibilita a coleta de diversos dados físicos como, por exemplo,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Parameter monitoring systems are widely used in the industrial sector for process control and also in the area of research and development. These systems afford device's behavior analysis with detailed and provide information that helps improve its performance. In the study of renewable energies use, the sensors is applied to map the environment where the equipment is inserted and to analyze its behavior and performance. In the case of solar collectors, the monitoring occurs in the environment temperature, collector water temperature in different places, wind speed and the solar radiation, allowing its control and improving its performance. Proper instrumentation can bring improvements to solar collectors, but depend on detail studies of its behavior based on the acquisition of data from the equipment and the environment where it is inserted. To make this optimization feasible, specific data collection equipment is required, which normally has a high acquisition cost. This is one of the main impediments to keep the evolution of this equipment, especially those destined for residential use. Therefore, this work aims to develop a low cost data collection module to aid in the initial study of equipments used in several sector, include the renewable energy sources sector. This kind of device turn possible the collection of various physical data, such as temperature, wind speed and water flow. With this device there is the possibility of storing this data on an SD card, making it ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Strieder_Andre_M.pdf: 5509615 bytes, checksum: 50eeec27792444c72caf472ea5132345 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho procurou desenvolver-se um medidor de vazão que permitisse medir a vazão de ar em um duto fechado através do principio de transferência térmica. Para isto é necessário desenvolver um sensor termo-resistivo e estudar seu comportamento quando submetido a diferentes vazões e temperaturas. É necessário também projetar um circuito eletrônico microcontrolado para medir o sinal de tensão gerado pelo circuito do sensor, a temperatura do fluido e realizar cálculos para determinar a vazão. Utilizou-se método onde o sensor termo-resistivo opera em temperatura constante através de circuito de medição com amplificador operacional realimentado pela saída. A equação que rege o comportamento do sensor termo-resistivo em equilíbrio termodinâmico estático, quando é atravessado por uma corrente elétrica e está em um meio onde sofre a ação da velocidade de um fluido é utilizada para o cálculo da vazão.O cálculo é realizado pelo microcontrolador através de coeficientes, obtidos experimentalmente, que relacionam a velocidade do fluido com o coeficiente de transferência térmica do sensor.Os resultados obtidos com dois tipos de sensor diferentes foram analisados e comparados e o resultado final do cálculo de vazão foi comparado com um medidor de referência obtendo uma boa concordância. Os resultados deste trabalho demonstram a capacidade do sistema para medição de vazão de gases que pode ser estendida também para outros fluidos / Abstract: We described the development of a flow meter instrument that provides to measure the air flow in a closed tube employing the Thermal Transfer Principle. To achieve this purpose we developed a thermoresistive sensor and we studied your behaviour in different flows and temperatures. It was necessary to project an electronic microcontroled circuit to measure the voltage signal generated by the sensor circuit, the fluid temperature and to determine the flow through calculations. We employed the method that uses a constant temperature in the thermoresistive sensor by the measure with an operational amplifier which is a feedback control circuit. The equation that determines the thermoresistive behaviour in static thermodynamic equilibrium submitted to electric current and to fluid velocity is employed in the flow calculation. The calculation is realized by the microcontroler through experimental coefficients that determine the relation between the fluid velocity with the thermal transfer coefficient of the sensor. The results obtained with two different sensors were analyzed and compared. The final calculated experimental result was compared with the results of a standard meter, showing a good correlation. We demonstrated the capability of the flow measure of gases, but the system could be extrapoled for another fluids as liquids / Mestrado / Instrumentação e Controle Industrial / Mestre Profissional em Engenharia Mecanica

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros, Henry França Meier / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T18:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_D.pdf: 3816439 bytes, checksum: e39afd5653e2802b28899a3c09f4753c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Grande parte dos estudos envolvendo colunas de destilação está fundamentada por modelos macroscópicos de conservação de massa e de energia. Exemplo disto são os modelos de estágios de equilíbrio e de não-equilíbrio. Nestes, os aspectos fluidodinâmicos do escoamento são restritos e orientados à medição de parâmetros macroscópicos. Porém, graças aos avanços introduzidos pelo emprego das técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD), a análise de processos empregando uma abordagem microscópica tornou-se mais sofisticada e precisa. Além disto, há necessidade de trabalho experimental com o propósito de validar modelos e métodos em CFD e medir outros parâmetros ao longo do equipamento. Dentro deste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia de caráter numérico e experimental que possibilite o estudo do escoamento líquido-vapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. Para tanto, objetiva-se a proposição de um modelo microscópico de conservação da quantidade de movimento, em condições de escoamento turbulento, sob a influência da fase vapor, e de uma metodologia para a aquisição de dados experimentais. A metodologia numérica consistiu em iniciar com um estudo aprofundado do escoamento com superfície livre, utilizando um módulo experimental de hidráulica, seguido do estudo do escoamento monofásico na superfície de um prato perfurado. Estudos em uma coluna de bolhas permitiram a obtenção de experiência com modelos e métodos associados ao escoamento multifásico. Finalmente, foram realizados estudos sobre o escoamento líquido-vapor em pratos perfurados com a proposição de um modelo 3-D e homogêneo. Na metodologia de solução, o principal objetivo esteve relacionado às características numéricas, tais como: fatores de relaxação, esquemas de interpolação, integração temporal, acoplamento pressão-velocidade, entre outras. A metodologia experimental consistiu no projeto e construção de uma coluna de destilação para a simulação física do escoamento líquido-vapor em um estágio a frio, sendo as informações microscópicas obtidas por meio do emprego da técnica de anemometria térmica. Técnicas de visualização do escoamento foram empregadas como ferramenta de análise qualitativa na identificação de padrões de escoamento, como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais e, finalmente, como instrumento complementar de análise para facilitar a interpretação dos resultados. A metodologia numérica permitiu a avaliação de estratégias de solução de modelos e métodos em CFD, além do desenvolvimento de um modelo homogêneo capaz de predizer o escoamento líquidovapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. A metodologia experimental permitiu a caracterização do escoamento em um tanque retangular, entretanto, a técnica de anemometria térmica apresentou limitações quando da aplicação no escoamento bifásico. Na análise dos resultados obtidos concluiu-se que há a ocorrência de diferentes padrões de escoamento no interior de uma coluna de destilação, de acordo com a vazão da fase gás e da geometria do prato, sendo o escoamento não uniforme. Além disto, há uma tendência do fluxo de líquido próximo à parede retroceder, o que resulta no fenômeno de circulação. Outra observação importante foi que a fase vapor, em contato com o líquido fluindo horizontalmente, obtém uma energia cinética na direção do fluxo de líquido / Abstract: Greater part of researches involving distillation columns is based on macroscopic models of mass and energy conservation. Examples are the equilibrium and non-equilibrium stage models. In these cases, the fluid dynamics characteristics are restricted in measuring macroscopic parameters. However, advances introduced by fluid dynamic techniques made possible a more sophisticated and accurate process analysis using a microscopic approach. Researches in this area are indispensable and more experimental studies is necessary in order to validate models and methods in CFD and measure other parameters along the equipment. Based on these statements, this work takes aim the development of a numerical and experimental methodology that enables the study of liquid-vapour flow, in a microscopic level, on a sieve plate of a distillation column. It is proposed the development, implementation and application of a microscopic model for momentum conservation subjected to turbulent flow of the vapour phase, complemented by the development of an experimental methodology for data acquisition in an apparatus in laboratory scale. The numerical methodology consisted to make a deep study of flow with free surface using a hydraulic modulus and a study of a single-phase flow on a sieve plate. Studies in a bubble column allowed building knowledge for modelling momentum transfer phenomenon in multiphase flow. Finally, studies about the liquid-vapour flow in sieve plates were carried out with development of a 3-D and homogeneous model. The main objective in the solution methodology was related to numerical characteristics, such as: relaxation factors, interpolation schemes, temporal integration and pressure-velocity coupling. The experimental methodology consisted in the design and building of a distillation column that simulates the liquid-vapour in a sieve plate. The information related to velocity profiles were obtained by means of definition and implementation of the thermal anemometry technique. During the numerical and experimental studies, flow visualization techniques have also been employed in different ways as a tool for qualitative analysis of different flow patterns, as an assistance to the experimental measures, and finally, as a complement to the analysis, supporting the interpretation of results. The numerical methodology allowed the evaluation of models and methods strategies in CFD, and the development of a homogeneous model able to predict the liquid-vapour flow in a sieve plate of a distillation column. On the other hand, the experimental methodology allowed the evaluation of flow inside a rectangular reservoir, but the thermal anemometry technique presented limitations in the multiphase flow. It was concluded that there is the occurrence of different flow patterns inside the distillation column, according to the gas flow and plate geometry, and the flow is not uniform in the plate surface. Besides, there is a tendency of the liquid flow to go back near the wall, resulting in a circulating zone. Other observation was that the vapour phase, contacting with the horizontally flowing liquid, gains a kinetic energy in the direction of liquid flow / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química